1
1. GİRİŞ Sanayi devrinin başlangıcından günümüze kadar geçen süre içinde bir ülkedeki endüstriyel çabalar ve bu yolla elde edilen teknolojik ilerlemeler o ülkenin gelişmişliğinin bir göstergesi sayılmaktaydı. Fakat günümüzde gelişmişlik ve buna paralel olarak toplum refahına, fabrikaların artan kapasite ve sayılarının olumlu etkilerinin yanında; neden olduğu çevre kirliliği önemli boyutlara ulaşmıştır. Gerek Dünya'da gerekse ülkemizde çevre kirliliği son yıllarda önemli boyutlara ulaşmıştır. Bu konuda alınacak önlemler gerçekçi yasal düzenlemelerle desteklenmedikçe başarısızlıkla sonuçlanmaya mahkumdur. Endüstri kuruluşlarının esas amacı, çok sayıda ve çeşitte ürün üretmektir. Ancak bu üretim esnasında oluşan katı, sıvı, gaz fazlardaki atıklar büyük sorunlar oluşturmaktadır. Bu atıklar genelde evsel atıklara nazaran daha karmaşık, daha toksik ve endüstri dalının cinsine göre çeşitlilik arz eden atıklardır. Bu nedenle arıtma önlem teknolojilerinin belirlenmesinde ve seçeneklerin ortaya konulmasında her endüstrinin ayrı ayrı ele alınması gerekmektedir. Bu endüstrilerden biri de tekstil endüstrisidir. Tekstil endüstrisi, Türkiye'de en hızlı gelişen sanayilerin başında gelmektedir. Bu hızlı gelişim, büyük debilerde ve büyük konsantrasyonlarda kirlilik taşıyan atıksuların arıtma gerekliliğini de beraberinde getirmiştir. Tekstil fabrikalarında üretim aşamalarına göre çeşitli bileşim ve miktarlarda atıksular oluşmaktadır. Bu atıksuların büyük kısmı ağartma, boyama ve yıkama işlemlerinden kaynaklanmaktadır. Asit, baz, boya, deterjan, tuz ve kullanılan diğer kimyasallar atıksuda kirlilik yaratan başlıca kirleticilerdir. Ülkemizde tekstil fabrikalarının üretim tipine göre atıksularını deşarj ederken uymaları gereken kirlilik sınır değerleri Resmi Gazete'de yayınlanan Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'nde yer almaktadır. Bu amaçla bitirme ödevimizin kapsamında , tekstil endüstrilerinin prosesleri, bu prosesler esnasında oluşan atıksuların karakteristikleri ve atıksularının arıtılabilirlikleri incelenmiştir.
2
2. TEKSTİL ENDÜSTRİSİ 2.1. Tekstil Endüstrisinin Tanımı Tekstil, doğal ve yapay liflerin önce eğrilerek düzgün ve kesintisiz bir ipliğe sonra dokunarak kumaş, bez, halı ...vb. ürünlere dönüştürülmesini kapsayan işlemler dizisidir. Çok eski çağlarda bir el sanatı olarak doğan, sonradan iplik eğirme ve dokuma makinelerinin yapılması ile önemli bir sanayi dalına dönüşen tekstilin hammaddesi doğal ve yapay liflerdir., Doğal lifler elde edildikleri doğal kaynaklara göre üç kategoride incelenir: -Bitkisel Lifler : Pamuk , keten, jüt, kenevir -Hayvansal Lifler : Yün, ipek, tiftik -Mineral Lifler : Asbest (amyant) Asbest veya diğer adıyla amyant, 2-5 cm uzunluğunda ipek gibi parlak ve yumuşak lifler halinde dizilebilen tek mineraldir. İplik gibi eğrilip dokunabilen veya örülebilen bu lifler çok yüksek sıcaklıklarda bile erimediğinden itfaiyeci elbisesi , fırın eldivenleri gibi ısıya dayanıklı malzemelerin yapımında kullanılır. Bunun yanında ; bilinen doğal liflerin niteliğini ve üretimini artırmak için çeşitli kimyasal maddelerle üretilen naylon, orlon, terilen gibi ticari marka adlarıyla tanınan ve bugün yüzlerce çeşidi üretilmiş olan sentetik lifler de vardır. Sentetik liflere bir örnek de selülozun asetik asit ile oluşturduğu selüloz asetat çözeltisinin sıcak hava içine püskürtülmesiyle oluşan asetat ipliği lifleridir. Sentetik lifler günümüzde tekstilin hammaddesi olarak oldukça rağbet görmüşlerdir. Tekstil endüstrisi kategorisi , tıbbi ve fabrikasyon elyafları kullanılarak kumaş ...vb. ürünleri üreten tesisleri kapsar. Fabrikasyon elyafları üretimi ve giyim sanayii bu kategori dışındadır. Ülkemizde ve Dünya'da tekstil endüstrisi, liflerin kullanım şartlarına ve özelliklerine göre 3 dala ayrılır: •
Pamuklu Tekstil Endüstrisi
•
Yünlü Tekstil Endüstrisi
•
Sentetik Tekstil Endüstrisi
3
2.2. Tekstil Endüstrisi Genel Prosesleri Tekstil endüstrisinde üretimde yer alan proses ve işlemler, işlenen elyafa bağlı olmaksızın tanım olarak birbirine benzerler. Endüstride uygulanan ana işlemler, haşıllama, haşıl sökme, ağartma, merserize etme, boyama, apreleme olmak üzere gruplanabilirler (Kırdar 1995). Tekstil endüstrisinde işlenen genel elyaf çeşitleri ise pamuklu, yünlü ve sentetik elyaflardır. Kullanılan elyafın özelliğine bağlı olarak bazı farklı üretim işlemlerine de rastlanmaktadır; örneğin, yünlü ürünlere uygulanan karbonizasyon işlemi pamuklu ürünlerde merserizasyon adını alır yada pamuk ve sentetik elyaflarda başlangıçta yıkamayı gerektirecek bir kirlilik bulunmamasına karşılık, yün elyafların çok kirli olmasından dolayı elyafın iplik haline getirilebilmesi için önceden yıkama işlemine tabi tutulması gerekmektedir. Yünlü dokuma endüstrisini kirleticilik bakımından diğer tekstil guruplarından ayıran en önemli fark bu yıkama işlemidir (Kırdar 1995).
2.2.1. Haşıllama İnce kumaşların dokunması esnasında çok ince iplik kullanılır. Fakat bu incelikteki iplik, dokuma sırasında maruz kalacağı gerilimlerin etkisiyle kopar. Bu tür durumlarda, nişasta ve dekstrin gibi maddeler kullanılarak kumaş geçici olarak sağlamlaştırılır. Bu işleme haşıllama denir (Kırdar 1995, EPA 1997, EPA 2000). Haşıl maddesi, dokuma sırasında meydana gelebilecek aşınma ve kopmaları önlemek için çözgü ipliklerine uygulanır. Böylece çeşitli mekanik zorlamalarla karşı karşıya kalan lifler birbirine daha iyi yapışarak, daha kapalı, daha sağlam bir hale gelir ve kayganlıklarının artması sağlanarak dokumada performans arttırılır (Kanlıoğlu 2000). Haşıl maddeleri çoğunlukla doğal nişastalar, modifıye selülozlar ve sentetiklerdir. Sentetik ipliklerde haşıl maddesi olarak nişasta bileşikleri yerine polivinil alkol, karboksi metil selüloz ve poliakrilik asit gibi maddelerin kullanımı biyolojik oksijen ihtiyacını azaltır. Atıksulardaki biyolojik oksijen ihtiyacını artıran en büyük etkenler arasına haşıl maddeleri girmektedir (Kestioğlu 1992).
4
2.2.2. Yıkama ve haşıl giderme Boyama ve apreleme kumaş hazırlamak için, haşıllama operasyonundan gelen haşıl maddelerinin giderilmesi gerekir. Bu işlem, tekstil atıksularında toplam kirlilik yükünün yaklaşık %50'sini oluşturur. Boyama ve apreleme için temiz kumaş hazırlamak amacıyla sodyum hidroksit, klor, silikatlar, sodyum bisülfıt ve deterjanlar, nişastanın hidrolizi için asitler ve enzimler kullanılır. Uygulanan elyafın cinsine göre; kullanılacak kimyasal, suyun sıcaklığı ve temas süreleri değişir. Yıkama toplam atık yükünün %30 artmasına sebep olur. Boyama proseslerinden önce haşıl maddelerinin giderilmesi önemlidir. Aksi halde haşıl maddeleri boyanın elyafa nüfus etmesini engeller veya boyanın rengini değiştirir (Kırdar 1995, EPA 1997, EPA 2000). 2.2.3. Ağartma Haşıl sökme ve yıkama ile giderilemeyen renk verici maddeleri gidermek için ağartma prosesi uygulanır. Doğal renklendiricileri gidermek için bu aşamada hidrojen peroksit, sodyum hipoklorit, sodyum klorür ve SO2 gazı gibi maddeler kullanılır. Bunlardan hidrojen peroksit özellikle pamuklu kumaşların ağartılmasında kullanılır. Peroksit su ve oksijene bozunur ve çözünmemiş katı parçalar yada gözlenebilen artıklar bırakır. Peroksit ilavesi atık akımında oksijen miktarını arttırır (Kırdar 1995, EPA 1997, EPA 2000). Ağartma prosesi 3 adımda gerçekleştirilir;
1.
Kumaş; ağartıcı maddeler, aktifleştirici katkı maddeleri, stabilizör ve diğer gerekli kimyasallarla doyurulur.
2. Kumaşın, yeterli sıcaklıkta, yeterli süre ağartıcıyla teması sağlanır. 3. Kumaş yıkanır ve kurutulur (Kırdar 1995, EPA 1997). Tekstil atıksularında toplam BOİ'nin yaklaşık %5'i ağartma prosesinden gelmektedir (EPA 1997).
5
2.2.4. Merserize etme Merserizasyon işleminin asıl amacı pamuk elyafının parlaklığını düzenlemektir. Merserizasyon sonucu, pamuklu lifleri daha pürüzsüz bir görünüm kazanır. Doğal pamuklu elyaftan %20 daha kuvvetli bir hal alır ve boyamada affinitesi artar. Pamuklu dokumaların arıtılması NaOH çözeltisi ile yapılmaktadır. Bu uygulama, daha çok dokumanın boyanabilmesi ve absorblama karakterini düzeltebilmek içindir. Merserizasyondan çıkan atıksular yüksek alkalinite ihtiva eder (Kırdar 1995, EPA 1997, EPA 2000). 2.2.5. Boyama Boyama işlemi bir çok yolla ve yeni boyalar, yardımcı kimyasallar eklenerek yapılır. Kirlilik yükünün %20 - %40 ' mı oluşturmasına karşılık yüksek derecede renklilik ve çok miktarda atık oluşturur (Kırdar 1995, EPA 1997, EPA 2000).
2.2.6. Apreleme Fiziksel ve kimyasal özellikleri değişen "kumaşın işlenmesi apreleme olarak adlandırılır. Apreleme işlemi ile görünüş, yumuşaklık, sağlamlık, pürüzsüzlük ve parlaklık gibi özelliklerin daha iyi olması sağlanır. Kullanılan maddeler; nişasta (kola) ve dekstrin kolası, doğal ve sentetik balmumu, sentetik reçineler, amonyum ve çinko klorit, yumuşatıcı maddeler ve çeşitli özel kimyasallar içerir. Bu kimyasalların kullanımı ile aşınma kalitesi düzelir, su geçirmeme, yanmama ve küflenmeme gibi özellikler sağlanır (Kırdar 1995, EPA 1997, EPA 2000).
2.3. Tekstil Endüstrisinin Sınıflandırılması 2.3.1. Yünlü tekstil endüstrisi Yünlü kumaş üretiminde hammadde, koyun yünüdür. Ancak koyun yününe çoğunlukla viskoz ipeği veya sentetik lif katılarak karışım iplikler hazırlanır. Endüstride kullanılan yünün özelliği, hayvanın cinsi, yaşı, sıhhati ve yaşadığı yerin iklim şartlarına göre değişir. Hayvan üzerindeki yün, incelik - kalınlık, uzunluk - kısalık, elastikiyet ve mukavemet açısından farklılık gösterir. Yün mikroskopta incelendiğinde üç kısım göze
6
çarpar: En dışta pullu bir tabaka, ortada nesiç ve en dışta ilik bulunur. Yün elyafı 15-50 mikron kalınlığında ve 5 - 30 cm uzunluğundadır. Her bir santimetresinde 212 arası kıvrım vardır. Hayvanlardan gelen ham yün, ter ile oluşan ifrazat, toz, kum gibi maddeler içerebileceğinden üretime katılmadan önce temizlenmesi gerekir. Bu temizleme, soda ve sabunlu sularla yıkanarak yapılır. Yıkanan her 100 kg ham yünden elde edilen temiz yün miktarına tekstil literatüründe randıman denir. Türkiye için yün randımanı %50 dir (Vardar ve Şar 1998, Şengül 1991).
Ham yünün bileşiminde şu maddeler bulunur (Vardar ve Şar 1998):
Madde
Miktar %
Su
2-24
Yağ
7 - 47
Ter
3-24
Pislik
2-23
Yün lifi
20-50
Bu sektörün üretim prosesi 10 kadar operasyondan oluşur. Ancak, bu operasyonların yalnızca birkaçından atıksu çıkışı gözlenir. Öncelikle sektörün ham maddesi olan yün, kırpıldıktan sonra temizlenir. Temizleme 2 temel kademede olur. İlk aşamada sıcak suda eriyen yabancı maddeler yünden uzaklaştırılır. Sonra yün, sabun ve soda çözeltisinde yıkanır ve sıkılarak suyu uzaklaştırılır. Bu aşamadan sonra yün makinelerle parçalanır, taranır, eğirilir, dokunur ve boyanır. Boyamadan sonra yün deterjan ve su banyolarında yıkanarak artık boyası uzaklaştırılır. Yün prosesi sırasında bir ara bitkisel maddelerin karbonizasyonu için yün, zayıf sülfürik asit çözeltisine batırılıp kuruyuncaya kadar sıkıştırılır Kullanılmış sülfürik asidin zamanla dışarı atılması bu aşamada çıkan yegane atıktır (Vardar ve Şar 1998). Karbonizasyon ; yün üzerindeki bitkisel artıkların uzaklaştırılması amacıyla yapılır. Bu maddeler uzaklaştırılmadığı taktirde boyama sırasında boyanmadan
kalır
ve
tarak
ve
eğirme
işlemlerinde
güçlükler
çıkarır.
7
Karbonizasyon, anorganik asitlerle selülozik maddeleri hidroliz ederek, kırılgan bir madde olan hidroselüloz haline dönüştürmektir (Başer 1992). Karbonizasyondan sonra yünler dinkleme işlemine alınır. Dinkleme; yünlü kumaşları sıkı ve yoğun bir hale getirmek için yapılan kontrollü keçeleştirme işlemidir. Keçeleştirme için seyreltik asid çözeltileri ile bazik çözelti olarak sabun çözeltilerinden yararlanılır (Başer 1992). Daha sonra aşamada keçeleşmezlik sağlanır. Yünlü giysilerin keçeleşmesi istenmeyen bir durumdur. Bu nedenle keçeleşmede rol oynayan pulumsu yüzey ya kimyasal reaktiflerle bozundurularak giderilebilir veya bazı kimyasal maddelerle kaplanarak dışa doğru açılması önlenir. Pulların giderilmesi, klor ve alkollü potasyum hidroksidle veya enzimlerle yapılır (Başer 1992). Yün en son kademede ise, gerektiğinde NaOCl veya hidrojen peroksit ile ağartılır. Buraya kadar olan işlemler yünün temizlenmesi işlemidir. Oluşan temiz yün iplik haline getirilerek dokunur ve kuru ve yaş bitirme işlemlerine tabi tutularak yünlü kumaş olarak satılır (Vardar ve Şar 1998). Yünlü tekstil endüstrisinin ayrıntılı üretim şeması Şekil 2.1'de verilmiştir.
8 TEFRİK (Ayırma) Yıkama-Kurutma Karbonizasyon Dinkleme Yapak Yıkama Ağartma Kurutma HARMAN HALLAÇ Taraklar Cerler Tops BÜKÜM
Atıksu Boyama, yıkama (BOI, TKM, boyalar, metaller…)
Vigara baskı, Fiksaj Atıksu (BOI, TKM, boyalar)
İPLİK (Çözgü ipliği, iplik aktarma, atkı ipliği) KUMAŞ DOKUMA BİTİRME İŞLEMLERİ Mamul kumaş Ölçme-kontrol Paketleme Mamul yünlü kumaş
Şekil 2.1. Yünlü Tekstil Endüstrisi Akım Şeması ve Oluşacak Atıksu (Vardar ve Şar, 1998; Şengül, 1991; Başer, 1992)
9
Yün atıksularında, saman, diken, pıtrık, toprak, kum, alkali maddeler; organik asitler, yağ ve H2S, boyalar, deterjanlar, kimyasal ve organik maddeler bulunur. Yünün saflığına, kalitesine, boyar maddelerin çeşidine, deterjan türlerine ve makine tiplerine göre atıklar farklıdır (Şengül 1991).
Yünlü tekstilde yünün yıkanması sırasında ve ön terbiye işlemleri esnasında atıksular oluşmaktadır. Yünlü tekstil atıksularının genel özellikleri; yüksek asidite, çeşitli organik maddeler, boyalar, aktif yıkama maddeleri, tuzlar ve yüksek konsantrasyonda yağ içermeleri şeklinde özetlenebilir (Şengül 1991). Yünlü tekstil endüstrisinin yıkama prosesinden çıkan atıksularda bol miktarda yağ, AKM, BOİ5 ve alkalinite mevcuttur, l kg yünün yıkanması için yaklaşık 100 L su gerekmektedir. Bu endüstride en fazla kirlilik yüküne sahip atıksular, yıkama sularıdır. Yıkama suları yüksek derecede bulanıklığa ve kirli sarı bir renge sahiptirler, bazik reaksiyon gösterirler ve yüksek oranda organik ve anorganik kirlilik içerirler. Bu sularda kirlilik ve yağ emülsiyon halindedir ve önemli ölçüde çökelebilir mineral madde içermektedirler . yıkama sularının ihtiva ettiği kirlilikler ve miktarları Çizelge 2.1' de verilmiştir (Vardar ve Şar 1998).
Çizelge 2.1. Yün Yıkama Suyunun İhtiva Ettiği Kirlilikler (Vardar ve Şar 1998) PARAMETRE
MİNİMUM
MAKSİMUM
ORTALAMA
Yağ (mg/L)
3000
25800
8650
AKM (mg/L)
2400
30300
11500
Alkalinite (mg/L)
3430
29400
6780
B015 (mg/L)
1200
22000
5500
Yünlü tekstil atıksularında bulunan kirleticilerin üretim proses ve metotlarına göre değişimi Çizelge 2.2' de verilmiştir (Göknil ve ark. 1984).
10
Çizelge 2.2. Yünlü Tekstil Atıksularındaki Kirleticilerin Üretim Proses ve Metodlarına Göre Değişimi (Göknil ve ark. 1984)
PROSES
pH
mg/L
BOI
TKM
Toplamın
mg/L
Yıkama *Sabun- Alkali Metodu 1. Tekne
9,5-10,5
63-71 11900-27000
42116-76950
2. Tekne
2340-7350
16650-32532
3. Tekne
115-260
834-1424
1 . Tekne
11000-25000
47108-91456
2. Tekne
775-1560
5024-7856
3 . Tekne
115-260
1052-2406
*Deterjan-Na2SO4 Metodu
*Dinkleme ve Yıkama
6,4-9,1
9,0-10,7
21-27
1 . Sabunlama
3900-240000
11270-23120
2. Sabunlama
4000-40000
4516-5144
*Karbonizasyon ve Nötralizasyon
0,6-1
1 . Durulama
1,9-2,4
20-35
494-1988
1. Soda banyosu
7,9-9,0
21-36
8678-10884
6,0
390
Ağartma Boyama Asetik asit
4,8-8,4
1440-3450
Amonyum sülfat
5,0-8,3
- 140-1020
TOPLAM
6-11
0,4-1
908
6-9
2418-5880
100
7344-9160
2.3.2. Pamuklu tekstil endüstrisi Pamuklu tekstil ürünleri ülkemiz ekonomisinde oldukça önemli bir yer
11
tutmaktadır. Bu önem ham madde olan pamuğun ülkemizde bolca yetiştirilmesinden kaynaklanmaktadır. Ülkemizin başta gelen dış satım ürünlerinden olan pamuklu dokuma ürünleri, A.T. ülkelerinin her türlü kısıtlamalarına rağmen hala Avrupa'da alıcı bulmaktadır. Bunda pamuğun ülkemizde bolca yetişmesinin ve işgücünün payı büyüktür (Vardar ve Şar 1998). Pamuklu tekstil endüstrisinin ham maddesi olan pamuk, 1,5 m'ye varan yüksekliği olan kozalı bir bitkidir. Kozanın ortasında pamuğun çekirdeği ve onun etrafında da pamuk elyafları bulunur. Ham pamuğun işlenmesi için elyafın çekirdekten ayrılması gerekir. Buna çırçırlama denir. Pamuk elyafları boyuna göre kısa, orta, uzun olmak üzere üçe ayrılır. Bu ayırma kumaş yapımında çok önemlidir (Vardar ve Şar 1998). Pamuk elyafı tek hücreden oluşmuş olup, tam kurumuş pamuğun %90'ını saf selüloz oluştururken, %9'unu petkin, yağ ve tabii renk maddeleri ile albüminli maddeler oluşturur, %1'lik kısmını da kül veren Ca, Mg, K bileşikleri kapsar. Pamuk elyafının uzunluğu 20 - 45 cm arasında değişirken, kalınlığı ise 10 -15 mikron arasında değişir. Elyafın her l santimetresinde 6 - 160 arası kıvrım bulunabilmektedir. Pamuk elyafının rengi açık kreme kaçan beyaz olabileceği gibi esmer sarı renge kadar artan tonlarda olabilir (Vardar ve Şar 1998). Pamuk lifleri, çırçır makinelerinde liflerinden ayrıldıktan sonra balyalar halinde iplik fabrikalarına gönderilir. Burada iplik haline getirildikten sonra, dokuma veya örme işlemlerin yollanır. Her pamuklu kumaş, dokuma veya örme işleminden sonra tüketiciye sunulmadan önce, terbiye işlemlerinden geçer. Bu işlemlerle kumaşın kusurları düzeltilir, kullanışlı hale getirilir, boyama veya baskı şeklinde renklendirme yapılır ve aprelenir. Pamuklu kumaşlarda terbiye işlemleri sırasıyla; yakma, haşıl sökme işlemi, pişirme işlemi, ağartma işlemi, merserizasyon işlemi, boyama ve baskı işlemi, apre (bitirme) işlemleri şeklindedir (Şengül 1991, Başer 1992). Pamuklu tekstil proses akım şeması ve oluşacak atıklar Şekil 2.2' de görüldüğü
12
gibidir (Kanlıoğlu 2000, Şengül 1991).
HAM PAMUK Harman Hallaç
Katı atık (toz, atık elyaf)
Taraklama
Katı atık (toz, atık elyaf)
Tarama
Katı atık (toz, atık elyaf)
Cer Çekme Fitil Çekme Eğirme İPLİK Satış ipliği
Katı atık (atık iplik)
Bobin
İplik Aktarma
Çözgü İpliği
Atkı İpliği
Leverde Sarma Haşıllama
Atıksu (BOI, KOI, TKM)
DOKUMA
Katı atık (kumaş, elyaf)
Ham Kontrol
Toz
Makas
Katı atık (kumaş, elyaf)
Yakma Haşıl Sökme Pişirme veağartma Yıkama Kurutma
Atıksu (BOI, TKM) Atıksu (BOI, TKM, Alkalinite) Atıksu (BOI, TKM, Alkalinite) Atık sıcak hava
13
Şekil 2.2. Pamuklu Tekstil Proses Akım Şeması ve Oluşacak Atıklar (Kanlıoğlu, 2000; Şengül, 1991)
BOYAMA
Atıksu
Yıkama
Merserizasyon
Atıksu (BOI, TKM, Alkalinite)
Nötralizasyon
Atıksu (BOI, Alkalinite)
Yıkama
Atıksu (BOI, Alkalinite)
APRE
Yıkama
Atıksu
Atıksu
(KOI, Renk, Deterjan, TKM)
(KOI, TKM)
Fiksaj
BASKI
Atıksu
Atıksu
(BOI, KOI, TKM)
Gergefli Kurutucu
Kalandır
Kalite Kontrol
Katı atık (atık kumaş)
Katlama
AMBALAJLAMA-SATIŞ
Şekil 2.2. Pamuk Tekstil Proses Akım Şeması ve Oluşacak Atıklar (Devamı) (Kanlıoğlu, 2000; Şengül, 1991)
Tekstil terbiye endüstrisi biyolojik olarak parçalanabilen yada parçalanamayan birçok bileşik kullanır. Atıksudaki yabancı maddelerin çoğu biyolojik olarak
14
parçalanabilir olmasına rağmen, bazı' durumlarda açık kanala deşarjlar, biyolojik ayrışma safhası boyunca kanalizasyon suyunun oksijen seviyesini,sağlıklı su kalitesi için gerekli değerin altına düşürebilir ve suyun bozulmasına öncülük edebilir. Kimyasal madde ve suyun yoğun miktarda kullanımı, fazla miktarlarda ve çok kirli atıksuların oluşumuna neden olur. Tekstil proseslerinde oluşan atıksu miktarlarını temsil edebilecek gerçekçi bir aralığı önceden söylemek zor olmasına rağmen, ETIP (Europen Technologies Information Programme)'nin tekstil endüstrisi üzerinde yaptığı çalışma göstermiştir ki, l kg kumaş terbiyesi için 0,08 - 0,15 m 3 su tüketilirken, 12-20 ton/gün'lük bir üretime karşılık 1000 - 3000 m3/gün değerinde atıksu oluşmaktadır (Kanlıoğlu 2000).
Aşağıda da görüldüğü gibi tekstil prosesleri çeşitli atıksu türlerinin oluşumuna neden olur: •
Ağartma prosesinden gelen atıksular, NaOH, H2O2, çeşitli anyonik stabilizör türleri ve deterjanlar içerebilirler.
•
Merserizasyon
prosesi
atıksuları,
hem
kullanılmış
NaOH
hem
de
ıslatma maddelerinin bazı ara reaksiyon ürünlerini ve deterjanları içerir. •
Boyama ve baskı proseslerinden gelen atıksular kalıntı boyarmaddeler ve kimyasal maddeleri içerir.
•
Boya mutfağı atıksuları, üre, sodyum karbonat, amonyum hidroksit ve diğer bazı kimyasalları içerir.
•
Kazan daireleri, içerisinde fazla miktarda TCK, kimyasal kalıntılar ve çamur bulunduran önemli miktarda atıksu oluşturur.
•
Şablon dairesi olan tekstil işletmelerinden gelen atıksular yüksek miktarda krom, KOİ, sülfat içerir.
•
Laboratuarlardan gelen atıksular yüksek oranlarda BOİ ve KOİ değerlerine sahiptir (Kanlıoğlu 2000).
Pamuklu tekstil işletmelerinden gelen proses atıksularının karakteristiği,
15
pamuklu tekstil terbiyesi atıksularına ait atıksu karakterizasyonu ve pamuklu tekstil endüstrisinde oluşan yüzde olarak-atıksu debileri ve kirlilikleri sırasıyla; Çizelge 2.3, Çizelge 2.4 ve Çizelge 2.5' de verilmiştir. Çizelge 2.3. Pamuklu tekstil işletmelerinden gelen proses atıksularının karakteristiği (Kanlıoğlu 2000) PARAMETRE
GEÇERLİ ARALIK (ppm)
NEQS* (ppm)
8-11
6-10
BOI5
120-440
80
KOI
300-1100
150
TCK
200-5000
3500
TAKM
50-120
150
Yağ-Gres
11- 45
10
Krom
0,5-2,5
0,1
pH
*NEQS; Ulusal Çevre Kalite Standartları
Çizelge 2.4. Pamuklu Tekstil Terbiyesi Atıksularına Ait Atıksu Karakterizasyonu (Kanlıoğlu 1998, Kanlıoğlu 2000) PROSES
BOI
TOPLAM KATI
(ppm)
MADDE (ppm)
4-8
1700-5200
16000-32000
Kaynatma
10-13
680-2900
7600-17400
Pişirme
11-13
50-110
-
Ağartma
9-11
90-1700
2300-14400
Merserizasyon
9-12
45-100
600-1900
Boyama
6-12
80-500
2000-20000
Baskı
6-11
100-600
500-1000
Haşıl sökme
PH
16
Çizelge 2.5. Pamuklu Tekstil Endüstrisinde Oluşan Yüzde Olarak Atıksu Debileri Ve Kirlilikleri (Marangozoğlu 1994, Lomas 1993) PROSES
SU İHTİYACI (%
BOI
KİRLETME
olarak toplam )
(%)
(%)
Haşıl sökme
5
22
>50
Hidrofilleştirme
1
54
10-25
Ağartma
46
-
3
Merserizasyon
2
5
<4
Boyama
8
5
10-20
Baskı
7
6
10-20
Yıkama
30
1
5
Bitim
1
7
15
2.3.3. Sentetik tekstil endüstrisi Bu tekstil endüstrisinin ham maddesi, çeşitli kimyasal reaksiyonlar sonucunda üretilmiş olan sentetik liflerdir. Tekstil sektöründe kullanılan sentetik lifler genel olarak ikiye ayrılırlar; 12-
Selülozik Elyaflar : Rayon, selüloz, asetat Selülozik Olmayan Elyaflar : Naylon, polyester, akrilikler (Vardar ve Şar 1998).
Bu tekstil dalı, tek bir endüstri halinde olmayıp, her sentetik elyafını ayrı ayrı üreten farklı sanayiler halindedir. Örneğin; bir sentetik tekstil fabrikasında rayon üretimi yapılırken, başka bir fabrikada naylon , polyester veya akrilikler üretilebilmektedir (Vardar ve Şar 1998). Üretim sırasında, sentetik maddelerin çok az nemlenebilmesi nedeniyle, işlemler
17
sırasında statik elektrik problemi olabilir. Bunu azaltma amacıyla antistatik yağlar kullanılmaktadır. Bu yağlar aynı zamanda yağlama ve apreleme maddelerinin de yerini tutarlar (Vardar ve Şar 1998). Bunların başlıcaları şunlardır; polivinil alkol, stiren esaslı reçineler, polialkilen glikoller, poliakrilik asit ve polivinil asetattır. Bu maddeler temizleme esnasında ürünlerden uzaklaştırıldığında kirliliğe neden olurlar (Vardar ve Şar 1998). Selülozik ve organik polimerlerin elyafları pamuk ve yünlülere karıştırılarak ve ayrı olarak iplik hazırlama, haşıl sökme, boyama ve apreleme işlemlerinden geçerler. Boyamada asit, bazik dispers, naftal gibi boyalar kullanılır. İpek iplik üretimi aşamalarında,, ipek çekimi, liflerin terbiyesi, yıkama, ağartma, boyama işlemleri vardır (Vardar ve Şar 1998). Bütün sentetik tekstil endüstrilerinin üretim prosesleri hemen hemen aynıdır. Farklılıklar genelde iplik üretimi aşamalarında görülmektedir. Genel olarak sentetik tekstil endüstrisi prosesleri ayrıntılı akım şeması Şekil 2.3' te verilmiştir (Vardar ve Şar 1998).
18
İPLİK ÜRETİMİ
Aktarma
Büküm
Fikse
Çözgü
Haşıllama
DOKUMA
Ham Kontrol
Yıkama
Apreleme
Metreleme
SEVKİYAT
Şekil 2.3. Sentetik Tekstil Endüstrisi Üretim Prosesleri (Vardar ve Şar, 1998)
Sentetik tekstil endüstrisi atıksularmda bulunan kirleticilerin başlıcaları: boya, sentetik deterjanlar, antistatik yağlayıcılar, yumuşatıcılar, kloritler, hidrojen peroksit, esterler, sülfolanmış yağlardır (Vardar ve Şar 1998). Buna göre Çizelge 2.6’da çeşitli sentetik tekstil endüstrilerinin prosesleri ve atıksu özellikleri verilmiştir (Vardar ve Şar 1998).
19
Çizelge 2.6. Sentetik Elyaf Proseslerindeki Belli Başlı Kirleticiler (Vardar ve Şar 1998) ELYAF Rayon
PROSES Temizleme ve boyama
KİRLETİCİ Yağ, boya, sentetik deterjan ve antistatik yağlayıcılar
Asetat
Temizleme ve ağartma
Sentetik deterjan ve hidrojen peroksit
Tuz banyosu
Sentetik deterjan, klorit ve sülfatlar
Temizleme ve boyama
Antistatik
yağlayıcılar,
boya,
sülfolanmış
yağlar, sentetik deterjan, ester, yumuşatıcı
Naylon
Temizleme ve ağartma
Sentetik deterjan ve hidrojen peroksit veya klor
Temizleme
Antistatik yağlayıcılar, sabun, tetra sodyum * pirosülfat, soda, yağ esterleri
Geliştirilmiş boya ile boyama
Boya, NaNOs, HCI, sülfolanmış yağlar
Ağartma
Perasetik asit
Akrilik ve Boyama
Boya, formik asit, ıslatma vasıtası, sülfatlar,
moda
aromatik aminler, geciktirme vasıtası
akrilik
Isıl boyama
Asit
Ağartma
Klorit
Temizleme
Sentetik deterjanlar ve çam yağı
Taşıyıcılarla boyama
Klorobenzen,
sıcak su, boya,
fenil
karbonol boya Çeşitli sentetik elyaf atıksularının kirlilik yükleri Çizelge 2.7' verilmiştir (Göknil ve ark. 1984).
de
metil,
20
Çizelge 2.7. Çeşitli Sentetik Elyaf Atıksularının Kirlilik Yükleri (Göknil ve ark. 1984) PROSES
ELYAF
pH
BOI (mg/L)
TKM (mg/L)
Naylon
10,4
1360
1880
Akrilik
9,7
2190
1874
Polyester
-
500-800
-
Rayon
8,5
2832
3334
boyama
Asetat
9,3
2000
1778
Boya
Naylon
8,4
368
641
Akrilik
1,5-3,7
175-2000
833-1968
Polyester
-
480-27000
-
Tuz banyosu
Rayon
6,8
58
4890
Son temizleme
Akrilik
7,1
608
1191
Polyester
-
650
-
Temizleme
Temizleme
ve
2.4. Boyar Maddelerin Sınıflandırılması Boyalar birinci bileşen olarak boyarmaddeleri ve ikinci bileşen olarak bağlayıcıları içerirler. Boyarmadde pigmentleri dekoratif ve koruyucu özelliklere sahiptirler, buna karşılık bağlayıcılar (reçine veya polimerler) pigment taneciklerini birlikte tutmaya ve bunları yüzeye bağlamaya yararlar (Achkar 1989). Boyar maddelerin sınıflandırılması; çözünürlük, kimyasal yapı, boyama özellikleri ve kullanılış yerleri gibi çeşitli karakteristikleri göz önüne alınarak yapılır (Özcan ve Ulusoy 1984):
21
2.4.1. Boyarmaddelerin çözünürlüklerine göre sınıflandırılması 2.4.1.1. Suda çözünen boyar maddeler Boyarmadde molekülü en az bir tane tuz oluşturabilen grup taşır. Boyarmaddenin sentezi sırasında kullanılan başlangıç maddeleri suda çözündürücü grup içermiyorsa, bu grubu boyarmadde molekülüne sonradan eklemek suretiyle de çözünürlük sağlanabilir. Ancak tercih edilen yöntem, boyarmadde sentezinde başlangıç maddelerinin iyonik grup içermesidir. Suda çözünebilen boyarmaddeler tuz teşkil edebilen grubun karakterine göre üçe ayrılır; I.
Anyonik suda çözünen boyarmaddeler
II.
Katyonik suda çözünen boyarmaddeler
III.
Zwitter iyon karakterli boyarmaddeler (Başer ve İnanıcı 1990).
2.4.1.2. Suda çözünmeyen boyar maddeler Tekstilde ve diğer alanlarda kullanılan ve suda çözünmeyen boyarmaddeleri çeşitli gruplara ayırmak mümkündür . I.
Substratta çözünen boyarmaddeler
II.
Organik çözücülerde çözünen boyarmaddeler
III.
Geçici çözünürlüğü olan boyarmaddeler
IV.
Polikondensasyon boyarmaddeler
V.
Elyaf içinde oluşturulan boyarmaddeler
VI.
Pigmentler (Başer ve İnanıcı 1990).
2.4.2. Boyar maddelerin boyama özelliklerine göre sınıflandırılması Bu sınıflandırmada, boyama teknolojisinde boyar maddenin kimyasal yapısı ile değil onun hangi yöntemle elyafı boyadığına bakılır ve boyar maddenin sınıflandırılması boyama özelliklerine göre yapılır (Dikmen 1998). 2.4.2.1. Bazik (katyonik) boyarmaddeler Bunlar organik bazların hidroklorürleri şeklinde veya asetat tuzlan şeklindedir. Yani renkli kısım katyondur. Pozitif yük taşıyıcı olarak N ve S atomu içerirler. Bazik
22
olarak etki ettiklerinden sulu çözeltide boyarmadde katyonu, elyafın anyonik gruplarıyla, elyaf-boyarmadde tuzunu meydana getirir (Dikmen 1998, Özcan ve Ulusoy 1984). Bazik boyarmaddelerin en karakteristik özellikleri parlaklıkları ve renk şiddetidir. Genellikle asetik asit ve tannik asit yardımıyla boyama yapılır. 80-90°C de polyakrilik elyafını hızlı bir şekilde boyarlar ve kumaştan ayrılmazlar (Dikmen 1998, Özcan ve Ulusoy 1984). 2.4.2.2. Asit boyarmaddeler Molekülde bir yada birden çok sülfonil grubu veya karbonil asit grubu içerirler. Renkli bileşen boyarmadde anyonudur ve anyonik sınıfa girerler. Başlıca protein ve poliamid elyafın boyanmasına yararlar (Dikmen 1998, Özcan ve Ulusoy 1984). 2.4.2.3. Direkt boyarmaddeler Bunlar genellikle sülfonik asitlerin, bazen de karboksilli asitlerin sodyum tuzlarıdır. Yani renkli kısmı oluşturan iyon anyon şeklindedir. Pek çoğu yapı bakımından azo-boyarmaddeleri grubuna girer (Dikmen 1998, Özcan ve Ulusoy 1984). Direkt boyarmaddelerin ucuz olmaları, boyama işlemlerinin çok basit oluşu ve boyama esnasında elyafın yıpranmaması gibi özelliklerden dolayı tercih edilirler. Genellikle selülozik elyafın boyanmasında kullanılırlar. Bazıları ise kağıt, deri, ipek ve naylon boyamada kullanılırlar (Dikmen 1998, Özcan ve Ulusoy 1984). 2.4.2.4. Mordan boyarmaddeler Bunlar asidik veya bazik fonksiyonel gruplar içerirler. Bitkisel ve hayvansal elyaf ile kararsız bileşikler oluştururlar. Boyamadan önce mordanlama yapılır ve mordan olarak Al, Sn, Fe, Cr tuzları kullanılır. Daha sonra krom bileşikleri katıldıktan sonra boyama gerçekleştirilir (Dikmen 1998). 2.4.2.5. Reaktif boyarmaddeler Elyaf üzerine kimyasal kovalent bağ ile bağlanan bu boyarmaddeler selülozik elyaf, yün, ipek, poliamid boyamada kullanılırlar. Boyama sürekli, yarı sürekli yapılabilir (Dikmen 1998).
23
2.4.2.6. Küpe boyarmaddeler Küpe boyarmaddeler moleküllerinde en az iki oksijen atomu ihtiva eden bileşiklerdir. İri, ince ve çok ince toz halinde bulunabilirler. Bunlar suda çözünmezler; fakat sodyum hidroksit ve sodyum hidrosülfit gibi bir indirgenin etkisiyle suda çözünebilen leuko bileşiklerine dönüşürler. Daha çok selülozik kısmen de protein elyafının boyanmasında kullanılır. Işığa, yıkamaya, sürtünmeye karşı mukavemetleri oldukça yüksektir (Dikmen 1998, Özcan ve Ulusoy 1984) 2.4.2.7. Dispers boyarmaddeler Amino ve hidroksil grupları ihtiva eden düşük molekül ağırlıklı bileşiklerdir. Dengede iken elyaf üzerine çekilmesi gayet iyidir. Fakat içine difüzyon oldukça yavaştır. Dolayısıyla boyama uzun sürede gerçekleştiğinden pratik değildir (Dikmen 1998). 2.4.2.8. Sülfür boyalar Sülfür boyalar nitro ve amino grupları içeren amino bileşiklerin sülfür veya sodyum sülfid ile yüksek sıcaklıkta reaksiyonu sonucu elde edilir. Genellikle koyu mavi, siyah, kahverengi gibi koyu renkleri kullanılır (Dikmen 1998).
2.4.2.9. Geliştirilmiş boyarmaddeler Bu boyalar pamuk ve poliamid elyaflarının boyanmasında kullanılır. Her ne kadar ışığa karşı mukavemetleri az ise de boyanan elyafın çabuk yıkanmasından dolayı tercih edilirler (Dikmen 1998). 2.4.2.10. Anilin siyahı Oksitleyici bir boyadır, çözülmez bir pigmenttir ve anilinin oksitlenmesiyle elde edilir. Pamuk ve poliamid elyafının boyanmasında kullanılır. Mükemmel parlaklık şiddetinden ve ekonomik olmasından dolayı tercih edilir (Dikmen 1998).
2.4.3. Boyar maddelerin kimyasal yapılarına göre sınıflandırılması Bu sınıflandırmada molekülün temel yapısı esas alınabildiği gibi molekülün
24
kromojen ve renk verici özellikteki kısmı da esas kabul edilebilir. Aşağıda boyarmaddelerin sentez ve pratik uygulamalarının göz önüne alındığı bir kimyasal sınıflandırma verilmiştir (Başer ve İnanıcı 1990).
I.
Azo boyarmaddeleri
II.
Nitro ve nitrozo boyarmaddeleri
III.
Polimetin boyarmaddeleri
IV.
Arilmetin boyarmaddeleri
V.
Aza (18) annulen boyarmaddeleri
VI.
Karbonil boyarmaddeleri
VII.
Kükürt boyarmaddeleri (Başer ve İnanıcı 1990). Tekstil endüstrisinde kullanılan boyarmaddelerin özellikleri Çizelge 2.8'de
verilmiştir.
25
Çizelge 2.8. Tekstil Endüstrisinde Kullanılan Boyaların Karakteristik Özellikleri (EPA, 1997) Boya
Tanımı
Metodu
Sınıfı Asit
Suda
çözünebilen
anyonik
bileşikler Baz
Suda
Boya
banyosu,
yuvarlak
çözünebilir,
Suda
Elyaf Tipi
(%)
tekneler, Yün, naylon
çok
parlak Boya banyosu, yuvarlak tekneler
çözünebilir,
anyonik
selülozık
elyafa
Boya
banyosu,
yuvarlak
sürekli boyama
Akrilik,
bazı
tekneler, Pamuk, (suni
direkt uygulanabilir
80-93
Renk, organik asitler, fıkse edilemeyen boya artıkları
97-98
N/A
rayon
70-95
Renk, tuz, fıkse edilmeyen boya artıkları, katyonik
ipek)
,
fiksasyon kimyasalları, yüzey aktif maddeler, köpük
diğer
kırıcılar,
selülozikler Boya banyosu (yüksek ısılarda) , Polyester,
Suda çözünemez
sürekli boyama
asetat,
80-92
diğer
Suda
çözünebilir,
bileşiklerdir. Sülfür
En
,boya soğuk
besletme
sınıfıdır.
boyama
Sülfür ya da sodyum sülfit
Sürekli boyama
yöntemi,
daha kompleks, suda çözünmez
diğer
60-90
sürekli selülozikler, yün
kimyasalları, seyrelticiler • Renk, organik asitler, taşıyıcılar, köpük
kırıcılar,
apreleme
fosfatlar, ağartıcılar,
Renk, tuz, alkalinite, fikse edilmeyen boya artıkları, yüzey aktif maddeler, köpük kırıcılar, seyrelticiler, apreleme
Yün,
diğer
60-70
selülozikler
En eski boyalar; kimyasal olarak Boya
ve
kimyasalları
içeren organik bileşikler Vat
retarder
parlaklaştırıcılar, dispersantlar, seyrelticiler
anyonik Boya banyosu, yuvarlak tekneler, fular Pamuk,
geniş
düzgünleştirici,
düzgünleştiriciler,
sentetikler Reaktif
Oluşturduğu Kirleticiler
polyesterler
bileşikler;
Dispers
Fiksasyon
sürekli boyama (halı)
boyalar Direkt
Uygulandığı
banyosu,
sürekli boyama
bobinde
boyama, Pamuk,
Renk,
alkalinite,
oksidan
maddeler,
indirgen
maddeler, fikse edilemeyen boya artıktan diğer
80-95
selülozikler
Kaynak: Profile of The Textile Industry, EPA, September 1997, Washington, p.35.
Renk, alkalinite, oksidan ve maddeler, indirgen maddeler
26
3. TEKSTİL ENDÜSTRİSİ ATIKSULARININ KAYNAK, MİKTAR VE ÖZELLİKLERİ Tekstil endüstrisinde atıksular miktar ve bileşim yönünden çok değişkendirler. Bu atıksulardaki kirleticilerin birinci kaynağı liflerde mevcut olan doğal safsızlıklardır. İkinci kaynak ise proseslerde kullanılan kimyasal maddelerdir. Tekstil proseslerinde kullanılan boyalar, carrier'ler, krom ve türevleri ve sülfüre atıksularda bolca rastlanır (Kestioğlu 1992). Tekstil atıksularında kirliliğe sebep olan prosesleri 4 ana gruba ayırabiliriz; I.
Ham materyalde bulunan safsızlıkları gidermek için yapılan prosesler
II.
Renklendirme prosesleri (baskı yada boyama ile mamulün renklendirilmesi)
III.
Buruşmazlık, yanmazlık gibi özellikleri kazandırmak için uygulanan prosesler
IV.
Lifte herhangi bir kimyasal madde ilavesi veya uzaklaştırılması yapılmaksızın, kimyasal veya fiziksel özelliklerinin değiştirilmesi prosesleri (Marangozoğlu 1994). Sonuncu grup hariç diğerlerinde, ya kimyasal madde ilavesi yada
uzaklaştırılması söz konusudur. Bu maddelerin ya life karşı düşük substantivitesi yada hiç substantivitesi bulunmamaktadır (Marangozoğlu 1994). Terbiye işi ile uğraşan kişiler için bu kimyasallar içinde en ciddi sorunu boyalar ve kullanılan ajanlar teşkil etmektedir. Bu maddeler kullanıldığı zaman, en az %1020'si çözeltiye geri dönmektedir. Kullanılan elyafın tipi beraberinde getireceği kimyasal atığın içeriğini de belirlemektedir (Marangozoğlu 1994). Çizelge 3.1.'da tekstilde kullanılan elyaflardaki safsızlıklar verilmiştir (Marangozoğlu 1994).
27
Çizelge 3.1. Tekstilde Kullanılan Elyaflardaki Safsızlıklar (Marangozoğlu 1994, Calley ve ark 1995) ELYAF
Pamuk
BULUNDUĞU TEMEL ELYAFTAKİ DURUM KOMPONEN % AĞIRLIK
PROSESTE KULLANILAN
T
KİMYASALLAR
Doğal
Yağlar, vakslar 10
NaOH, Na2CO3, ağartma maddeleri
Ham yün
Doğal
Yağ ve
10
Na2CO3, sabun, deterjan
inorganik mad. Diğer yün
Doğal , çekim
Yağ
10
Na2CO3, sabun
insan yapımı
Üretim
Yağlayıcılar,
2
Na2CO3, deterjan
elyaf
anti statik ajan
Viskoz pet
Dokuma
Nişasta, yağ ve 5
Enzimler, asit
modifiye nişasta Diğer insan
Dokuma
Jelatin PVA
5
Deterjanlar
yapımı
Tam banyo esasına (çektirme yöntemi) göre normal bir boyama işleminde renklendirilmek istenen tekstil mamulü uzun flotte oranında boyarmadde, kimyasal ceza ve yardımcı maddeleri içeren banyoda uzunca bir süre muamele edilmektedir. Boyama sırasında flottedeki boyarmadde tekstil mamulü tarafından çekilip alınmakta, fakat belli bir süre sonunda; "flottede kalan boyarmadde o lifler tarafından alınan boyarmadde" dengesi meydana gelmektedir. Bu denge oluştuktan sonra boyamaya ne kadar devam edilirse edilsin, flottede kalan boyarmadde miktarı değişmemektedir (Yakartepe 1986).
28
Normal bir boyama işlemi sonunda boyanan tekstil mamulü flotteden çıkarıldıktan sonra geriye kalan boya flottesi kanala atılmaktadır. Kanala atılan flotte; boyama sırasında lif tarafından alınmayan boyarmaddeleri, kimyasal ecza ve yardımcı maddeleri içermektedir. Bunun yanında, flörte sıcak olarak kanala atıldığından önemli ölçüde ısı enerjisi taşımaktadır. Atılan boyarmaddeler, kimyasal maddeler ve ısı enerjisi ekonomik yönden bir kayıp sayılmakla beraber atıksudaki kirlilik yükünü de önemli ölçüde arttırmaktadır (Yakartepe, 1986). Çizelge
3.2'da bazı
boyarmaddelerin boyama
sonrasında
lifte
ve
atıksuda bulunma yüzdeleri ve atıksu karakteristikleri verilmiştir (Kanlıoğlu, 2000)
Çizelge 3.2. Boyarmadde fıkse oranları ve atıksu karakteristiği (Kanlıoğlu, 2000, Hansen, 1997) Boyarmadde grubu
Katyonik boyarmadde Asit boyarmadde Metal
kompleks
boyarmadde Direkt boyarmadde
Elyafta kalan
Atıksuya geçen
Atıksu karakteristiği
boyarmadde
boyarmadde
oranı (%) 98
oranı (%) 2
95-98
2-5
Asidik, ağır metal tuzları
95-98
2-5
olabilir Asidik karakterli, metal tuzları
80
20
Nötral, yüksek tuz kons., ağır
Zayıf asidik
metal tuzları veya formaldehit Dispers boyarmadde
90
10
olabilir Nötral,
Vat boyarmadde
95
5
taşıyıcı kimyasallar (carrier) Alkali, oksidasyon kimyasalları
Sülfür boyarmadde
60
40
olabilir. Alkali, yüksek tuz kons., sülfür
Reaktif boyarmadde
50-95
5-50
çevre için
bileşikleri Alkali, yüksek tuz kons.
zararlı
29
Tekstil-boyahane atıksuları genellikle alkali özellikte, işlenen boyanın hakim renginde ve debisi yüksek atıksulardır. Pamuklu, yünlü ve sentetik endüstrilerinde proses, kimyasal madde ve bitim işlemlerinin farklı oluşu, atıksuların karakterlerinin de bir tekstil tesisinden diğerine çok değişmesine neden olmaktadır (Kestioğlu, 1992). Her bir tekstil prosesinden çıkan atık yükü, her biri ayrı özelliğe sahip elyafların çok sayıda olmasından dolayı geniş bir değişim aralığı gösterir. Bundan başka üretim yöntemlerindeki teknolojik farklılıklar ve mevcut olabilecek diğer birçok değişkenler göz önüne alındığında, aynı elyafı işleyen farklı tesisler arasında da değişimler vardır. Her ne kadar, miktarlar değişebilirse de, atıksu özellikleri aynı elyafı işleyen bütün tekstil fabrikaları için genellikle benzerdir (Göknil ve ark, 1984). Pamuk ve sentetik elyaflar, herhangi bir terbiye işlemine alınmadan önce kumaş halinde dokunur. Yün ise, kumaş halinde dokunmadan önce genellikle yıkanır ve boyanır. Her iki durumda da dokuma prosesi, haşıllar ve antistatik yağlayıcı maddelerle indirekt olarak atık yüküne etki eder (Göknil ve ark, 1984). Yün endüstrisi atıksuları, yüksek BOİ, yüksek katı madde konsantrasyonu ve yüksek yağ muhtevası ile karakterize edilir. Boyama atıksuları, bilinen atıksu arıtma metotları ile giderilmesi son derece zor olan renk içerir. Yün yağı, tesis çıkış suyunun verimli bir biyolojik arıtıma tabi tutulabilmesi için ön arıtma gerektirdiğinden ayrı bir problem kaynağını teşkil eder. Pamuklu tekstil ürünlerinin terbiye işlemlerinden ortaya çıkan atıklar, yağ içermemesi ve nispeten düşük katı madde konsantrasyonu ile yünlü tekstil atıklarından daha az kirleticilik özelliği gösterir. Bunun yanı sıra, pamuklu tekstil endüstrisini karakterize, eden diğer atıksu özellikleri, yüksek BOİ ve aşırı renk içermeleridir. Sentetik ürünlerin terbiye prosesi atıksuları, kirletici madde miktarları ve özellikleri bakımından pamuklu tekstil terbiyesi atıklarından genellikle daha düşüktür. Sentetik atıksularını diğerlerinden ayıran bir özellik, boyamada metalik iyon içeren boyalar kullanıldığı zaman bu suların toksik olabilmesidir. Bitmiş kumaşın birim miktarı başına ortaya çıkan kirletici miktarları kullanılan elyaf tipine göre değişir. Sentetik tekstil boyama atıklarındaki toksik madde konsantrasyonları önemli ölçüde olduğu zaman, biyolojik arıtımı geciktirebilir veya durdurabilir. Böyle durumlarda,
30
biyolojik arıtmadan evvel veya belediye kanallarına deşarj etmeden önce kimyasal ön arıtma gerekli olacaktır (Göknil ve ark., 1984). Tekstil endüstrisi atıksuları, sodyum hidrosülfıt, sodyum klorür, asetik asit, sodyum bikromat ve benzerleri gibi boyamada kullanılan kimyasal maddeler ile birlikte sülfür, küp, reaktif, dispers ve diğer boya tiplerinin tüm renk aralıklarını içine alan boyar maddeleri ihtiva eder (Göknil ve ark., 1984). Ayrıca, bu tür atıksular ıslatma ve yıkama maddeleri olarak kullanılan noniyonik, anyonik, ve katyonik yüzey aktif materyalleri ihtiva edebilir. Bunun yanı sıra, tekstil mamullerinin terbiyesinde kullanılan çeşitli kimyasal maddeleri de bulundurabilirler (Göknil ve ark., 1984). Atıksularda bulunan kimyasal maddeler; polivinil asetat, polivinil alkol, nişasta, üre - formaldehit reçineleri, melamin - formaldehit reçineleri, triazone - formaldehit reçineleri, uron reçineleri, etilen üre-formaldehit reçineleri, düzeltilmiş etilen - üre - formaldehit reçineleri ve azot içeren materyallerin formaldehit kondensatları. Ayrıca, terbiye işlemlerinden atık olarak, akrilik polimerlerin sulu çözeltileri veya dispersiyonları ile katyonik ve elyaf reaktif tiplerinde olan polietilen tipin yumuşatıcıları gelmektedir. Bu terbiye atıkları ayrıca, genellikle magnezyum klorür, çinko nitrat, çinko klorür, çinko fluoborat ve diğer organik tuzlar şeklinde katalizörler ihtiva eder. Ayrıca, tekstil endüstrisi atıksularında karboksimetilselüloz, tabii mumlar, pektinler ve diğer haşıllama materyalleri gibi büyük miktarlarda haşıl maddesi vardır. Birçok pamuklu tekstil işlemlerinde kullanıldığından atıksularda sodyum hidroksit de bulunur (Göknil ve ark., 1984). Tekstil endüstrisi atıklarındaki kirleticiler ya çözünmüş yada süspansiyon halindedir. Biyolojik oksijen ihtiyaçları oldukça yüksek ve sodyum hidroksit ihtiva ettiği için pH değeri 7'nin yukarısındadır (Göknil ve ark., 1984).
31
3.1. Tekstil Endüstrisi Atıksularında Alt Kategorizasyon Endüstriler, atıksu karakterizasyonu, tesis içi kontrol, proses farklılıkları gibi faktörler göz önüne alınarak bir sınıflandırmaya tabi tutulduğunda, arıtma sistemi seçiminde kolaylıklar sağlanacaktır. Arıtma kademelerinin belirlenmesinden sonra endüstrilerin sağlaması gereken standartlar oluşturulabilir. Bu yaklaşım, kirlenme bazlı alt kategorizasyonun amacını oluşturmaktadır (Dikmen 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Alt kategorizasyon yapılırken üretim prosesi ile ilgili değerlendirmelerin yanında atıksu karakterine ait tüm faktörler de dikkate alınmalıdır. Kirlenme bazlı alt kategorizasyon için göz önüne alınacak faktörler aşağıda belirtilmiştir (Dikmen 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). •
Üretim Teknolojisi
•
Ürün Cinsi
•
Hammadde
•
Su Kullanımı
•
Tesis Büyüklükleri
•
Tesis Yaşı, Verimleri
•
Personel Durumu
•
Atıksu Özellikleri
•
Atıksu Arıtma Teknolojisi
•
Yatırım Maliyetleri
•
Diğer Kirleticilerin Durumu (Dikmen 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Endüstrilere ait bilgilerle alt kategorizasyonun oluşturulmasında kullanılan
metotların başında işlenen elyafın cinsine (yün, pamuk, sentetik elyaf) göre sınıflandırma gelmektedir. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'ne göre tekstil sanayi atıksuları yedi alt kategoriye ayrılmaktadır (Dikmen 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
32
1. Açık Elyaf, İplik Üretimi ve Terbiye 2. Dokunmuş Kumaş Terbiyesi ve Benzerleri 3. Pamuklu Tekstil ve Benzerleri 4. Yün Yıkama, Terbiye, Dokuma ve Benzerleri 5. Örgü Kumaş Terbiyesi ve Benzerleri 6.
Halı Terbiyesi ve Benzerleri
7.
Sentetik Tekstil Terbiyesi ve Benzerleri (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
Diğer bir yaklaşım şekli ise alt kategorizasyonun imalat proseslerine, kullanılan hammaddelere, son ürünlere, su kullanımına ve atık karakteristiklerindeki benzerliklere dayandırılarak yapılmasıdır. Burada kullanılan alt kategorizasyon kirlilik bazlı olup, Tekstil Endüstrisinde bu amaçla on alt kategori kullanılmaktadır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). 1. Yapağı Yıkama Alt Kategorisi 2. Yünlü Kumaş Son İşlemler Alt Kategorisi 3. Az Su Kullanılan İşlemler Alt Kategorisi 4. Dokunmuş Kumaş Son İşlemler Alt Kategorisi 5.
Örgü Kumaş Son İşlemler Alt Kategorisi
6. Halı Üretimi Son İşlemler Alt Kategorisi 7. Stok ve Elyaf Son İşlemler Alt Kategorisi 8. Dokusuz Yüzeyli Kumaş Üretimi Alt Kategorisi 9.
Keçeleştirilmiş Kumaş Üretimi Alt Kategorisi
10.
Koza İşleme ve Doğal İpek Üretimi Alt Kategorisi (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
Tekstil Endüstrisinde kullanılan hammaddeler, son ürünler, su kullanımı ve
33
atıksu özelliklerinin benzerlikleri göz önüne alınarak EPA (Environmental Protection Agency) tarafından belirlenen Tekstil Endüstrisi alt kategorileri aşağıda verilmiştir (Dikmen 1998). I. Yapağı Yıkama Alt Kategorisi II.
Yünlü Kumaş Son İşlemleri
III.
Az Su Kullanılan İşlemler
IV.
Dokunmuş Kumaş Son İşlemleri
V.
Örgü Kumaş Son İşlemleri
VI.
Halı Üretimi Son İşlemleri
VII.
Stok ve Elyaf, Boyama ve Son İşlemleri (Dikmen 1998). Halı üretimi dışında tüm yünlü kumaş işlemleri I. ve II. kategorilerin; pamuk ve
sentetik üretimi III., IV., V. ve VII. kategorilerin; halı üretimi III. ve VI. kategorilerin kapsamındadır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). 3.1.1. Yapağı yıkama alt kategorisi ve atıksuları Tekstil endüstrisinin bu alt kategorisi, ham yün elyafı ve diğer hayvan kıllarının temizlendiği tesisleri kapsar. Diğer alt kategorilerden farklı bir özellikte olup yün elyafı ve hayvan kıllarının önemli ölçüde bir ön temizlemeyi gerektirmesinden dolayı yapağı yıkama, kendine özgü bir özellik taşımaktadır. Bu proseste ham yapağı iplik üretimine sokulmadan önce yıkanmalıdır. Ham yün, ayırma ve harmanlama işlemlerine tabi tutulduktan sonra, deterjan, sabun ve soda ilavesiyle yık*anır, durulanır ve kurutulur. Pamuk veya sentetikler bu aşamada yıkanmazlar. Yapağı yıkama, yün elyafında bulunana istenmeyen maddeleri gidermek için uygulanır. Yıkamadan sonra su ortamına geçecek ot, saman, yem, tohum, diken, gübre, koyun dışkı maddeleri, kum, toprak, hayvanların tanınması için kullanılmış olan katran, boya ve yapıştırıcı maddeler ile hayvanları hastalık veya haşerelere karşı korumak için kullanılmış olan ilaçlı maddeler kirlilik yaratmaktadır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Yapağı yıkama alt kategorisini atıksu karakterleri Çizelge 3.3'de verilmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
34
Çizelge 3.3. Yapağı Yıkama Atıksu Karakterleri (Dikmen 1998, Göknil ve ark. 1984, Yapraklı 1997) PARAMETRE
BÎRİM
DEĞER
Debi
m3/gün
38-2800
BOI5
mg/L
310-6700
KOI
mg/L
100-18000
TAM
mg/L
120-13000
Sülfür
mg/L
500
Yağ ve Gres
mg/L
80-5000
Fenol
μg/L
Veri yetersiz
Krom
μg/L
10-220
Renk
APHA
2200
3.1.2. Yünlü kumaş son işlemler alt kategorisi ve atıksuları Bu alt kategori, yün elyafı, diğer hayvansal kıl veya yün elyafı-hayvansal kıl karışımı kumaşlara ağartma, yıkama, boyama, ateşe dayanıklı hale getirme, güve yemezlik, vb. işlemlerinden birinin uygulanmasını kapsar. Ağartma işlemi, kumaşa parlaklık özelliğinin verilmesidir. Yünlü kumaşlar için yalnız açık tonlarda boyanacak kumaş ve trikotajlara uygulanır. Karbonizlemenin yer aldığı terbiye de bu alt kategori kapsamındadır. Karbonizasyon, kirli yün liflerinde bulunan bitkisel artıkların yıkama ve diğer işlemler sırasında giderilmeyen kısmının uzaklaştırılması için yapılan işlemdir, malzemenin inorganik asitlerle veya ısıtılınca asidik özellik gösteren tuzlarla yüksek sıcaklıkta işlem görmesidir. Yünlü kumaş son işlemleri değişken kimyasal kullanımı ve yüksek kirlilik yükü oluşturması nedeniyle ayrı bir kategori olarak ele alınmıştır. Bu alt kategoriye giren endüstrilerin atıksularında boyalardan kaynaklanan kromun bulunması mümkündür (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
35
Çizelge 3.4’de bu alt kategoriye ait atıksu karakterleri verilmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
Çizelge 3.4. Yünlü Kumaş Son İşlemleri Atıksu Karakterleri (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997) PARAMETRE
BİRİM
DEĞER
Debi
m3/gün
190-16000
BOI5
mg/L
66-750
KOI
mg/L
280-2000
TAM
mg/L
17-240
Sülfür
mg/L
1100-6000
Yağ ve Gres
mg/L
Veri yetersiz
Fenol
μg/L
90-160
Krom
μg/L
190-880
Renk
APHA
1000-2000
3.1.3. Az su kullanılan işlemler alt kategorisi ve atıksuları Bu alt kategori, iplik yapımı, dokuma, kumaş emprenyeleme, lastik kordu ve kordu bezi emprenyeleme, halı tafting, halı tabanı yapımı gibi çok çeşitli kuru işlemleri kapsar. Bu alt kategoride esas atık kaynağı işlemlerde kullanılan donanımdan sızma sonucu oluşan atıksu ve yıkama sularıdır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Çizelge 3.5'te az su kullanılan işlemler alt kategorisine ait atıksu karakterleri verilmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
Çizelge 3.5. Az Su Kullanılan İşlemler Atıksu Karakterleri (Dikmen, 1998, Göknil ve
36
ark., 1984, Yapraklı, 1997) PARAMETRE
BİRİM
DEĞER
Debi
m3 /gün
23-1100
BOI5
mg/L
37-2600
KOI
mg/L
120-3000
TAM
mg/L
10-530
Sülfür
mg/L
1000
Yağ ve Gres
mg/L
80
Fenol
μg/L
80
Krom
μg/L
15-97
Renk
APHA
10
3.1.4. Dokunmuş kumaş son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları Bu alt kategori atıksu yükü bakımından tekstil endüstrisinin önemli bir alt kategorizasyonunu oluşturmaktadır. Dokunmuş kumaşlara uygulanan haşıl sökme, yıkama, ağartma, merserize, boyama, basma, apre gibi işlemleri kapsar. Dokuma işlemi esnasında çözgü ipliklerinin yüzeyindeki elyaf uçlarım yatırarak tüylenmeyi önlemek, iplik yüzeyini kaplayarak sürtünmeden dolayı zedelenmeyi azaltmak ve iplik bünyesine girerek mukavemet ve elastikiyeti arttırmak için yapılan haşıllama işleminde ipliklere tatbik edile haşıl maddesi ile birlikte küf gidericiler, mantar öldürücü ilaçlar gibi önceden koruyucu uzaklaştırılması için haşıl sökme diye tanımlanan işlem uygulanır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Çizelge 3.6'da dokunmuş kumaş son işlemleri alt kategorisi atıksu karakterleri verilmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
Çizelge 3.6. Dokunmuş Kumaş Son İşlemleri Atıksu Karakterleri (Dikmen, 1998,
37
Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997) PARAMET
BİRİM
DEĞER
RE
m3/gün
34-21000
BOI5
mg/L
120-2600
KOI
mg/L
370-2800
TAM
mg/L
1-1300
Sülfür
mg/L
20-5600
Yağ ve Gres
mg/L
5-100
Fenol
μg/L
14-1200
Krom
μg/L
14-12000
Renk
APHA
250-40000
Debi
3.1.5. Örgü kumaş son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları Bu alt kategori, çoğunluğu örgü olan pamuklu veya sentetik kumaşlara uygulanan yıkama, ağartma, basma, apre işlemlerini kapsar (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Dokunmuş kumaş son işlemlerinden farkı, haşıllama, haşıl sökme ve merserizasyon işlemlerine gerek duyulmamağıdır. Bu sebeplerden dolayı kirlilik yükü daha az olmaktadır. İşletmeye gelen örgü ham kumaş ya yıkama ve ağartma maddeleriyle pişirme ve ağartmaya tabi tutulur, ya da deterjanla yıkanıp durulanıp boyama işlemi uygulanır. Bu işlemlerden sonra örgü mamuller hazırdır. Apre-ikmal, kumaşa istenilen özelliğin kazandırılması için yapılan işlemlerdir. (Su geçirmezlik, buruşmazlık, ateşe dayanıklılık, metal kaplama saydamlık, çekmezlik vb. Yünlü kumaşta ise keçeleşme özelliğinin engellenmesidir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
38
Bu alt kategorinin alt bölümlerine ait atıksu karakterleri Çizelge 3.7 ve Çizelge 3.8'de verilmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Çizelge 3.7. Örgü Kumaş Son İşlemler Atıksu Karakterleri (Basit İşletme) (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997) PARAMETRE
BİRİM
DEĞER
Debi
m3 /gün
11-11000
BOI5
mg/L
60-1900
KOI
mg/L
340-19000
TAM
mg/L
21-2200
Sülfür
mg/L
20-7100
Yağ ve Gres
mg/L
14-460
Fenol
μg/L
1-1700
Krom
μg/L
13-600
Renk
APHA
170-1500
Çizelge 3.8. Örgü Kumaş Son İşlemler Atıksu Karakterleri (Dikmen, 1998; Göknil ve arkadaşları, 1984; Yapraklı, 1997) PARAMETRE
BİRİM
DEĞER
Debi
m3/gün
110-13000
BOI5
mg/L
120-920
KOI
mg/L
540-3200
TAM
mg/L
18-740
Sülfür
mg/L
50-1500
Yağ ve Gres
mg/L
6-110
Fenol
μg/L
72-230
Krom
μg/L
10-180
Renk
APHA
37-940
39
3.1.6. Halı üretimi son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları Halı üretiminde bazı yün ve pamukluların dışında genellikle sentetik iplik (naylon, akrilik, polyester) kullanılmaktadır. Bu kategori tekstil esaslı halılara uygulanan yıkama, ağartma, boyama, basma, ve apre işlemlerini kapsamaktadır. İşlemin çoğunluğu hah terbiyesi olup, hah tafting, hah tabanı yapımı veya iplik boyama işlemlerinde bulunan tesisler bu alt kategori kapsamındadır. Halı üretimi yapan endüstrilerden kaynaklanan atıksuların miktan geniş bir aralığa sahiptir, hâli üretimi son işlemleri alt kategorisinde uygulanan boyama ve baskı işlemlerinden kaynaklanan atıksu miktan, diğer alt kategorilerde aynı işlemlerden kaynaklanan su miktarına göre düşüktür. Sadece halı tafting ve/veya halı tabanı yapan işletmeler ise az su kullanılan işlemler alt kategorisi kapsamındadır. Bazı fabrikalar halı tabanının kaplanması işlemini aynı yerde veya fabrika dışında yapmaktadır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Çizelge 3.9’da bu alt kategoriye ait atıksu karakterleri verilmiştir (Dikmen 1998, Göknil ve ark. 1984, Yapraklı, 1997). Çizelge 3.9. Halı Üretimi Son İşlemleri Atıksu Karakterleri (Dikmen 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997) PARAMETRE
BİRİM
DEĞER
Debi
m3/gün
76-6900
BOI5
mg/L
190-560
KOI
mg/L
280-2100
TAM
mg/L
37-210
Sülfür
mg/L
10-450
Yağ ve Gres
mg/L
3-93
Fenol
μg/L
1-1100
Krom
μg/L
4-300
Renk
APHA
65-1900
40
3.1.7. Stok ve elyaf son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları Elyaf boyama son işlemlerinde, dokunmuş kumaş son işlemlerinden farklı olarak, haşıllama ve haşıl sökme yoktur. Su kullanımı ve merserizasyon işleminden dolayı örgü kumaş son işlemlerinden farklılık gösterir. Bu kategori, elyafın yıkama, boyama ve son işlemlerini içerir. Dikiş ipliği, tekstil ye halı elyafı esas üretimi oluşturur, Elyaf, doğal, sentetik ve bunların karışımından elde edilmektedir. Yıkama, temizleme, ağartma, merserizeleme, boyama ve son işlemleri bu alt kategoride yer almaktadır (Dikmen,1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997). Çizelge 3.10'da stok ve elyaf son işlemler alt kategorisine ait atıksu karakterleri verilmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997).
Çizelge 3.10. Stok ve Elyaf Son İşlemleri Atıksu Karakterleri (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984, Yapraklı, 1997) PARAMETRE
BİRİM
DEĞER
Debi
m3/gün
45-9600
BOI5
mg/L
43-1600
KOI
mg/L
140-4800
TAM
mg/L
2-4200
Sülfür
mg/L
1-4400
Yağ ve Gres
mg/L
1-180
Fenol
μg/L
3-620
Krom
μg/L
4-1600
Renk
APHA
57-3000
41
3.2. Genel Olarak Kirletici Parametreler Atıksuların kontrolünde göz önünde tutulması gereken toksik parametreler toplu halde Çizelge 3.11’de verilmektedir. Söz konusu Çizelge EPA (Environmental Protection Agency) tarafından önerilmiş olup, tekstil atıksularında bulunabilecek toksik parametreleri belirlemektedir. Aynı kuruluş, bu parametrelerin 63 tanesinin çevre açısından daha dikkatli olarak izlenmesi gerektiğini belirtmiştir. Seçilmiş olan bu parametreler de toplu halde Çizelge 3.12' de yer almaktadır.
42
Çizelge 3.11. Endüstrilere Ait Atıksularda Bulunan Toksik Kirleticiler (EPA) Parametre No 1
Parametre
Parametre
Parametre
Asenaften
No 28
3 ,3 ,diklorbenzidin
2
Akrolein
29
1,1-dikloroetilen
3
Akrilonitril
30
1 ,2-trans-dikloretilen
4
Benzen
31
2,4-diklorofenol
5
Benzidin
32
1 ,2-dikloropropan
6
Karbontetraklorür
33
1 ,2-dikloropropilen
7
Klorbenzen
34
2,4-dimetilfenol
8
1 ,2,4-triklobenzen
35
2,4-dinitrotoluen
9
Hegzaklorbenzen
36
2,6-dinitrotoluen
10
1 ,2-dikloretan
37
1 ,2-difenilhidrazin
11
1,1,1-trikloretan
38
Etilbenzen
12
Hegzakloretan
39
Floranten
13
1,1-dikloretan
40
4-klorofenil feııil eter
14
1,1,2-trikloretan
41
4-bromofenil fenil eter
15
1,1,2,2-tetrakloretan
42
Bis (2-Klorisopropil) eter
16
Kloretan
43
Bis (2-Kloretoksi) metan
17
Bis (Klormetil) eter
44
Metilenklorür
18
Bis (2-Kloretil) eter
45
Metilklorür
19
2-kloretilvinileter
46
Metilbromür
20
2-klornaftalan
21
2,4,6-triklorofenol
48
Diklorbromometan
22
Paraklormeta krezol
49
Triklorflorometan
23
Kloroform
50
Diklordiflormetan
24
2-klorofenol
51
Klordibromometan
25
1,2-diklorbenzen
52
Hegzaklorbutadien
26
1,3-diklorbenzen
53
Hegzaklorsiklopentadien
27
1,4-diklorbenzen
54
Izofron
47
.
Bromoform
43
Çizelge 3.11. Endüstrilere Ait Atıksularda Bulunan Toksik Kirleticiler (EPA) (Devamı) 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
Naftalen Nitrobenzen 2-nitrofenol 4-nitrofenol 2,4-dinitrofenol 4,6-dinitro-o-krezol N-nitrosodimetilamin N-nitrosodifenilamin N-nitrosid-n-propilamin Pentaklorfenol Fenol Bis (2-Etilheksil) ftalat Butil benzil ftalat Di-n-butil ftalat Di-n-oksil ftalat Dietil ftalat Dimetil ftalat 1-2-benzantrasen 3,4-benzopiren 3 ,4-benzofloranten 1 1,12-benzofloranten Krisen Asenaftilen Antrasen 1 , 1 2-benzoperilen Flören Fenantren 1 ,2,5,6-dibenzantrasen 2,3-0-fenilen piren
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112
Piren Tetrakloretilen Toluen Trikloretilen Vinilklorür Aldrin Dieldrin Klordan 4,4-DDT 4,4-DDE 4,4-DDD Alfa-endosulfan Beta-endosulfan Endosulfan sülfat Endrin Endrin aldehit Heptaklor BHC-hegzalekorsiklohegzan Alfa-BHC Beta-BHC Gama-BHC Delta-BHC PCB-1242 (Aroclor 1242) PCB- 1254 (Aroclor 1254) PCB-1221 (Aroclor 1254) PCB-1232 (Aroclor 1221) PCB- 1248 (Aroclor 1232) PCB- 1260 (Aroclor 1260) PCB- 101 6 (Aroclor 1016)
Çizelge 3.11. Endüstrilere Ait Atıksularda Bulunan Toksik Kirleticiler (EPA) (Devamı) 113
Toksafen
122
Kurşun
114
Toplam antimon
123
Civa
115
Toplam arsenik
124
Nikel
116
Toplam asbest
125
Selenyum
117
Berilyum
126
Gümüş
118
Kadmiyum
127
Telyum
119
Krom
128
Çinko
44
120
Bakır
129
1 ,3,7,8-tetrakloro-dibenzo-p-dioksin (TCDD)
121
Siyanür
Çizelge 3.12. Çevre Açısından Daha Dikkatli İncelenmesi Gereken Toksik Maddeler (EPA) Parametre No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Parametre Asenaften Akrolein Akrilonitril Aldrin/Dieldrin Antimuan ve bileşikleri (organik ve anorganik) Arsenik ve bileşikleri Asbest Benzen Benzidin Berilyum ve bileşikleri
45
11 12 13 14 15 16 17 18
Kadmiyum ve bileşikleri Karbontetraklorür Klordan /teknik karışımları ve metabolitleri) Klorlanmış benzenler (Diklorbenzen dışında) Klorlanmış etanlar(l,2-dikloretan,l,l,l-trikloreatn, hegzakloretan'ı da içerir) Kloralkil eterler (Klormetil, kloretil ve kartşık eterler) Klorlanmış naftalen Klorlanmış fenoller (başka bir tarafta liste edilmişlerin dışında; triklor
19 20 21 22 23 24 25 26 27
fenolleri ve klorlanmış krezolleri de içerir.) Kloroform 2-Klorofenol Krom ve bileşikleri Bakır ve bileşikleri Siyanürler DDT ve metabolitler Diklorbenzenler (1,2-1,3- ve 1 ,4-diklorbenzen) Diklorbenzidin Dikloretilen (1,1- ve 1,2-dikloretilen)
Çizelge 3.12. Çevre Açısından Daha Dikkatli İncelenmesi Gereken Toksik Maddeler (EPA) (Devamı) 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
2,4-diklorfenol Diklorpropan ve diklorpropen 2,4-dimetilfenol Dinitrotoluen Difenilhidrazin Endosulfan ve metabolitleri Endrin ve metabolitleri Etilbenzen Floranten Halojenlendirilmiş eterler (başka bir tarafta liste edilmişlerin dışında klorfenilfenil-eter, bromfenil-fenil-eter, bis (diklor-isopropil) eter, bis (kloretaksi) metan
38 39 40 41 42 43 44 45
ve poliklordifenil eteri er' i içerir.) Heptaklor ve metabolitleri Hekzaklorbutadien Ekaklorsiklohekzan (tüm isomerler) Hekzaklor siklopentadien Izofron Kurşun ve bileşikleri Civa ve bileşikleri Naftalen
46
46 47 48 49 50 51 52 53
Nikel bileşikleri Nitrobenzen Nitrofenoller (2,4-dinitrofenol, dinitrokrezol'u da içerir) Nitrosamin Pentaklorfenol Fenol Ftalat esterleri Poliklorfeniller (PCB)
47
Çizelge 3.12. Çevre Açısından Daha Dikkatli İncelenmesi Gereken Toksik Maddeler (EPA) (Devamı) 54
Çok
halkalı
aromatik
hidrokarbonlar
(bentrasen,
benzopiren,
benzofloraten, krizen, dibenzantrasen ve indenpiren) 55
Selenyum ve bileşikleri
56
Gümüş ve bileşikleri
57
2,3,7,8-tetraklordibenzo-p-dioksin (TCDD)
58
Tetrakloretilen
59
Talyum ve bileşikleri
60
Toluen
61
Toksafen
62
Trikloretilen
63
Vinilklorür çinko ve bileşikleri
Atıksularda bulunan diğer kirleticiler Çizelge 3.13’de verilmiştir (Göknil ve ark., 1984; Marangozoğlu, 1994)
48
Çizelge 3.13. Atıksulardaki diğer kirletici parametreler (Göknil ve ark. 1984, Marangozoğlu, 1994) PARAMETRE
PARAMETRE
Sıcaklık
Klorür
Renk
Sülfür
Koku
Toplam Kjeldahl Azotu
Yüzen Maddeler
Amonyak Azotu
Çökebilen Maddeler
Nitrit Azotu
Toplam Asılı Katı Madde
Nitrat Azotu
Köpük Yapıcı Maddeler
Organik Azot
Yağ ve Gres
Toplam Fosfor
P
H
Yüzey Aktif Maddeler
Alkalinite
Biokimyasal Oksijen ihtiyacı
Asidite
Kimyasal Oksijen ihtiyacı
indirgeyici Maddeler
Toplam Organik Karbon
Toplam Çözünmüş Katı Madde
Radyoaktivite
3.3. Kirletici Parametrelerin Belirlenmesi Bu bölümde tekstil endüstrisinden kaynaklanan atıksuların kontrolü ve deşarj kalite limitlerine temel teşkil edecek kirletici parametreler belirlenecektir. Bunun için tekstil
endüstrisi
atıksularında
bulunabilecek
tüm
kirletici
parametreler tek tek ele alınarak ve belirli seçim esaslarına göre değerlendirilerek, deşarj kalite limitlerine baz oluşturacak parametreler belirlenmiştir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark. 1984). 3.3.1. Kirletici parametre seçim esasları Tekstil
endüstrisi
atıksularının
kontrolüne
temel
oluşturacak
parametrelerin seçiminde aşağıda belirtilen faktörler göz önüne alınmıştır (Dikmen, 1998, Göknil ve ark. 1984).
49
1. Kirletici parametrelerin kontrol açısından kaynağı belirli olmalıdır. 2. Seçilen kirletici parametre o atıksu için karakteristik olmalıdır. 3. Kirletici parametrelerin çevreye etkisi ve zararları belirlenmiş olmalıdır. 4. Kirletici parametreler geliştirilmiş yöntemler ile arıtılabilir olmalıdır. 5.
Seçilen kirletici parametreler belirli bir duyarlılıkla ölçülebilmelidir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark, 1984).
3.3.2. Tekstil endüstrisi için kirletici parametrelerin seçimi Tekstil endüstrisi atıksularının kontrolü için, en uygun arıtma teknolojisine bağlı olarak deşarj kalite limitlerine temel oluşturacak parametreler belirlenmelidir. Bu aşamada, tekstil endüstrisinin birbirinden oldukça farklı üretim yapan, bu sebeple de atıksu karakteristikleri çok farklı olan ve büyük sınırlar arasında değişen bir endüstri dalı olduğu göz önüne alınmalıdır. Daha önce de belirtildiği gibi tekstil endüstrisi, kirletici etkileri dikkate alınarak on alt kategoriye ayrılmaktadır. Bu alt kategoriler için seçilen kirletici parametreler sırasıyla aşağıda verilmektedir (Dikmen, 1998, Göknil ve ark., 1984). I. Yapağı yıkama (Alt kategori I) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Yağ ve Gres Ph II. Yünlü kumaş son işlemler (Alt kategori II) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür pH
50
III. Az Su Kullanılan İşlemler (Alt kategori III) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) pH IV. Dokunmuş Kumaş Son İşlemler (Alt kategori IV) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür pH V. Örgü Kumaş Son İşlemler (Alt kategori V) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür PH VI. Halı Üretimi Son İşlemler (Alt kategori VI) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür PH
51
VII. Stok ve Elyaf Son İşlemler (Alt kategori VII) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyatı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür
VIIl. Dokusuz Yüzeyli Kumaş Üretimi (Alt kategori VIII) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür PH IX. Keçeleştirilmiş Kumaş Üretimi (Alt kategori IX) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Toplam Krom Fenol Sülfür X. Koza İşleme ve Doğal İpek Üretimi (Alt kategori X) BOİ5 (5 Günlük Biyolojik Oksijen İhtiyacı) AKM (Askıda Katı Madde) KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı)
52
Toplam Krom Fenol Sülfür pH 3.3.3. Tekstil endüstrisi için kirletici parametreler Tekstil endüstrisinden kaynaklanan atıksuların karakterizasyonu için seçilen kirletici parametreler türlerine göre Çizelge 3.14, Çizelge 3.15 ve Çizelge 3.16'da yer almaktadır. Bu parametrelerin seçiminde tekstil endüstrisinin tüm alt kategorileri göz önüne alınmıştır. Bu nedenle kirletici parametrelerin bazıları bir veya birkaç alt kategori için geçerlidir (Göknil ve ark, 1984). Çizelge 3.14.
Tekstil Endüstrisi Atıksularında Bulunabilen Organik Kirleticiler
(Göknil ve ark., 1984) Parametre No
Parametre
1
Asenaften
2
Akrilonitril
3
Benzen
4
Benzidin
5
Karbontetraklorür
6
Hekzaklorbenzen
7
1 , 2 - dikloretan
8
1 , 1 , 1 -trikloretan
9
1 , 1 - dikloretan
10
2 - klornaftalen
11
2 , 4 , 6 - triklorofenol
12
Paraklormetal krezol
13
Kloroform
14
2 - klorofenol
15
1 , 2 - diklorbenzen
16
l , 4 - diklorbenzen
53
17
l , l - dikloretilen
18
2 , 4 - diklorofenol
19
1 , 2 - dikloropropan
20
2 , 6 - dinitrotoluen
21
1 , 2 - difenilhidrazin
22
Etilbenzen
23
Metilenklorür
24
Metilklorür
25
Klordibromometan
26
Naftalen
27
N - nitrosodifenilamin
28
Pentaklorfenol
29
Fenol
30
Bis( 2 - etilheksil ) ftalat
31
Butu benzil ftalat
32
Di - n - butil ftalat
33
Dietil ftalat
34
Dimetil ftalat
35
3 , 4 - benzofloranten
36
11 , 12-benzofloranten
37
Antrasen
38
Flören
39
Piren
40
Tetrakloretilen
41
Tolune
42
Trikloretilen
43
Vinilklorür
54
Çizelge 3.15. Tekstil Endüstrisi Atıksularında Bulunabilen Metal Kirleticiler (Göknil ve ark., 1984) Parametre
Parametre
Antimon
Civa
Arsenik
Nikel
Berilyum
Selenyum
Kadmiyum
Gümüş
Krom
Talyum
Bakır Çinko Kurşun
55
Çizelge 3.16. Tekstil Atıksularında Bulunan Toksik Kirletici Konsantrasyonları (Göknil ve ark., 1984) TOKSİK KİRLETİCİLER Metaller ve İnorganikler Antimon Arsenik Berilyum Kadmiyum Krom Bakır Siyanür Kurşun Civa Nikel Selenyum Gümüş Talyum Çinko XII. Organik Maddeler Bis ( 2 - etilheksil ) ftalat Butil benzil ftalat Din - n - butil ftalat Tienil ftalat Dinıetil ftalat Akrilonitril 1,2 - Difenilhidrazin N - nitrosodifenilamin 2 - Klorfenol 2,4 -Diklor fenol
Giriş Suyunda Maks.
Ham Atıksuda Maks.
Kons. ( µg / L )
Kons. (µg / L )
48 <5 <5 <10 <5 47 22 45 0,8 47 23 17 3 4500
170 200 40 46 880 2400 39 750 4 300 740 130 9 7900
39
860 73 67 86 14 1600 22 72 78 41
1,6 5,5
Çizelge 3.16. Tekstil Atıksularında Bulunan Toksik Kirletici Konsantrasyonları (Devamı) (Göknil ve ark., 1984) Pentaklor fenol Fenol 2,4,6 - Triklor fenol Paraklor meta krezol Benzen Klor benzen 1,2 - Diklor benzen 1,4 - Diklor benzen
36 <5
940 4900 27 170 200 300 290 220
56
2.6-Dinitrotoluen Etilbenzen Hekzaklor benzen Tpluen 1,2,4 - Triklor benzen Asenaften Antrasen Benzo (b) fluoranten Benzo (k) fluoranten Fluoren Naftalin Piren 2 - Klornaftalin Kloroform Diklor brommetan 1,1 -Dikloretan 1,2-Dikloretan 1,1- Dikloretilen 1 ,2 - Diklorpropan Metil klorür
2,4 0,4 0,4
1400 <5
54 2800 2 620 2700 12 0,1 <10 <10 15 410 0,9 <10 640 6,6 14 <5 <5 100 <5
Çizelge 3.16. Tekstil Atıksularında Bulunan Toksik Kirletici Konsantrasyonları (Devamı) (Göknil ve ark., 1984) Metilen klorür Tetrakloretilen 1,1,1 – Trikloretan Trikloretilen Vinil klorür
<5 <5
110 2100 17 840 11
3.3.4. Tekstil endüstrisi için seçilen kirletici parametrelerin özellikleri Tekstil endüstrisinde kontrole esas oluşturmak üzere seçilen parametrelerin özellik ve etkileri aşağıda özetlenmiştir (Göknil ve ark., 1984). 3.3.4.a. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı Biyokimyasal oksijen ihtiyacı ( BOİ ) organik maddeye ait oksijen tüketiminin bir ölçüsüdür. BOİ kendi başına doğrudan doğruya su sistemine zararlı bir etki göstermez. Ancak suyun oksijen içeriğini düşürerek dolaylı bir etkiye sebep olur. Kanalizasyon atıkları ve diğer organik atıksular bozunma prosesleri sırasında oksijen tüketerek ekosistemin üzerine ters etki yaparlar (Göknil ve ark., 1984).
57
3.3.4.b. Kimyasal oksijen ihtiyacı Kimyasal oksijen ihtiyacı ( KOİ ), atıksu numunesinde bulunan maddelerin oksidasyonu için gereken oksijen ekivalenin bir ölçüsüdür. Organik maddenin oksidasyonu asidik şartlarda, potasyumbikromat gibi kuvvetli bir yükseltgeyicinin ve bir katalizörün ( gümüş sülfat ) yardımıyla gerçekleştirilir. KOİ testinin en büyük avantajı analizin üç saatten kısa bir süre sonunda neticelendirilmesidir. Ancak bu parametrenin en büyük dezavantajı, KOİ testinin biyolojik olarak bozunabilen ve bozunamayan organik madde arasında bir ayrım yapamamasıdır. Buna ek olarak, numunede bulunan inorganik indirgeyici kimyasal maddeler ( sülfür, indirgenebilen metal iyonları v.b.) ve klorürler KOİ testine girişim yaparlar (Göknil ve ark., 1984).
3.3.4.c. Toplam askıda katı madde Toplam askıda katı madde suda çözünmüş halde bulunmayan maddeleri kapsar. Bu maddeler çeşitli tür ve yapıda olabilir. Askıda maddeler çevre sularında dipte birikmelere ve bulanıklığa yol açarlar. Ayrıca balıkların solunum yollarım da tahriş ederler. Bu etki askı haldeki maddelerin türüne ve tane büyüklüğüne bağlıdır. Özellikle metalik yapıdaki askıda maddelerin balıklara zararlı etki yaptığı, bazı hallerde ise öldürücü olduğu belirlenmiştir (Göknil ve ark., 1984). 3.3.4.d. Yağ ve gres Yağ ve gres parametresi yağ ve gres sınıfına girebilen serbest ve emilsiyon halinde bulunabilen çok çeşitli maddeleri içerir. Bu maddeler evsel, petrol türevleri veya diğer orijinli olabilirler. Her tür maddenin etki sınırı birbirinden farklı olacaktır. Genelde yağ ve gresler su yaşamına, kanalizasyon sistemine ve alıcı ortama zararlı maddelerdir. Yüzücü yağ ve gres su üstünde bir film oluşturur. Ayrıca özellikle petrol orijinli olan yağlar çok düşük konsantrasyonda koku da oluşturabilmektedir. Yüzücü yağ ve gres ışık ve oksijen transferine etki eder. Canlılara ve suda kullanılan araçlara bulaşarak onları kirletir. Emülsiyon haldeki yağlar balıklara zehir etkisi yapar. Bu etki daha çok balıkların solunum yollarının yağla kaplanması sonucu oluşur. Yağ ve gres dibe çökerse dipteki canlı hayatı özellikle balık yumurtalarını tahrip eder (Göknil ve ark., 1984).
58
3.3.4.e. Sülfür Çözünmüş sülfür tuzları, suyun pH'ını düşürürler, demir veya diğer metallerle reaksiyona girerek siyah bir çökeleğe, koku problemine sebep olurlar ve sudaki yaşama toksik etki yaparlar. Sülfürlü çözeltilerin balıklara olan toksisite etkisi, pH değeri düştükçe artar. Sülfürler suda bulunan çözünmüş oksijen ile kimyasal olarak reaksiyona girerek suyun çözünmüş oksijen seviyesini düşürürler Göknil ve ark., 1984).
3.3.4.f. Fenolik bileşikler (4AAP ) Fenolik bileşikler fenol ve benzenin hidroksi türevlerini taşıyan diğer bileşikleri içerir . derişik fenol çözeltilerinin bakteriler üzerine toksik etkisi vardır ve birçok fenolik bileşiğin toksisitesi saf fenolden daha fazladır (Göknil ve ark., 1984).
Suda bulunan fenol iki önemli probleme sebep olur;
l - Yüksek konsantrasyonda, fenol baktörizid olarak rol oynar. 2- Çok düşük konsantrasyonda, klor ile birlikte klorofenolleri oluşturarak koku ve tat problemi yaratırlar. Fenol ve fenollü bileşikler balıkların ve suda yaşayan diğer canlıların üzerine akut ve kronik zehirlilik etkisi gösterirler. Klorofenoller de balığın tadım bozarak, bunların ticari değerini düşürürler (Göknil ve ark., 1984). 3.3.4.g. Krom Krom doğada yaygın şekilde bulunan bir element olmasına karşın doğal sularda çok nadiren bulunabilir. Bulunan konsantrasyonlar l µg / l nin altında olmaktadır. Krom, tuzlarında çeşitli değerlikte bulunabilir. Bunlardan en çok rastlanılanları Cr+3 ve Cr+6 tuzlarıdır. Krom su yaşamına zararlıdır. Krom tuzlarının zehirli etkisi, pH ve
59
kromun değerliği ile değişmektedir. Kromun zehirliliğinin çözünmüş oksijen ve ortamdaki organik madde konsantrasyonu ile de ilgili olduğu öne sürülmektedir. Kromun fotosentez üzerine etkili olduğu ve fltoplanktonlar ile su bitkilerine zararlı etki yaptığı bilinmektedir. Diğer su canlılarına da, besin zincirinde birikim yoluyla ve doğrudan etkili olduğu saptanmıştır. Krom için verilen kalite kriterleri su yaşamı için 0,1 mg Al, içme suyu için 0,05 mg /1 dir (Göknil ve ark., 1984).
3.3.4.h. pH pH sudaki asitliğin veya bazikliğin bir ölçüsüdür. Özellikle düşük pH a sahip sular korozyona sebep olur. Su hayatında da pH önemli bir parametredir. PH nın 5 - 9,5 arasında öldürücü etkisi olmamasına karşın organizmaların üretkenlikleri üzerine etkili olduğu saptanmıştır. Ayrıca ani pH değişimleri zararlı etkilere ve balık ölümlerine yol açabilir. pH bunun yanında, bir çok maddenin de zehirlilik derecesini etkilemektedir (Göknil ve ark., 1984).
60
61
Çizelge 3.17. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'ne Göre Karışık Endüstriyel Atıksuların Alıcı Ortama Deşarj Standartları (Küçük ve Büyük Organize Sanayi Bölgeleri ve Sektör Belirlemesi Yapılamayan Diğer Sanayiler) (Resmi Gazete, 1988) Parametre Birim Kompozit Numune 2 saatlik Kompozit Numune 24 saatlik Biyokimyasal Oksijen ihtiyacı (BOI5) mg/L 100 50 Kimyasal Oksijen ihtiyacı (KOI) mg/L 160 100 Askıda Katı Madde (AKM) mg/L 200 100 Yağ ve Gres mg/L 20 10 Toplam Fosfor mg/L 2 1 Toplam Krom mg/L 2 1 +(l Krom (Cr ) mg/L 0,5 0,5 Kurşun (Pb) mg/L 2 1 Toplam Siyanür (CN~) mg/L 1 0,5 Kadmiyum (Cd) mg/L 0,1 Demir (Fe) mg/L '10 Floriir (F) mg/L 15 Bakır (Cu) mg/L 3 Çinko (Zn) mg/L 5 Cıva (Hg) mg/L 0,05 Balık Biyodeneyi (ZSF) 10 10 PH 6-9 6-9 Çizelge 3.18. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'ne Göre Tekstil Endüstrisi Alıcı Ortam Deşarj Standartları (Resmi Gazete 1988) Parametre
Açık Elyaf,
Dokunmuş
Pamuklu
Yün Yıkama,
Örgü Kumaş
Halı Terbiyesi
Sentetik
İplik Üretimi
Kumaş
Tekstil ve
Terbiye ve
Terbiyesi ve
ve Benzerleri
Tekstil ve
ve Terbiye
Terbiyesi ve
Benzerleri
Benzerleri
Benzerleri
2 saat
24 saat
Benzerleri 2 saat 24 saat 2 saat
24 saat
2 saat
24 saat
2 saat
24 saat
Benzerleri 2 saat 24 saat
2 saat
24 saat
62
BOI5 (mg/L) KOI (mg/L) TAKM (mg/L) NH4-N (mg/L) Serbest Klor(mg/L) Top. Krom (mg/L) Sülfür(S'2) (mg/L) Çinko(Zn+2) (mg/L) Sülfıt (mg/L) Fenol (mg/L) Yağ ve Gres (mg/L) Balık biyodeneyi(ZSF) pH
80 350 5 0,3 2 0,1 1 10 4 6-9
60 240 1 3 6-9
90 400 140 5 0,3 2 0,1 1 1 4 6-9
70 300 100 1 0,5 3 6-9
90 250 160 5 0,3 2 0,1 1 10 4 6-9
60 200 120 1 3 6-9
200 400 400 5 0,3 2 0,1 1 200
100 300 300 1 100
50 300 5 0,3 2 0,1 1 1 10
6-9
6-9
6-9
40 200 1 0,5 3 6-9
120 300 160 5 0,3 2 0,1 1 10
100 200 120 1 0,5 -
6-9
6-9
100 400 _ 0,1 1 12 3 6-9
80 300 10 0,5 2 6-9
63
3.4. Deşarj Standartları Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği'ne göre tekstil endüstrisi atıksuları alıcı ortam deşarj standartları Çizelge 3.17’de verilmektedir. Ancak çalışmanın yapıldığı 14 adet Tekstil boyahanesinde işlem gören kumaş ve iplikler ile kullanılan boya ve proses farklılıkları sebebiyle, oluşan ortak atıksu Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'nde yer alan tekstil endüstrisi alt kategorilerinden birinde yer alamamaktadır. Bu nedenle bu bölgeyi Tekstil Organize Sanayi Bölgesi olarak düşünmek ve atıksuyun sağlaması gereken deşarj standartlarını Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğinde yer alan Organize Sanayi Bölgesi atıksularının alıcı ortam deşarj standartları olarak kabul etmek doğru olacaktır. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'ne göre Organize Sanayi atıksuları alıcı ortam deşarj standartları Çizelge 3.18'de verilmektedir.
64
4. TEKSTİL ATIKSULARININ ARITILMASI 4.1. Tekstil Atıksularını Arıtma Yöntemleri Tekstil endüstrisine bağlı olarak birlikte veya ayrı şekilde çalışan kumaş boyama kuruluşlarının atıksuları çevresel açıdan oldukça önemli sorunlara yol açarlar. Çok çeşitli organik madde, ağır metal, çözünmüş tuzlar, renk, bulanıklık ve pH'larda atıksularını dış ortama vermeleri birinci derecede arıtma ihtiyacı duyulan atıklardır. Boyamada kullanılan organik kimyasal maddelerin (boyalar) formülleri tam olarak açıklanmayıp genelde ticari kullanım adlan ile anılmaktadır. Ayrıca boya moleküllerine, kumaşın türüne ve boyama işleminin özelliğine göre çeşitli katkı maddelerinin ilave edilmesi, bunların arıtılma işlemlerini daha da güçleştirmektedir. Çok çeşitli türde olan bu maddeler genelde uzun, birden fazla aromatik halka, birden fazla çift bağ ve değişik fonksiyon grupları taşımaları nedeniyle biyolojik ayrışabilirlikleri az olan, dayanıklı ve kalıcı kimyasal maddelerdir. Çevresel açıdan taşıdığı bu özellikleri ile toksik olup, pek çoğu da kanserojendir (Kemer ve diğ., 1998). Üretim kapasitesine bağlı olarak artan kimyasal madde ve su kullanımları nedeniyle boyahane atıklarının arıtılma maliyetleri oldukça yüksektir. Küçük çapta üretim yapan boyahanelerde atıksu miktarı az olduğundan arıtılabilme işlemi ve maliyetleri daha uygun ekonomik çözümlerle sağlanabilmektedir. Yılda 30-40 milyon kg'in üstünde boyarmadde ve kimyasal reaktifin arıtma tesislerine ulaştıracağı yıllık BOİ yüklemeleri çok yüksek değerlere ulaşmaktadır. Günlük debileri birkaç bin metreküp olan boyahane atıksularının mekanik ve ön arıtılmasından sonra biyolojik arıtmaya verilmeleri gereklidir. Atıksu özelliğinden dolayı uzun alıkonma süreleri gerektiğinden, projelendirmede havuz hacimleri ve yüzey alanlarının büyük tutulması nedeniyle arazi gereksinimi fazla olmaktadır. Atıksuda boyarmaddelerin yapısındaki organiklerin ve bunların oluşturduğu rengin giderimi işlemler klasik arıtma yöntemleri yerme mekanik, kimyasal ve ileri arıtma tekniklerinin
topluca
kullanılmasını
gerektirir.
Böylece
arıtılmış
suların
kanalizasyon veya alıcı ortam standartlarına ulaşması mümkün olabilmektedir (Kemer ve diğ., 1998).
65
Boyahane
atıksularında
kirliliğin
izlenmesinde
genel
kirlilik
parametrelerinin ölçüm metotlarının yanısıra arıtma tesisine giren ve çıkan suda organik madde analiz ve ölçümlerinin de yapılması faydalı olur. Boyarmaddelerin moleküler özellikleri ile çevresel açıdan taşıdıkları önem nedeniyle arıtılabilirliklerinin araştırılması ve arıtma seçeneklerinin ortaya koyulması konusu büyük önem taşımaktadır. Büyük bir kısmı biyolojik olarak bozunmayan ve kimyasal maddelerle kolay reaksiyon vermeyen boyarmadde moleküllerine
bu
özelliklerinden
dolayı
çevresel
etkilerin
azaltılması
çalışmalarında diğer tüm organik bileşenlerden daha fazla özen göstermek gerekmektedir.
Boyahane
atıksularında
bu
maddelerin
KOI
ve
BOI
parametreleri ile incelenmesi ayrıca en önemli sorundur. Girişim yapan maddelerin ve engelleyicilerin çokluğu nedeniyle klasik BOI ve KOI ölçümü yerine geçebilecek ölçüm parametreleri gereklidir. Atıksuların kirliliğini giderebilmek için mekanik işlemlerden sonra kimyasal arıtma yapılması ile renkte ve bulanıklıkta azalma sağlanabilmektedir. Rengin tamamen giderilebilmesi için klorlama yapılması kanserojen madde oluşumunu arttıracağından daha olumsuz sonuçlara yol açabilir. Ayrıca klorlamada hipoklorit kullanılması ağırmetal ve organik karbon içeriğini de arttıracağından ek sakıncalar oluşturacaktır. Ozonlamanın moleküler yapıda bulunan çift bağlan kırarak daha küçük organik moleküllere dönüşümü sağlanması, ayrıca biyolojik arıtma verimini yükseltmesi, bu işlemi kimyasal arıtma sonrası kullanılabilecek bir seçenek haline getirmektedir. Yan ürün olarak oksijen vermesi toksik bileşen oluşturmaması açısından da ozon tercih edilen etkili bir oksitleyicidir (Kemer ve diğ., 1998). Yukarıda belirtilen ön arıtma işlemlerinden geçirilen atıksu biyolojik arıtmaya verilebilir. Bu işlemlerden önce atıksuların biyolojik olarak arıtılması son derece güçtür. Biyolojik arıtma ünitesinde aktif çamurun MLSS değerinin yüksek tutulması (4000-5000 mg/1) ve şok yüklemelerden kaçınılması gereklidir. Boyahane atıksularının biyolojik arıtmadan önce evsel atıksularla en az 1-2 kat seyreltip uzun süreli havalandırma ile biyolojik olarak ayrışmaları sağlanabilir (Kemer ve diğ., 1998).
66
Gerek biyolojik arıtma öncesi, gerekse biyolojik arıtma sonrasında atıksuların ozonlanması arıtma açısından önem taşımaktadır. Biyolojik arıtma öncesi yapılan ozonlama ile moleküllerin ayrışabilirliği arttırılmış olacaktır. Biyolojik arıtma sonrası yapılan ozonlama ile ise renk giderme ve dezenfeksiyon işlemi yapılmış olacaktır. Bazı durumlarda renk giderme bu teknikle yeterli olmamaktadır. Bu durumda adsorblama tekniği uygulamak zorunlu hale gelmektedir. (Kemer ve diğ., 1998) 4.2. Tekstil Atıksularının Arıtılma İmkanları Tekstil endüstrisi atıksularının arıtılması genellikle üç ana faktöre bağlı olarak geliştirilmiştir. Bunlarda fiziksel olaylara dayanan mekanik arıtmada, atıksular içerisindeki bazı maddeler çökeltme yoluyla ayıt edilebilmektedir. İkinci fiziksel ve kimyasal tesislere bağlı arıtma ve son olarak ta bakterilerin ve mikroorganizmaların temizleme özelliğine dayalı biyolojik arıtmadır. Bu metotlarda ilk önce mekanik arıtma, çökeltme havuzlan şeklinde uygulama bulmuştur. Atıksulara verilen kimyasal maddeler, ufak çözülmemiş kolloid halindeki kirlilikleri absorbsiyon yoluyla almakta ve çökebilen floklara çevirmektedir. Bugün tekstil fabrikalarının atıksularının arıtılması ile ilgili konan limit değerlerin altına yalnız kimyasal arıtma metodu ile inilememektedir. Bu sebeple kimyasal tasfiye ancak yüksek arıtma verimine sahip biyolojik arıtma metodu ile birlikte uygulandığında istenilen sonuçlan verebilmektedir (Kemer ve diğ., 1998). 4.3. Tekstil Atıksularının Arıtımında Uygulanan Metotlar 4.3.1. Mekanik arıtma Tekstil atıksularında mekanik arıtma, atıksuyun özelliklerini dengelemeye ve ayarlamaya yarayan bir havuzla birlikte tatbikat bulduğu taktirde önem arz etmektedir. Mekanik arıtmanın kısımlarından olan ızgara, elek, kum tutucu, yağ tutucu yanında tekstil fabrikalarında çökeltme havuzlan önemli bir yer alır (Kemer ve diğ., 1998).
67
•
Izgara
Yıkama atıklarının tasfiyesinde karşılaşılan problemlerden biri, artık içindeki elyaftır. Elyaflar yıkama ekipmanlarının yanlış kullanılmasıyla yıkama kısmından ve diğer kaynaklardan gelebilir. Elyaflar ayrıştıkça kokulara sebep olduğundan
problem
oluştururlar.
Ayrıca
pompalarda
ve
diğer
tasfiye
donanımlarında mekanik sorunlara yol açabilirler. Bu tür maddelerin giderimini sağlayan ızgara veya elekler tekstil endüstrisi atıksularının arıtımında çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır (Kemer ve diğ., 1998).
• Dengeleme Atıksu arıtma tesisinde istenilen verimin elde edilebilmesi için öncelikle düzensiz olan atıksu miktarlarının bir dengeleme havuzunda dengelenmesi gerekmektedir. Hafta sonlan ve tatil günlerinde iş günlerine nazaran daha az miktarda atıksu oluşmakta, özellikle biyolojik olarak ayrışabilen organik madde yükü azalmaktadır. Atıksu karakterindeki bu salınımlar, belirli bir debi ve yük esas alınarak boyutlandırılmış arıtma tesisinin verimini düşürecektir. Dengeleme havuzlan işletmeden kaynaklanan tüm atıksular dikkate alınarak boyutlandırılacağı
gibi,
sadece
proses
atıksuları
içinde
tasarlanabilmektedir.Ancak havuz büyüklüğünün, işletmenin devre dışı olduğu günlerde iş günlerindeki yükün 1/3'ünü tesise besleyecek şekilde seçilmesine prensipte dikkat edilmektedir. Uzun bekletme süreleri nedeniyle dengeleme havuzlarında koku problemi oluşabilir. Havalandırma veya karıştırma ile hem bu problem ortadan kaldırılmakta, hem de askıda maddelerin çökelmesi engellenmektedir. (Kemer ve diğ., 1998) Tekstil atıksularında mikroorganizma miktarı çok az olduğundan, oksijen tüketimi de çok yavaş olmaktadır. Bu nedenle kantin ve duşlardan kaynaklanan evsel nitelikli atıksuların dengeleme havuzuna verilmeden direkt
68
kanala deşarjı ilave oksijen harcanmasını bir ölçüde azaltabilecektir. İşletme koşullarının kötüleşmesi halinde dengeleme havuzlan toksik veya konsantre organik maddeleri, asitleri ve bazları dengelemekte, bu şok yüklerin tesis verimini düşürmesine engel olmaktadır (Kemer ve diğ., 1998).
•
Nötralizasyon Tekstil atıksuları zayıf asit ile kuvvetli baz bölgesi arasında
karakterize edilebilmektedir. Standartlarda belirtilen pH değerini elde edebilmek için nötralizasyona gerek duyulmaktadır (Kemer ve diğ., 1998). Nötralizasyon yönteminin seçiminde debi,konsantrasyon ve işletme koşullan önemli rol oynamaktadır.Bu işlemin mevcut dengeleme havuzunda yapılması ilave yatırım gerektirmediğinden daha ekonomik olmaktadır. Sadece proses atıksuları nötralize edilebileceği gibi, endüstride oluşan tüm atıksular da nötralize edilebilmektedir. Farklı proseslerden gelen atıksuların bu havuzlarda karışımları sonucu, doğal bir nötralizasyon işleminde gerçekleşebilmektedir. Alkali karakterdeki atıksuların nötralizasyonunda mineral asitlerin yerine sıvı yada gaz formda karbondioksitin kullanılması daha uygun olmaktadır. Gaz halindeki CCVnin kullanımı mineral asitlere nazaran daha ekonomik olmakla birlikte, atıksuda tuz oluşumunu da sınırlamaktadır. Diğer taraftan gaz CCVnin kullanımı ile pH'ın 6'dan daha düşük değerlere ulaşamaması, pH kontrolünün hassasiyetini arttırmaktadır. İşletmenin kendine ait bir biyolojik arıtma tesisi olması halinde,bu kademede üretilen CCVnin nötralizasyonda kullanılması mümkün olmaktadır. Formik asit,asetik asit gibi organik asitler organik yükü arttırdıklarında nötralizasyonda kullanılmamaktadır. (Kemer ve diğ., 1998).
•
Çöktürme Bu işlem protein,sabun ve elyaflardan oluşan yüksek konsantrasyondaki asılı
katı maddeleri gidermek için kullanılır. Çöktürme işleminde önce hızlı karıştırma ve
69
yavaş karıştırma işlemleri mevcuttur. Çöktürmede çökeltim işleminin daha iyi ve daha çabuk olabilmesi için kullanılan kimyasal pıhtılaştırıcılar hızlı karıştırma esnasında katılır. Çöktürme sonuca oluşan çamur sık sık temizlenmelidir. Ayrıca havuzlar köpük uzaklaştırıcı tertibatla donatılmalıdır (Kemer ve diğ., 1998). 4.3.2. Kimyasal arıtma sistemleri Kimyasal arıtmanın amacı, suda çözünmüş halde bulunan kirleticilerin kimyasal reaksiyonlarla çözünürlüğü düşük bileşiklere dönüştürülmesi ya da kolloidal ve askıdaki maddelerin yumaklar oluşturarak çökeltilmesi suretiyle giderilmesidir. (Himmetoğlu, 1996) Kimyasal arıtma içme suyu arıtımında ve endüstriyel atıksu artımında kullanılır. Kimyasal arıtma sistemleri olarak kullanılan NÖTRALİZASYON ve KOAGÜLASYON-FLOKÜLASYON
prosesleri
aşağıda
açıklanmıştır.
(Himmetoğlu, 1996)
•
Nötralizasyon Asidik ve bazik karakterdeki endüstriyel atık suların pH değerinin
ayarlanması işlemidir. Atık suyun pH değerinin ayarlanması, atık suyun alıcı ortama deşarj standartlarının sağlanması, biyolojik arıtma öncesinde (bakteriyel faaliyetler belirli pH değerlerinde gerçekleştiğinden) uygun pH değerinin sağlanması, kimyasal çöktürme işleminde reaksiyonların gerçekleşeceği uygun pH değerinin sağlanması bakımından gereklidir (Himmetoğlu, 1996).
•
Koagülasyon-Flokülasyon (Hızlı Karıştırma-Yumaklaştırma) Koagülasyon ve flokülasyon prosesleri içme suyu arıtımında ve atıksu
arıtımında kullanılır. Bu proseslerin amacı kolloidlerin çöktürülerek sudan uzaklaştırılmasıdır. Koagülasyon-flokülasyon prosesi ile çöktürülebilecek kolloidlerin çapı l mikron ile l milimikron arasında değişir. Suyun içindeki askıda maddelerin çoğu kolloidal yapıdadır. Bu da bulanıklık ve rengin sebebidir. Kolloidal maddeler negatif yük taşırlar. Bu yüzden demir, alüminyum gibi üç
70
değerli metal tuzlar kullanılarak koagüle edilirler. Bu işlem kutupsal çekimle gerçekleşir. Suların kimyasal koagülasyonu çeşitli amaçlar için yapılır. •
Organik ve inorganik bulanıklığın giderilmesi
•
Renk giderimi
•
Bakteri ve patojen giderimi
•
Alg ve organizmaların giderimi
•
Koku ve tat yapıcı maddelerin giderilmesi
•
Fosfat giderimi
•
Biyolojik oksijen ihtiyacı ve kimyasal oksijen ihtiyacı parametrelerinin giderilmesi
•
Askıda katı madde giderimi
•
Metal giderimi (Himmetoğlu, 1996)
Sudaki Partiküllerin Sınıflandırılması Suyun içindeki maddeler boyutlarına göre 3'e ayrılır. •
Askıda maddeler
•
Kolloid maddeler
•
Çözünmüş maddeler (Himmetoğlu, 1996)
l mikron ila l milimikron arasındaki partiküller kolloid olarak adlandırılır. Örnek olarak l mikron çapındaki partikül normalde 1mm/saat hızla çöker, 0,01 mikron çapındaki partikülün l mm çökmesi için l yıl gereklidir. Kolloidler atomlar ve küçük moleküllerden iridir ve normal filtrelerde tutulamazlar. Sudaki yayılmalarına göre iki tip kolloid vardır. Bunlar, • •
Hidrofılik (su sever) Hidrofobik (su sevmeyen)
(Himmetoğlu, 1996)
71
Çözünmüş
Kolloidal
Askıda veya filtre edilemez
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
10
100
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Partikül boyutu (milimetre)
Koagülasyonla giderilebilir
Çökebilir
Şekil 4.1. Sudaki partiküllerin sınıflandırılması ve boyutları (Himmet oğlu, 1996)
Koagülasyon Prosesi Atık su arıtımında, kolloid maddelerle askı halindeki, çok küçük taneciklerin çökelmesini kolaylaştırmak için suya ilave edilen kimyasal maddelere koagülant (pıhtılaştırıcı) denilmektedir. Koagülasyon prosesi ise koagülantların atıksuya ilave edilişini takiben hızlı bir şekilde atıksuya karıştırılmaları ve atıksuyun bünyesindeki kollaidal ve askıda maddelerle birleşerek flok oluşturmaya hazır hale gelmesi işlemidir.
Askıda maddeler ve kolloidler çok uzun bekletme süresi olmadan atık sudan ayrılmazlar (Himmetoğlu, 1996). Koagülant ilavesi ile bu süre çok azaltılır. Askıda maddeler çözünebilir
72
organikler ise biyolojik arıtmayla giderilebilir. Ancak çözünmeyen organik madde miktarı yüksekse kimyasal koagülasyon uygulamak daha ekonomik ve uygundur (Himmetoğlu, 1996). Koagülasyon prosesinde amaç, •
Kolloidin negatif yükünün nötralize edilmesidir.
•
Kolloidin zeta potansiyelini düşürmek ve
Koagülasyon
pratikte
atıksuya
ilave
edilen
koagülantın
hızlı
bir
şekilde
atıksuya karıştırılması işlemidir. (Himmetoğlu, 1996) Flokülasvon Prosesi Flokülasyon prosesi (yumaklaştırma) atık suyun yavaş ve uygun şekilde bir süre
karıştırılarak
küçük
tane
ve
pıhtıların
büyümesi,birbiriyle
birleşmesi,yumaklaşması ve böylece kolayca çökebilecek flokların (yumaklar) meydana gelmesi işlemidir. Oluşan bu floklar bir sonraki proses olan çöktürme kademesinde çökerek atık sudan ayrılırlar. Flokların irileşmesi yardımcı koagülantlar kullanılarak arttırılır. Bunların en önemlisi polielektrolitlerdir. Flokülasyon pratikte flok oluşumu sağlamak için yapılan yavaş karıştırma işlemidir. Flokülasyon prosesini etkileyen faktörler aşağıda verilmiştir; •
Atık suyun kalitesi
•
Atık sudaki askıda katı madde,kolloid ve diğer kirleticilerin miktarı
•
pH değeri
•
Koagülasyon
ve
flokülasyon
tipi, çöktürme
Bölümün özellikleri •
Suyun sıcaklığı
•
Alkalinite
bölümlerindeki
bekletme
süresi, karıştırma
73
•
Sudaki iyonların özellikleri
•
Koagülantm tipi ve dozajı (Himmetoğlu, 1996)
Koagülasvon ve Flokülasvon Teorisi Kolloidlerin su ortamını seven (hidrofılik) ve su ortamını sevmeyen (hidrofobik) olmak üzere ikiye ayrıldığını belirtmiştik. Hidrofılik tanelerin suya karşı olan bu sevgileri, tanenin üzerindeki -OH, -COOH, -NH2 gibi polar gruplarının bulunmasından ileri gelmektedir.Elektrik yükünün bir mahalde toplanması sebebiyle bu polar grupları bir elektrik dipoluna sahiptirler. Bu gruplar suda erirler,dolayısıyla da etraflarındaki suyu çekip üzerlerinde tutarlar ve böylece etraflarında sağlam bir su kılıfı meydana getirirler. Taneyi saran bu su zarfına hidrasyon suyu veya zarf suyu denir. Böyle bir tane,etrafındaki su zarfı ile berabersek bir parçaymış gibi hareket etmekte ve böylece bu tane-su zarfı birleşik cisminin hareketi bağımsız, yalnız ve homojen bir tanenin hareketine benzemektedir. Hidrofobik kolloidal taneler suya karşı bir bağlılık göstermezler; bu sebepten de etraflarında onları saran ve onlarla beraber hareket eden bir su zarfı meydana gelmez. Genellikle,organik kolloidler hidrofılik, inorganik kolloidler ise hidrofobik cinstendir. Kolloidin etrafındaki zarf suyunun bittiği noktaya kesilme planı denir. Kolloid taneler elektriki özelliklere sahiptir ki bu özellikler onların hareket tarzlarına büyük ölçüde tesir eder. Tane yüzeyi üzerinde bulunan elektrik yükleri, arada bir elektrostatik alan meydana getirir. Kolloidal sistemin stabilitesini temin eden esas faktör bu elektrostatik alandır. Tane yüzeyindeki bu yüklere ANA YÜK denir. (Himmetoğlu, 1996). Kolloidal tane üzerindeki ana yük atık suda bulunan aksi yükteki iyonları kendine çeker. Eğer tanenin ana yükü fazla ise,etraftan oldukça bol miktarda aksi işaretli iyon çeker ve böylece tane yoğun bir karşıt iyonlar tabakası ile kaplanmış olur. Böylece tanenin elektrik yükü kısmen dengelenir, yani nötr hale yaklaşır. Bu, ilk ve yoğun, karşıt iyonlar tabakasına Sabit tabaka veya Stern tabakası denir. Stern tabakası da gene aynı cinsten fakat, daha az sayıdaki iyonların teşkil ettiği az yoğun bir tabaka ile çevrilir. Bu ikinci karşıt iyonlar tabakasına da Dağınık tabaka veya Gouy tabakası denir. Gouy tabakasındaki iyon konsantrasyonu stern tabakasına bitişik elan kısımdan fazla, atık su kitlesiyle birleştiği yerde ise azdır.
74
Bununla birlikte Stern ve Gouy tabakaları içinde de gayet az sayıda ana yükü teşkil eden iyonlardan da bulunmaktadır. Stern ve Gouy tabakalarının her ikisine birden çift tabaka denilir. Daha önce bahsetmiş olduğumuz, kesilme planın üzerindeki potansiyele zeta potansiyeli denir. Kolloidal
tanenin
gösterdiği
elektrokinetik özellikler çoğunlukla zeta potansiyeline bağlıdır. Bu yüzden zeta potansiyeli çok önemlidir. Hidrofobik kolloidal tanelerde, kesilme planı sabit tabaka dış yüzeyine çok yakındır (Himmetoğlu, 1996).
Zarf Suyu
Kesilme Planı
Şekil 4.2. Zarf suyu içinde kalmış kolloid bir protein tanesinin
şematik
görünüşü (Himmetoğlu, 1996) Hidrofilik kolloidal tanelerde ise kesilme planı zarf suyu dış yüzü üzerine gelmektedir. Hidrofobik bir sistemdeki itme kuvvetleri ise sadece zeta potansiyelinden meydana gelmektedir. Taneler üzerindeki zeta potansiyelleri yüksek ise birbirlerini kuvvetle iterler. Hidrofilik tanelerin dengesi ise sadece zeta potansiyeline bağlı değildir; bu taneleri saran zarf suyu tanelerin birleşmesine karşı elastik
bir
barikat
etkisi
yapmaktadır
.Koagülasyon-flokülasyon
prosesinin
gerçekleşmesi için itme kuvvetlerinin yani zeta potansiyelinin düşürülmesi gerekir. Bu
75
işlem iki şekilde yapılabilir;
•
PH ayarlanması ile
•
Atık suya ters yüklü iyonların ilavesi ile (Himmetoğlu, 1996)
Kolloidlerin pH değeri ayarlandığı zaman kolloidal tane üzerindeki zeta potansiyeli düşmektedir. Zeta potansiyeli kolloid sisteme ters yüklü yönler vermek suretiyle de indirilir. Atık suya sonradan ters yüklü iyonlar ilave edilmesi sabit (Stem) tabaka ve dağınık (Gouy) tabaka üzerindeki iyon miktarı birdenbire arttırır ve bunun sonucu olarak zeta potansiyeli düşer. Hidrofilik kolloidlerin dengesi sadece zeta potansiyeline dayanmaz,zarf suyuna da dayanır. Zarf suyu tabakası,suya yüksek konsantrasyonda tuz ilave edilerek küçültülebilir (Himmetoğlu, 1996).
Stern T.
+ +
-
-
-
+ +
-
-
-
-
-
+
Toplam potansiyel
+ + + +
Gouy Tabakası
+ + + + + + +
+ +
Kesme yüzeyi
+ +
-
+ -
+
İzoelektrik nokta
Toplam potansiyel Mesafe Şekil 4.3. Negatif Yüklü Bir Kolloidin Etrafındaki Tabakalar (Eroğlu, 1995)
Kimyasal Arıtmada Kullanılan Kimyasal Maddeler
76
Kimyasal arıtma işlemini gerçekleştirmek amacıyla değişik kimyasal maddeler kullanılabilir.Kimyasal çöktürme işlemiyle arıtılmış su elde ederken toplam askıda katı maddede %80-90, BOİ5 parametresinde %40-70 giderim sağlanabilir. Kimyasal arıtmada en çok kullanılan kimyasal maddeler Çizelge 4. l'de verilmiştir Çizelge 4.1. Kimyasal arıtmada en çok kullanılan kimyasal maddeler (Himmetoğlu, 1996) KİMYASAL ALUM
FORMÜLÜ AL2(SO4)3.18H20
DEMİR SÜLFAT (FERROUS)
FeSO4 ,7H20
KİREÇ
Ca (OH)2
DEMİR KLORUR
FeCl3
DEMİR SÜLFAT
Fe2 (S04)3
POLIELEKTROLITLER
Natürel- Sentetik
Çeşitli kimyasal çöktürücüler ile ilgili bilgiler aşağıda verilmiştir.
•
Demir Tuzları: Demir tuzlan atık su arıtımında çok sık kullanılır.
Demir klorür likit ve katı olarak satın alınabilir.Demir klorür sebebiyle oluşan çökelti demir hidroksittir. Demir sülfat daha ekonomik bir kimyasaldır ve atık su antımmda yoğun olarak kullanılır (Himmetoğlu, 1996). Demirli pıhtılaştırma maddelerinin en pahalısı FeCl3 'dür ve oldukça koroziftir. FeCl3 için uygun malzemeler cam, seramik ve plastik olarak sayılabilir (Şengül ve diğ. ,1997) Demir sülfat (Fe2 (SO4)3 ise asidik ve korroziftir. Paslanmaz çelik, lastik, seramik tanklarda depolanmalıdır (Şengül ve diğ. ,1997) .
77
Alüminyum Tuzları: Alüminyum sülfat (Alüm) en sıkça kullanılan
•
kimyasaldır. Demir tuzlan kadar verimi yüksek değildir. Alüminyum hidroksit flokları daha az yoğundur ve demir tuzlarına göre çökmesi yavaştır. Çöktürme havuzunda daha uzun bekletme süreleri gerekir. Toz halde bulunur. Kuru halde iken bu reaktif demir, çelik veya beton tanklarda saklanabilir. Çözelti halinde iken PVC, kurşun veya plastik tanklarda depolanabilir (Himmetoğlu, 1996). •
Kalsiyum Tuzları: Kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 hem pH değeri için hem
de koagülant olarak kullanılabilir (Himmetoğlu, 1996). •
Diğer Kimyasal Maddeler : Sülfürik asit (H2SO4) ve hidroklorik asit
(HCI) pH değerini düşürmek için kullanılır. Kostik (NaOH) hem pH değerini yükseltmek için kullanılır, hem de bazı
atık
sularda polielektrolitten önce
koagülant görevi görür (Himmetoğlu, 1996). • Polielektrolitler Polielektrolitler natürel ve sentetik olmak üzere ikiye ayrılır.Natürel polielektrolitler biyolojik orijinlidir ve nişasta ürünlerinde veya selülozdan elde edilir. Sentetik polielektrolitler ise yüklerine göre sınıflandırılır. Negatif,pozitif ve nötr o l m a d u r u m l a r ı n a g ö r e A n y o n i k , K a t y o n i k v e n o n - i o n i k o l a r a k adlandırılırlar. Polielektrolitler partiküller arasındaki bağları büyütürler ve iri floklar oluşmasını sağlarlar. İki veya daha fazla partikül polielektrolit bağlarına tutunarak köprü oluştururlar. Bu köprü aynı şekilde oluşan diğer köprülerle birleşir. Böylece floklar irileşir ve çökeltme işleminde daha kolay giderilirler. Kimyasal atık su arıtma tesislerinde polimer kullanımı özellikle son 15 yılda çok önemli boyutlara ulaşmıştır. Poüelektrolit kovalant bağlarla bir araya gelmiş birbirini tekrar eden kimyasal üniteler (manomer üniteler) serisinden oluşan bir kimyasal yapıya sahiptir. Pozitif yüklü katyonik polimerler doğrudan koagülant olarak veya koagülant yardımcısı olarak kullanılabilir. Bu tip polielektrolitler aynı zamanda fıltrasyon yardımcı malzemesi ve çamur susuzlaştırmada kimyasal şartlandırıcı olarak kullanılır. Yüksüz olan non-iyonik ve negatif yüklü olan an-iyonik
78
polimerler koagülant yardımcısı, fıltrasyon yardımcısı ve çamuru şartlandırmada kullanılır ( Himmetoğlu, 1996)
Yumaklastırmanın Verimliğine Tesir Eden Unsurlar Bir su tasfiyesi tesisinde yumaklaştırma kısımlarını boyutlandırmadan önce yumaklaştırmanın
verimliliğine
tesir
eden
unsurların
bilinmesi
gerekir.
Yumaklaştırma işlemine tesir eden unsurla aşağıda maddeler halinde belirtilmiştir: a) Ham suyun kalitesi, bulanıklılığı b) Sudaki kolloidlerin ve asılı maddelerin miktar ve özellikleri c) Suyun pH değeri d)
Yumaklaştırma projesinin çeşidi, hızlı karıştırma ve yumaklaştırma bekleme müddetleri
e) Suyun sıcaklığı f) Suyun alkalinitesi g) Sudaki iyonların miktar ve özellikleri h) Yumaklaştırıcıların cins ve dozları Bunlardan pH 'nın ayrı bir önemi vardır. Çünkü bilhassa metal tuzlarının
yumaklaştırıcı
olarak
kullanılması
durumunda
onların
hidrolizinde esas rolü oynamaktadır (Dikmen, 1998) •
Filtrasyon Biyolojik arıtma biriminin ardından ilave edilecek bir fıltrasyon kademesi ile arıtma verimi arttırılabilmektedir. Filtre katmanlarında aerobik reaksiyonların gerçekleşebileceği göz önünde tutularak, atıksuya filtre girişinde yeterli oksijenin kazandırılması, gerekmektedir.
79
4.3.3. Tekstil endüstrisi atıksularının arıtılmasında biyolojik arıtmanın önemi ve çözünmüş kalıcı (inert) KOI kavramı 4.3.3.1. Biyolojik Arıtmanın Prensipleri
Biyolojik arıtma sistemleri değişik şekillerde sınıflandırılabilir. Ortamda oksijen varlığına göre aerobik ve anaerobik olarak sınıflandırılan bu sistemler kullanılan mikroorganizmaların sistemdeki durumuna göre süspanse ve sabit film prosesleri olarak ta sınıflandırılabilirler (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Aktif çamur metodu ilk defa , Ardern ve Lockett ( 1914 ) ' in çalışmaları sonucunda Manchester' de bulunmuştur. Metod çökeltilmiş atıksuyun havalandırılması esasına dayanır. Bu esnada , suyun içindeki mikroorganizmalar kısmen çözünmüş , kısmen süspanse haldeki organik maddeleri yeni hücre sentezlemek ve enerji elde etmek amacıyla kullanırlar ve hızla çoğalırlar. Bu sırada organik maddenin bir kısmı yanarak CO 2 haline gelir. Diğer kısım hücre sentezinde kullanılır. Çoğalan mikroorganizmalar birbirine ve suda asılı maddelere tutunarak yumaklar ( floklar ) teşkil ederler. Doldurulup boşaltılarak çalışılan kesikli reaktörlerde havalandırma işlemine son verilerek bu yumaklar çöktürülürse üstte kalan berrak sıvı, suyun temizlenmiş olduğunu gösterir. Sürekli çalıştırılan sistemlerde ise çöktürme işlemi ayrı bir tank ( son çökeltim havuzu ) içinde yapılır. Tabana çökelen katı maddelere aktif çamur denir. Aktif çamur, canlı mikroorganizmalar ile onlara yapışmış asılı ve ipliksi maddelerden oluşmuştur. Organik maddenin bu şekilde , aerobik olarak ayrıştırılması, atıksu ile ne kadar mikroorganizma temas haline getirilirse , o kadar hızlı bir şekilde cereyan edecektir. Bu nedenle sürekli sistemlerde çökelen çamur geri devrettirilerek sistemin aşılanması yoluna gidilir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998).
80
4.3.3.2. Organik Madde Gideriminin Belirlenmesi Organizmalar yaşamlarını sürdürebilmek için ortamda mevcut bileşikleri (karbonhidratlar , hidrokarbonlar , proteinler , azotlu bileşikler) parçalayarak enerji elde ederler. Bu enerji genellikle yüksek enerjili fosfat bağı halinde ( ATP ) depo edilir. ATP halinde depo edilen bu enerji biyosentezleme , hareket , hücre içine ve dışına besin maddesi transferi , yıpranan hücre elemanları temini ve basınç dengelemesi için kullanılır (Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998).
m. org. Organik + O2 + Nutrientler
D.faz.m.org. + CO2 + C5H7NO2 + NH3 + Nihai
Madde
ürünler m.org.
(Bakteri) C5H7NO2 + 5O2
5CO2 + 2H2O + NH3 + Enerji (Kestioğlu 2001).
Oksijen (hava) varlığında organizmalar, karbon içeren bileşikleri parçalayarak CO2 ve H2O'ya dönüştürürler. Azotlu bileşikler aerobik metabolizma ile NO3- 'a dönüşür. Karbonhidratlar aerobik olarak en kolay parçalanan karbon bileşikleridir. Örneğin ; glikozun aerobik parçalanması glikoliz yolu ile olur (Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). 4.3.3.3. Karbonlu organik maddelerin giderimi Karbonlu organik madde konsantrasyonunun saptanmasında en yaygın olarak kullanılan yöntem beş günlük BOİ deneyidir. Beş günden daha büyük bir süre için ( 20 Gün ) sadece karbonlu maddelerin ayrışımında gerekli olan oksijen gereksiniminin saptanmasında , nitrifikasyon sürecinin inhibe edilmesi gerekir (Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998).
81
Aktif çamur proseslerinde organik madde gideriminin hızını belirleme amacıyla
kullanılan
kinetik
modeller
için
KOİ
konsantrasyonunun
bir
fonksiyonu olarak ifade edilir. Biyolojik olarak parçalanabilen KOİ , kolay parçalanabilir KOİ olarak flok formlu organizmalarca parçalanabilmesine karşılık KOİ filamentli organizmalarla yarışmalı olarak da parçalanabilmektedir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Havalandırma tankına gelen atıksuda çözünür haldeki organik maddenin bir kısmı , partikül haldeki organik maddenin havalandırma tankında aktif çamurla temas ettikten hemen sonra biyolojik olarak emilmektedir. Daha sonra kalan çözünen organik maddeler aktif çamur ile temas halinde kalarak biyooksidasyon vasıtasıyla ( organik maddelerin biyolojik olarak okside olması yöntemiyle ) sıvı fazdan alınmaktadır (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Aktif çamur sisteminde aktif çamurdaki birim kuru kütle başına çözünen organik maddenin mikroorganizmalar tarafından absorbsiyon miktarı havalandırma havuzuna giren atıksudaki organik madde konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Substratlar başlıca iki gruba ayrılabilir; 1 - Doğrudan hücre içine taşınabilen substratlar. 2
- Hücre içine taşınmadan önce hücre dışında dönüştürülmesi gereken kompleks
substratlar (partiküler haldeki substratlar) dır (Akal 1990, Yonar 1999). Substrat giderim mekanizması üç süreç olarak tanımlanabilir: 1 - Hücrenin substrat molekülü ile karşılaşması 2 - Molekülün hücre içine taşınması 3
- Hücre içinde substratın dönüştürülmesi (Akal 1997, Zenginay 1996, Yonar 1996,
Üstün ve Özcan 1998).
82
Substrat giderimi konusunda çalışma yapan Daigger ve Grady(1982), substratın ( S ) , hücre içinde aktif taşınım sistemi ile taşındığını belirtmişlerdir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Hücre içindeki substrat ya doğrudan metabolize edilmek üzere metabolik ara ürünlere çevrilir ya da bir kısmı depolanır. Metabolik ara ürünlerden bir kısmı hücre dışından dışarıya taşınabilir. Metabolik ara ürünler , hücre bileşenlerinin .sentezinde kullanılır veya enerji elde etmek üzere oksitlenir. Hücre dışı substratın hücre içine taşınması , bir kısım enerji elde etmek üzere oksitlenmesi ve diğer kısmının hücrenin bütün bileşenlerinin uygun oranda sentezlenmesinde kullanılması çoğalma şeklinde tanımlanabilir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Biyokütle yüksek substrat konsantrasyonu ile karşılaştığı zaman, eksojen substrat tükendikten sonra metabolize etmek üzere , glikojen ve/veya PHB biriktirme kapasitesine sahiptir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Bazı araştırmacılar substratın metabolize edilmeden önce bir depolama fazından geçtiğini varsaymışlardır. Dennis ve Irvine ( 1983 ), depolama ürünleri hücre içi poliglikoz /glikojen ise bu kompleks makromoleküllerin aktif çoğalma ve hücre replikasyonu öncesinde üretildiği görüşünde ısrar etmenin haklı bir nedeni olmadığını belirtmişlerdir. Bu tip depolama ürünlerinin , primer metabolik yolardan bağımsız bir yolla üretilmesi daha mantıklı bir varsayımdır (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Birçok araştırmacı ise , çözünmüş substratın gideriminde fiziksel adsorbsiyon gibi mekanizmalarla başlangıçta meydana gelen hızlı giderimin önemli olabileceğini öne sürmüştür ( Roberts ve Kempton , 1971 ). Oysa Eckhoff ve Jenkins (1967 ) daha önce yaptıkları kararlı halde çalışan laboratuar sistemindeki deneysel gözlemlerine dayanarak çözünmüş substratın biyokütle tarafından fiziksel
83
adsorbsiyonunun önemli olmadığı sonucuna varmışlar ve çoğalmanın tek substrat giderim mekanizması
olduğunu kabul etmişlerdir (Yonar 1999, Zenginay 1996,
Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Ayrıca Henze ve diğerleri ( 1986 ), depolama olayının sadece çözünmüş monosakkaridler ve asetat gibi birkaç substratla sınırlı olduğunu dolayısıyla çözünmüş substrat gideriminin çoğalma ile orantılı olarak ele alındığını belirtmişlerdir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Çözünmüş substratlar tek ve çok bileşenli olduğu için bunların giderimi konusunda farklı ifadeler verilmiştir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Tek substratın giderim kinetiği düşünüldüğünde bunun çoğalma ile birlikte meydana gelmesi sonucu substrat giderim hızı ,
-
dS = dt
4 * Y
dX dt
(1)
çoğalma hızı ile orantılı olmaktadır. Burada, S, substrat konsantrasyonu; t, zaman; X, biyokütle konsantrasyonu; Y, giderilen birim substrat başına üretilen biyokütle olarak tanımlanan dönüşüm oranıdır (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Çoğalma hızı Monod denklemi ile ifade edildiğinde substrat giderim hızı , substrat ve mikroorganizma konsantrasyonunun fonksiyonu olarak elde edilecek ve ( 2 ) denklemi ile verilecektir (Akal 1997, Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998);
84
-
dS μ S = * *X dt dY Ks + S
(2)
Chudoba ( 1985 ) , başlangıçtaki substrat konsantrasyonunun biyokütle konsantrasyonuna oranı , So/Xo < 2-3 ( KOİ / AKM ) olan kesikli sistemleri çoğalmayan sistemler olarak tanımlanmaktadır ve bu sistemlerde dıştaki substratın hücre replikasyonu öncesinde giderildiğini ifade etmiştir. Böylece tek bileşenli substratlarm sabit bir hızla lineer olarak giderildiğini ve biyokütle artış hızının da sabit olduğunu ileri sürmüştür (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Çoklu substrat giderim kinetiği konusunda da yine birçok araştırmacı çalışmalar yapmışlardır. Bunlardan Wuhrmann ( 1969 ) ve Tischler ve Eckenfelder ( 1969 ) çoklu substratların da tekli substrat giderim mekanizması ile giderilebileceğini savunmuşlardır (Akal 1997, Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Jones ( 1973 ) , tek substratın giderim kinetiğinin Monod kinetiğine uyduğu kabulünden hareketle çoklu substrat giderim kinetiğini incelemiştir. İnceleme sonuçlarını Monod ve 1. derece kinetiklerine göre analiz ederek , birinci derece kinetiğinin daha iyi bir yaklaşım sağladığını ve çoklu substrat sistemleri için Monod kinetiğinin doğru olmadığı sonucuna varmıştır. Dolayısı ile giderim hızları birbirinden çok farklı substratların giderimi için tek bir kinetik ifade vermek mümkün değildir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Bunlardan başka Dold ve arkadaşları ( 1980 ) yaptıkları araştırmalar sonunda sentez için mikroorganizmalar tarafından absorblanabilen kolay ayrışan çözünmüş substratların ortalama giderim hızını Monod ifadesi ile modellemişlerdir (Akal 1997, Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998).
85
-
dSs 1 μ *S = * max * XA dt Y Ks + S
(3)
Aynı ifade Grady ve arkadaşları ( 1989 ) tarafından da kabul edilmiş ve substrat kullanımı (rs) için en çok kullanılan ifade;
Rs = (μ/Y)*X
(4)
verilmiştir.
Ortamda organizma topluluğunun çoğalması ve substratın giderilmesi mekanizmaları da oldukça karmaşık proseslerdir ve bu konuda en çok kabul gören modellerden biri de Monod modelidir (Monod, 1949). Bu modelde mikroorganizma çoğalma hızı;
dX = μ*X dt
(5)
Burada spesifik büyüme hız katsayısı (u) ile Ss arasında Monod denklemi kullanılarak;
μ=
µmax * Ss Ks + Ss
elde edilmiştir.
(6)
86
Bu formülde; X, biyokütle konsantrasyonu, Ss, hız kısıtlayıcı çözünmüş substrat konsantrasyonu, u, spesifik çoğalma hızı, μmax, ayrışan substrat üzerinde maksimum spesifik büyüme hızı, Ks, yarı doygunluk hız-sabitini göstermektedir (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Mikroorganizmaların hücresel büyüme hızını, spesifik büyüme hızına
Spesifik Çoğalma Hızı, μ, (T-1 )
bağlı olarak Şekil 3.1' deki gibi göstermek mümkündür ( Kestioğlu 2001).
Şekil 4.4. Spesifik Büyüme Hızı (i, ile Substrat Konsantrasyonu Arasındaki İlişki μ
(Kestioğlu 2001) 1/2 μ
(5) ve (6) nolu denklemler birleştirildiği taktirde de
dX SKs* X = µmax * dt Ks + S
Substrat Konsantrasyonu, S, (ML-1 )
(7)
denklemi elde edilir.
Diğer grup substratlar ise partiküler substratlar olup , bunların metabolize edilmelerinde ,
87
1 - Adsorbsiyon ve depolama 2 - Kompleks organik moleküllerin hücre duvarından geçecek kadar basit moleküllere enzimatik parçalanması, 3 - Absorbsiyon ve sentez
olaylarının sıra ile meydana geldiği Dold, Ekama, Marais (1980) tarafından ileri sürülmüştür (Akal 1997, Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). IAWPRC Çalışma gurubu modeline göre adsorbsiyon ve hidroliz kavramlarında iki değişiklik getirilmiştir. Bu model , partiküler maddenin tamamıyla çamur fazında tutulduğunu , metabolize edilmese bile çökeltme tankı üst akımında bulunmayacağını kabul etmekte ancak , partiküler substratın organizma kütlesi üzerinde adsorblandığı ve depolanmış substratın doğrudan kullanıldığı görüşünü reddetmektedir. Bunun yerine , çamurda tutulan partiküler substratın mikroorganizma kütlesi tarafından salgılanan hücre dışı enzimlerle hidroliz edilerek, kolay ayrışan substrat halinde sıvı kütlesi içine salıverildiği kabul edilmektedir. Hidroliz sonucunda ortaya çıkan kolay ayrışan substrat ,giriş akımından gelenle birlikte sentez için kullanılır (Akal 1997, Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998). Fujie ve arkadaşları ( 1988 ) tarafından yapılan yaklaşımlar , çözünmüş organik maddelerin ( SOS ) ve partikül organik maddelerin ( POS ) gideriminin birbirinden hayli farklı olduğunu , çünkü bunların giderim ve dekompozisyon mekanizmalarının farklı olduğunu göstermiş bulunmaktadır (Yonar 1999, Zenginay 1996, Yonar 1996, Üstün ve Özcan 1998).
88
4.4. Aktif Çamur Prosesinde KOİ Kavramı Ve Bölümleri Biyolojik arıtma sistemlerinde mikrobiyaf büyüme ve substrat kullanım hızları sistemdeki nutrient konsantrasyonu ile orantılıdır. Bu nedenle substrat özelliğine sahip olan maddenin sistemden giderilmesi ve miktarının doğru olarak ölçülmesi gerekir (Yonar 1999).
Günümüzde aktif çamur sistemlerinde kullanılmakta olan substrat ile bağlantılı başlıca üç ölçüm yöntemi vardır; bunlar KOİ, BOİ ve TOK' dur. Toplam organik maddenin ölçülmesinde, TOK yöntemi, BOİ ve KOİ yöntemlerine göre daha uygun olmasına rağmen iki dezavantajı vardır. Birincisi, biyolojik olarak ayrışabilen ve ayrışmayan organik maddeler arasında ayrım yapılamaz. İkincisi ise BOİ ve KOİ'nin tersine, TOK yönteminin organik maddenin oksidasyon kademesinden bağımsız olma ve organik bileşiklerin oksidasyon kademesi hakkında herhangi bir fikir vermemesidir. Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı kavramı, aerobik organotrofık mikroorganizmalar için elverişli bir organik karbon kaynağı içeren bir atıksuyun kirlenme potansiyelinin, mikroorganizmaların bu sudan alınmış bir örnekte gelişmeleri sırasında harcadıkları oksijenin ölçülmesiyle belirlenebilir (Yonar 1999). BOİ5, sadece 5 gün zarfında ayrışan substratı temsil ettiğinden bu parametre atıksudaki substrat düzeyini tamamıyla yansıtamaz. Ayrıca, deneyde aşı olarak kullanılan mikroorganizmalar, atıksudaki substrata aklime edildiğinde veya atıksu biyolojik gelişmeyi inhibe edici maddeler içerdiğinde hatalı BOİ5 sonuçları elde edilebilir. Biyolojik olarak kalıcı organik maddeler de, BOİ5 deneyinin önemli hata kaynaklarından birini oluşturur. Ayrıca yöntemin oldukça zahmetli olması, en az 5 gün sürmesi, deney koşullarından çok fazla etkilenmesi gibi dezavantajları, BOİ 5 parametresinin, biyolojik arıtma sistemlerinin tasarımı ve işletilmesinde kullanışlılığını azaltmaktadır (Akal 1997). Kimyasal Oksijen İhtiyacı çevre kirlenmesinde en çok kullanılan kollektif parametrelerden biridir. Bu parametre ile atıksuların bünyesindeki organik maddeler, kimyasal oksidasyonları için gerekli oksijen miktarı cinsinden belirlenir. Yöntem birkaç
89
istisna dışında tüm organik maddelerin, kuvvetli oksitleyicilerle asit ortamlarda oksitlenebilecekleri esasına dayanmaktadır. Oksidasyon ortamında karbonlu organik maddeler CO2 ve H2O; azotlu organik maddeler ise NH3 haline dönüşürler (Şengül ve Müezzinoğlu 1997) Ölçüm yöntemi bir redoks reaksiyonuna bağlı olduğu için, elektron transferinin olmadığı reaksiyonlara giren maddelerin KOİ' sinden söz etmek olanaksızdır (Şengül ve Müezzinoğlu 1997). KOİ, kuvvetli bir kimyasal oksitleyici ile oksitlenebilen organik madde içeriğinin oksijen cinsinden eşdeğerinin bir ölçüsüdür. Atıksu örneklerinin 2 saat içerisinde, kuvvetli asit ortamda ve kaynama sıcaklığında indirgedikleri Cr+6 miktarının ölçülmesi ilkesine dayanır. Böylelikle, KOİ deneyi, deney koşullarında ve deney süresi içerisinde bikromatla yükseltgenebilir maddelerin atıksulardaki konsantrasyonunu bulmakta kullanılır. KOİ deneyinin yetersizliği, mikroorganizmalar için uygun substrat oluşturmayan yükseltgenebilir maddelerin ve bu arada biyolojik olarak inert organik maddelerin de, Cr+ 'yi indirgemeleri nedeniyle ölçüm sonuçlarına yansımalarından ileri gelir. KOİ deneyinin diğer dezavantajı da, biyolojik olarak ayrışabilen aromatik hidrokarbonların, organik maddelerin Cr+6 ile yükseltgenememeleridir (Akal 1997). Ancak ölçüm yöntemleri arasında, organik substrat, biyokütle ve kullanılan oksijen arasında eşdeğer cinsinden bir ilişki kurabilen ve bir kütle dengesi kurulabilmesine olanak tanıyan sadece KOİ ölçümüdür. KOİ aynı zamanda biyolojik olarak ayrışabilirlik açısından organik maddeler arasında bir ayrım yapmaz. Dolayısıyla, KOİ diğer yöntemlere tercih edilir. Ayrıca, KOİ daha az emek ve zaman gerektiren ölçüm yöntemidir. Bu nedenle, KOİ bileşenlerinin tanımlanması gerekir (Yonar 1999). Ekama ve arkadaşlarına (1986) göre, bir atıksuyun KOİ'si iki ana bileşene ayrılabilir. Biyolojik olarak ayrışamayan (inert) ve biyolojik olarak ayrışabilir kısımlar. İnert KOİ bölümüm de kendi içinde çözünmüş ve partiküler olmak üzere ikiye ayrılabilir. Aynı şekilde ayrışabilen KOİ'yi çözünmüş ve partiküler olarak ayırmak
90
mümkündür Şekil (4.5). Bu bakımdan KOİ daha kullanışlı bir parametredir (Yonar 1999). Çıkışta Çözünmüş KOI ST
Ayrışabilir KOI Ss
Girişte Sso’dan Kalan KOI
Üretilenden Kalan KOI
İnert KOI
Girişteki İnert KOI
Üretilen İnert KOI
Şekil 4.5. Bir atıksudaki toplam KOI nin bölümleri (Akal 1997)
Uluslararası Su Kirlenmesi Araştırmaları ve Kontrolü Birliği (IAWQ) tarafından oluşturulan çalışma grubunun modeline göre de atıksudaki organik maddeler, biyolojik olarak ayrışabilen ve ayrışamayan olarak ikiye ayrılmaktadır. Aktif çamur sistemlerinden hiçbir değişikliğe uğramadan çıkan, biyolojik olarak ayrışmayan kısım, biyolojik bakımdan inert kısım olarak tanımlanır. İnert çözünmüş organik madde Sı sembolü ile, inert askıdaki organik madde ise Xp ile gösterilir. Biyolojik olarak ayrışabilen organik kısımda kolay ayrışabilen kısım Ss ve yavaş ayrışabilen kısım, Xs olmak üzere ikiye ayrılabilir (Akal 1997). Doğrudan heterotrofik bakteriler tarafından alınan ve yeni biyokütlelerin çoğalması için kullanılan kolay ayrışabilen kısım nispeten basit moleküllerden oluşur.
91
Daha kompleks moleküllerden oluşan yavaş ayrışan kısım ise kullanılmadan önce kolay ayrışabilir substrata dönüştürülür (Yonar 1999).
Artan (1987)'ın geliştirdiği modele göre ise giriş akımındaki toplam KOİ, çözünmüş olduğu kabul edilen kolay ayrışabilen organik maddeden (X s), inert çözünmüş organik maddeden ve inert partiküler organik maddeden ibarettir (Xı). Şekil 3.2'de de görüldüğü gibi çıkış akımındaki çözünmüş KOİ'de ayrışabilir ve inert olarak iki kısma ayrılabilir. Çözünmüş inert organik madde de (1) numaralı denklemde görüldüğü gibi atıksudaki çözünmüş inert organik madde (Sı) ile çözünmüş ürünlerin (Sr) toplamına eşittir (Akal 1997, Yonar 1999).
KOİ.e= Ss + Sı + Sr
(8)
Burada; KOİ e , mg/L cinsinden çıkış suyundaki toplam substrat konsantrasyonudur (Akal 1997). Giriş KOİ değeri ve bileşenleri özellikle kuvvetli atıklarda ve endüstriyel deşarjlarda son derece önemlidir ve doğru olarak belirlenmesi gerekir. Bu nedenle, pekçok araştırmacı tarafından girişteki çözünmüş KOİ'nin inert kısmının belirlenmesi için ölçüm yöntemleri geliştirilmiştir (Akal 1997, Yonar 1999). Akal girişteki çözünmüş KOİ'yi saptamak amacıyla toplam çözünmüş KOİ konsantrasyonları 1000 mg/L ile 9300 mg/L arasında değişen kağıt, mezbaha, antibiyotik, tekstil ve süt endüstrileri atıksuları üzerinde çalışmıştır. Bu çalışmalarda kademeli ve karşılaştırmalı yöntemler uygulanmış ve iki yöntemin karşılaştırmalı değerlendirilmesi yapılmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen deneysel sonuçlar Çizelge 4.2' de özetlenmiştir (Akal 1997).
92
Çizelge 4.2. Endüstriyel Atıksuların Kalıcı Çözünmüş KOI’leri (Akal, 1997)
Kategori
Çözünmüş KOI
Kalıcı Çözünmüş
S1/S0
So, mg/l 3340
KOI, S1, mg/l 196
1,059
Mezbaha
1990
110
0,055
Antibiyotik
9300
2500*
0,27
Tekstil
1000
190
0,19
Süt
1570
0
-
Kağıt
(*) Aklimasyon problemlerinden dolayı çok yüksek
Akal ve diğerleri atıksularda çözünmüş inert KOİ içeriğinin belirlenmesi amacı ile deneysel yöntemler geliştirmişlerdir. Çalışmalarında, atıksuların inert çözünmüş KOİ fraksiyonlarının belirlenmesi için önerilen iki farklı metod ile endüstriyel atıksu karakterizasyonuna inert çözünmüş substrat kavramını getirmişlerdir. Kesikli deneylerden elde edilen çözünmüş KOİ profilleri, çözünmüş metabolik ürün oluşumu nedeniyle salınımlar göstermekte ve literatürde belirtilen çözünmüş inert KOİ fraksiyonlarının zamandan bağımsız olarak saptanmasının hatalara yol açacağını göstermektedir. Çünkü, zamanla ölçülen çözünmüş KOİ konsantrasyonları önemli ölçüde değişime uğramaktadır. İzlenen KOİ profillerinde en az iki minimum KOİ değerine ulaşılmaktadır. İlk minimum değeri, çözünmüş metabolik ürün girişimi nedeniyle değişken yapıya sahiptir, atıksuların nihai KOİ değerlerinin, ilk minimum KOİ değerlerinden daha düşük olması, metabolik ürünlerin büyük bir kısmının daha uzun reaksiyon sürelerinde ayrışabilir karakterde olabilecekleri ihtimali ile açıklanabilir. Bu aynı zamanda, kademeli metottan ilk minimum değerlerle bulunan Sı konsantrasyonunun, nihai değerlerle bulunana göre daha yüksek olmasını da açıklar; ilk minimumdan elde dilen Sı değerinin içinde kesikli reaksiyon sürdükçe ayrışabilir nitelik kazanacak olan metabolik ürünlerin bulunabileceğini göstermektedir (Akal 1997).
93
(Akal 1997) inert KOİ'nin tekstil atıksularının biyolojik arıtılabilirlîğine etkilerini incelemiş, üç farklı tekstil atıksuyu üzerinde deneyler yapmıştır. Bu atıksuların karakteristikleri Çizelge 4.3'de verilmiştir (Akal 1997).
Çizelge
4.3.
Arıtılabilirlik
Çalışmasında
Kullanılan
Tekstil
Atıksularının
Karakteristikleri (Akal, 1997) Parametre (mg/l)
Tesis no:1
Tesis no:2
Tesis no:3
(Dokunmuş Kumaş) 1240
(Örgü Kumaş) 885
(Örgü Kumaş) 981
Çözünmüş KOI, STO
1176
800
535
Çözünmüş BOI5
680
422
170
TKN
144
23
40
Toplam P
2,2
16
14
pH
12,2
7,2
7,85
Toplam KOI, CTO
Yukarıdaki çalışmadan şu sonuçları elde etmişlerdir:
1.
Çalışmada incelenen üç tekstil endüstrisi atıksuları için, konsantrasyonları 8817 mg/L arasında değişen çözünmüş inert (Sı) KOİ oluşmaktadır.
2.
Partiküler
inert
KOİ'nin
deneysel
olarak
saptanmasına
yarayan
bir
metod tanımlanmış ve sonuçlar, girişteki partiküler KOİ'nin %16'smın biyolojik olarak ayrışmadığını göstermiştir. 3.
Kalıcı KOİ deneylerinin ve biyolojik arıtılabilirlik çalışmalarının sonuçları arasında uyum bulunmaktadır. Bu da çıkış suyu KOİ'sini düşük organik yüklemelerde bile toplam artık KOİ olarak tanımlanan değerlerin altına düşünülemeyeceğini göstermektedir (Akal, 1997). Eremektar ve arkadaşları (1996) reaktif boya ile jet makinada pamuklu örgü
kumaş boyama işlemlerinden kaynaklanan atıksular üzerinde biyolojik arıtılabilirliği ve
94
inert KOİ'yi incelemişlerdir. İnceledikleri tesiste; kesikli boyama işlemi, kasarlama, boyama, sabunlama ve yumuşatma adımlarından oluşmaktadır. Bu atıksuyun karakteristiği Çizelge 4.4'te verilmiştir (Eremektar ve ark. 1996). Çizelge 4.4. Deneysel Çalışmada Kullanılan Atıksu Karakterizasyonu ve Literatür ile Karşılaştırma (Eremektar ve ark., 1996) Parametre
Atıksu Örneği
Örgü Kumaş Son İşlemler Literatür
Toplam KOI
(mg/l) 2100
Literatür Değeri(Göknil vd.,1984) 340-19000
Çözünmüş KOI
1558
-
62
-
Toplam P
13,6
-
AKM
700
18-2200
Fenol
0,25
0,001-1,7
Sülfür
6
0,02-7,1
10,5
-
TKN
pH
İnert KOİ fraksiyonlarını belirleme amacı doğrultusunda; biri, başlangıç toplam KOİ değeri yaklaşık 1000 mg/L olacak şekilde seyreltilmiş atıksu örneği ile (C TO), diğeri ise, yine aynı seyrelti oranını sağlayacak şekilde ancak filtre edilmiş atıksu (S TO) ile, beslenmiş iki adet kesikli aerobik reaktör kullanılmıştır. Daha önce doldur-boşalt bir sistemde atıksu örneğine aklime edilmiş aktif çamur reaktörlere aşı olarak verilmiştir. Her iki reaktördeki başlangıç biyokütle konsantrasyonu 40 mg/L UAKM'ye ayarlanmış ve tam karışını sistemlere oksijen sağlamak için kullanılan difuzörler yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Reaktörlerde zamana karşı izlenen toplam ve çözünmüş KOİ değerleri düşüş göstermeden, sabit kaldığında deneyin sonuna gelindiği anlaşılmıştır. Çizelge 4.5'de özetlenen deney sonuçları 686 mg/L olan başlangıç çözünmüş KOİ deneyinin, 203 mg/L"inin deney sonucunda ayrışmadan kaldığını göstermektedir. Bu çalışmanın inert KOİ değerleri, oran olarak Çizelge 4.6'da verilmiştir (Eremektar ve ark. 1996).
Çizelge 4.5. İnert KOI Saptama Deney Sonuçları (Eremektar ve ark., 1996)
95
I. Reaktör (atıksu ile
II. Reaktör (süzülmüş atıksu ile
beslenen KOI, mg/l) CT ST
beslenen KOI, mg/l) CT ST
Deney Başlangıcı
994
686
701
681
Deney Sonu
252
203
208
184
Süre, saat
476
476
476
476
Çizelge 4.6. Atıksu Örneğindeki İnert KOI Bileşenlerinin Oranları (Eremektar ve ark., 1996) mg / lKOI mg / lKOI
S1/CT0 0,151
XI/CT0 0,012
CS0/CT0 0,837
SP/CS0 0,064
XP/CS0 0,044
(S1+SP)/CTO 0,204
Sonuç olarak; 2100 mg/L'lik toplam KOİ'ye sahip olan atıksu, kimyasal arıtma uygulanmaksızın biyolojik arıtma çıkışında ancak 428 mg/L'ye düşürülebilmiştir (Eremektar ve ark. 1996). Pınarlı ve arkadaşları (1999) bir tekstil endüstrisi atıksuyunun biyolojik arıtılabilirliğini araştırmış ve mevcut antma tesisinin verimli bir şekilde çalışmasını gerçekleştirmek amacıyla arıtma sisteminin KOİ cinsinden performansını değerlendirmek üzere sistemin çözünmüş kalıcı KOİ'sini tespit etmiştir. Biyolojik arıtma çalışmasında kullanılan atıksuyun özellikleri Çizelge 4.7' de verilmiştir (Pınarlı ve ark. 1999).
96
Çizelge 4.7. Biyolojik Arıtma Çalışmasında Kullanılan Atıksuyun Özellikleri (Pınarlı ve ark. 1999)
Parametre
Konsantrasyon (Ölçülen Değer)
Toplam KOİ (mg/L)
352
Süzülmüş KOİ (mg/L)
326
AKM(mg/L)
5
TKN(mg/L)
9
Toplam P (mg/L)
1,23
pH
9
Pınarlı ve arkadaşları (1999) yukarıdaki çalışmadan şu sonuçları elde etmişlerdir:
1.
Kimyasal arıtmayı takiben gerçekleştirilen biyolojik arıtılabilirlik çalışmalarında KOİ giderim verimi üzerinde yüksek performans elde edilmiş ve toplam KOİ giderim verimi %90-9^5 civarında elde edilmiş olup, arıtılmış suyun kalitesi "Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği" nde söz konusu sektör için belirtilen deşarj kriterlerini sağlamıştır (Pınarlı ve ark. 1999).
2.
Kimyasal çöktürme işleminden geçmiş atıksu üzerinde çözünmüş kalıcı KOİ'yi belirlemek amacıyla karşılaştırmalı yöntem kullanılmış olup, on gün boyunca KOİ değerlerinin değişimleri izlenmiştir. Deneysel çalışmaların sonuçlarına göre ele alınan tekstil endüstrisinin atıksuyunun kalıcı KOİ'si 70 mg/L, çözünmüş mikrobiyal ürün konsantrasyonu ise 18 mg/L olarak belirlenmiştir (Pınarlı ve ark. 1999).
97
Öktem ve arkadaşları (2000) polyester ve süprem kumaş boyama yapan bir tekstil fabrikasının atıksuyuna, konvansiyonel atıksu karakterizasyonu ve biyolojik antılabilirlik uygulamıştır. Biyolojik afıtılabilirlik çalışması kapsamında atıksuların KOİ bileşenleri, kinetik ve stokiyometrik katsayıları belirlenmiştir. Reaktif boya ile polyester kumaş boyama yapan tesisten alınan kompozit numunenin karakterizasyon değerleri ve atıksuyun KOİ bileşenleri sırası ile Çizelge 4.8 ve Çizelge 4.9'da verilmiştir (Öktem ve ark. 2000).
Çizelge 4.8. Tesis'e Ait Atıksu Karakterizasyonu (Öktem ve ark. 2000) Parametre (mg/L)
Tesis çıkışından alınan kompozit numunede bulunan değerler
Toplam KOİ
2400
Süzülmüş KOİ
2050
TKN
44,8
Amonyak
15,5
Toplam P
2,55
AKM
800
UAKM
500
Alkalinite (CaCO3)
1950
Krom (+6)
3
pH
6,6
Çizelge 4.9. Atıksuyun KOİ Bileşenleri (Öktem ve ark. 2000) C T1
ST1
Ssı
Sıı
XSı
Xıı
SSI/CT1 SII/CT1
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L mg/L
2400
2050
318
114
1916
52
0,13
XS1/CT1
XII/CT1
mg/L
mg/L
mg/L
0,04
0,79
0,02
98
Öktem ve arkadaşları (2000) yukarıdaki çalışmadan şu sonuçlan elde etmişlerdir: 1.
Konvansiyonel karakterizasyon sonucunda; toplam ve süzülmüş KOİ değeri sırasıyla 2400 ve 2050 mg/L, azot ve fosfor değeri ise 44,8 mg/L, 2,6 mg/L olarak bulunmuştur (Öktem ve ark. 2000).
2.
Kinetik ve stokiyometrik katsayıların hesabına ait çalışmada sıcaklık (T) 20°C'de, dönüşüm oranı (YH) 0,63 gKOİ/ghücre KOİ, maksimum spesifik çoğalma hızı ( µ H) 3,4 d-1, aktif biyokütlenin içsel solunum hızı (bH) 0,12 d-1 olarak bulunmuştur. Elde edilen bu değerlerin evzel atıksu için elde edilen katsayılarla benzer olduğu görülmüştür (Öktem ve ark. 2000).
3.
KOİ fraksiyonlarını belirleme çalışması sonucunda toplam kalıcı KOİ oranı %6 mertebesinde saptanmıştır, bunun %4'lük kısmı çözünmüş inert maddedir (Öktem ve ark. 2000).
4. Elde edilen bu verilere göre bu atıksuyun biyolojik arıtmaya uygun bir atıksu olduğu kanaatine varılmıştır (Öktem ve ark. 2000). 4.4.1. Çözünmüş kalıcı KOİ tanımı ve özellikleri IAWPRC Çalışma Grubu Modeli yavaş parçalanabilir substrat ile kalıcı KOİ'yi birbirinden ayırmaktadır. Çıkış suyundaki kalıcı KOİ'nin belirlenmesi, biyolojik faaliyete etki etmemesine rağmen, literatür ve metodlarda kabul görmekte ve tavsiye edilmektedir. Çözünmüş ,(SİO) ve partikül (XİO) kalıcı KOİ'leri arasındaki üstünlük aktif çamur prosesinin tam olarak açıklanması için de önemlidir. Biyolojik olarak parçalanamayan partikül KOİ çamurla birlikte uzaklaştırılmakta, biyolojik olarak parçalanamayan çözünmüş KOİ'de deşarj ile birlikte sistemden direkt olarak çıkmaktadır (Artan ve arkadaşları, 1992) (Yonar 1999).
99
Aktif çamur davranışının iyi bir biçimde anlaşılması için teorik olarak yaklaşım sağlanması ve sonuç için Çalışma Grubu Modeli'ndeki çözünmüş kalıcı ürün oluşumuyla bağlantı kurulması gerekmektedir. Bu modifikasyonun detaylı açıklamaları aşağıda verilmiştir. Bu modele göre, atıksudaki çözünmüş KOİ biyolojik olarak ayrışabilir çözünmüş substrat Sr, çözünmüş inert ürünler, SP ve Sİ'den ibarettir. Eğer temas süresi yeteri kadar uzunsa, reaktördeki çözünmüş ayrışabilir substrat KOİ düzeyi tamamen tüketilebilir ve kalıcı KOİ Sr, Sp ve Sı'nin toplamına eşittir (Yonar 1999).
Sr = S
P
+S İ
(9)
Burada, Sr, ayrışabilir çözünmüş substrat, SP, parçalanabilir organik kısım, Sİ, kalıcı kısımdır (Yonar 1999, Yapraklı 1997). Rasyonel olarak çözünmüş kalıcı ürünler burada Sı olarak tanımlanmaktadır. Çözünmüş kalıcı ürünlerin oluşum mekanizmaları büyümeyle veya çürümeyle alakalıdır. Her iki durumda da, Qr = sonsuz değeri için SP'nin çamur bekletme zamanındaki nihai konsantrasyonu, giriş suyundaki biyolojik parçalanabilir KOİ konsantrasyonuyla doğru orantılıdır (Yonar 1999, Yapraklı 1997). SPT = YP * CS0
(10)
Burada; CS0 = SS0 + XS0
(11)
dir. Eğer giriş suyundaki KOİ sadece atıksuyun çözünebilir fraksiyonlarını içeriyorsa, SP biyolojik ayrışabilir KOİ ile orantılıdır; (SS0).
SPS = YP * SS0
(12)
100
Atıksuyun çözünebilir KOİ'si, STo, Sso ve Sjo'ın toplamına eşittir. Çözünmüş kalıcı KOİ konsantrasyonu atıksuda sabittir, Sto = St,
Buradan; SS0 = ST0 – S1
(11) ve (12) denklemleri (8) denkleminde yerine konulursa;
Sr = YP * ST0 + (1 - YP) S1 elde edilir.
(14)
101
5. SONUÇLAR VE YORUMLAR Tekstil endüstrisi, Türkiye'de en hızlı gelişen sanayilerin başında gelmektedir. Bu hızlı gelişim, büyük debilerde ve büyük konsantrasyonlarda kirlilik taşıyan atıksuların arıtma gerekliliğini de beraberinde getirmiştir. Tekstil fabrikalarında üretim aşamalarına göre çeşitli bileşim ve miktarlarda atıksular oluşmaktadır. Bu atıksuların
büyük
kısmı
ağartma,
boyama
ve
yıkama
işlemlerinden
kaynaklanmaktadır. Asit, baz, boya, deterjan, tuz ve kullanılan diğer kimyasallar atıksuda kirlilik yaratan başlıca kirleticilerdir. Bu çalışmada tekstil endüstrisinin tanımı yapılarak tekstil endüstrilerinin genel prosesleri hakkında bilgiler verilmiştir. Bunun yanı sıra tekstil endüstrilerinin sınıflandırılması yapılmış ve bu endüstrilerden kaynaklanan atıksuların kaynak, miktar ve özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir. Kirletici parametreler, deşarj standartları hakkında bilgiler sunulmuştur. Tekstil atksularının arıtım yöntemleri olan mekanik, kimyasal ve biyolojik arıtım hakkında bilgiler verilmiştir. Tekstil endüstrisi atıksularının kimyasal arıtımında genellikle koagülasyon ve flokülasyon işlemlerinde demir, alüminyum gibi +3 değerlikli metaller kullanılır. Koagülasyon ve flokülasyon işlemlerinin amacı; Organik ve inorganik bulanıklığın giderilmesi, renk giderimi, bakteri ve patojen giderimi, alg ve organizmaların giderimi, koku ve tat yapıcı maddelerin giderilmesi, fosfat giderimi, biyolojik oksijen ihtiyacı ve kimyasal oksijen ihtiyacı parametrelerinin giderilmesi, askıda katı madde giderimi, metal giderimidir. Ayrıca tekstil endüstrisi atıksularının anaerobik ve aerobik biyolojik sistemlerle arıtımları hakkında yeterli bilgiler verilmiş olup, biyolojik arıtmada görev alan mikroorganizmaların büyüme kinetikleri monod eşitliği ile açıklanmıştır. Sonuç olarak tekstil endüstrisinden kaynaklanan kirletici parametreler, bu parametrelerin arıtım yöntemleri, deşarj standartları vurgulanarak gerekli bilgiler tezimizde sunulmuştur.
102
6. KAYNAKLAR AKAL, S.K 1990. Aktif Çamurda Çözünmüş Metabolik Ürün Oluşumu Modeli, İ.T.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksel Lisans Tezi, s.85, İstanbul.
AKAL, S.K 1997. Glükozla Beslenen Kesikli Reaktörlerde Organik Yüklemenin Ayrışma Kinetiği ve Kalıcı Ürün Oluşumu Üzerine Etkisi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, s.182, İstanbul.
BAŞER, İ. İNANICI, Y. 1990. Boyarmadde Kimyası, Marmara Üniversitesi Yayını, Yayın No 482, İstanbul.
BAŞER, İ. 1992 Elyaf Bilgisi, M.Ü Yayını No 524, İstanbul
BAŞKAYA, H.S, FORSTER, C.F, STAFFORD, D.A 1995. Treatment Of Industrial Effluents, s. 248
DİKMEN, F. 1998. Tekstil Atıksularında Ozonla Renk Giderimi Üzerine Bir çalışma, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, s.75, İstanbul
EPA, 1997. Profile Of The Textile Industry, U.S Goverment Printing Office Superintendent of Documents, Washington.
EPA,2000. Emergency Planning And Community Right- To- Know Act Section 313 Reporting Guidance For The Textile Processing Industry.
EREMEKTAR, G, GERMİRLİ, F, ÇEKİ, S, TÜNAY, O. 1996. Tekstil Endüstrisi Atıksularında İnert KOİ Örnek Uygulama, İ.T.Ü. 5. Endüstriyel Kirlenme Kontrolü Sempozyumu’96, s. 42-53, İstanbul.
GERMİRLİ,F. 1990. –The ıncremental And Comparison Metods For The Assesment
103
Of Initial Soluble Inert COD, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, s.184, İstanbul
GÖKNİL, H. TORÖZ, İ. ÇİMŞİT, Y. 1984 Endüstriyel Atıksuların Kontrol ve Kısıtlama Esasları Projesi – Tekstil Endüstrisi, İ.T.Ü. Çevre ve Şehircilik Uygulama ve Araştırma Merkezi, s.45, İstanbul.
HANSEN, J. 1997. ‘UNEP Cleaner Production Industrial Sector Guide Textile Industry Provisional Version, DTI.
KANLIOĞLU, B.Ü. 1998. Tekstil Terbiye İşlemleri ve Çevre , U.Ü. Mühendislik – Mimarlık Fakültesi Yayını, Bursa.
KANLIOĞLU, B.Ü. 2000 Pamuklu Tekstil Endüstrisi Atıksularında İyon Çifti Ekstraksiyonu Metodu İle Renk Giderimi, U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü,Yüksek Lisans Tezi, s. 83, Bursa.
KESTİOĞLU, K. 1992. Tekstil Çıkış Sularından Adsorblama Tekniği İle Renk Giderimi, İ.T.Ü. Endüstriyel Kirlenme Sempozyumu, Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü, s. 74-85, Bornova, İzmir.
KESTİOĞLU, K. 2001. Atıksu Arıtımında Biyokimyasal Prosesler , U.Ü Mühendislik-Mimarlık Fakültesi , Çevre Mühendisliği Bölümü, Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı, Yayını, s. 215
KIRDAR,E.1995. Tekstil Atıksularında Renk Giderimi, İ.T.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, s. 116, İstanbul.
LOMAS, M 1993. Textile Wet Processing And The Environment, JSDC, Volume 103.
104
MARANGOZOĞLU, T. 1994. Tekstil Atıksularının Dekolorizasyonu, U.Ü Tekstil Mühendisliği Bölümü Lisans Tezi, s. 78, Bursa.
ÖKTEM, Y.A, SOYHAN, B, BARLAS, H. 2000.Tekstil Boyama Atıksularının Karakterizasyonu ve Arıtabilirliği,2000 GAP Çevre Kongresi, s. 115-124, Şanlıurfa.
ÖZCAN, Y, ULUSOY, E. 1984 Tekstil Elyaf ve Boyama Tekniği, Fatih Yayınevi, İ.Ü, s. 56, İstanbul.
PINARLI, V, AKAL, S.K, YONAR, T. 1999.Tekstil Endüstrisi Atıksuyunda Arıtabilirlik Çalışmaları ve Kalıcı KOİ’nin Belirlenmesi, S.K.K.D, Cilt 9, Sayı 3
ŞENGÜL, F., 1991. Endüstriyel Atıksuların Özellikleri ve Arıtılması, D.E.Ü. Mühendislik – Mimarlık Fakültesi Basım Ünitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, s. 218, İzmir
ŞENGÜL, F., MÜEZZİNOĞLU, A., 1997. Çevre Kimyası, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Basım Ünitesi, s. 308, İzmir
ÜSTÜN, E.G., ÖZCAN, Y., 1998. Farklı Giriş Konsantrasyonlarında Organik Madde Gideriminin Belirlenmesi, U.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, Lisans Tezi, s. 84, Bursa
VARDAR, C., ŞAR, A., 1998. Tekstil Atıksularının Arıtılabilirliğinin İncelenmesi, U.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, Lisans Tezi, s. 89, Bursa
YAKARTEPE, M., 1986. Atık Flottede Boyama Sistemi ve Sağlanan Tasarrufların Boyama Maliyetine Etkisi, 2. Ulusal Tekstil Sempozyumu, s. 118-124, Bursa
YAPRAKLI, B., 1997. Tekstil Endüstrisi Boyama Atıksularının Karakterizasyonu ve
105
Biyolojik Arıtılabilirliği, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, s. 104, İstanbul
YONAR, T., 1996. Düşük F/M Oranlarında Organik Madde Gideriminin Belirlenmesi, U.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, Lisans Tezi, s. 77, Bursa
YONAR, T., 1999. Kağıt Sanayi Atıksularında Çözünmüş Kalıcı Kimyasal Oksijen İhtiyacının Belirlenmesi, U.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, s. 97, Bursa
ZENGİNAY, S., 1996. Yüksek F/M Oranlarında Organik Madde Gideriminin Belirlenmesi, U.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, Lisans Tezi, s. 83, Bursa
106
İÇİNDEKİLER 1. GİRİŞ..................................................................................................................................1 2. TEKSTİL ENDÜSTRİSİ ......................................................................................................2 2.1. Tekstil Endüstrisinin Tanımı..........................................................................................2 2.2. Tekstil Endüstrisi Genel Prosesleri...............................................................................3 2.2.1. Haşıllama...............................................................................................................3 2.2.2. Yıkama ve haşıl giderme........................................................................................4 2.2.3. Ağartma.................................................................................................................4 2.2.4. Merserize etme......................................................................................................5 2.2.5. Boyama..................................................................................................................5 2.2.6. Apreleme................................................................................................................5 2.3. Tekstil Endüstrisinin Sınıflandırılması ..........................................................................5 2.3.1. Yünlü tekstil endüstrisi...........................................................................................5 2.3.2. Pamuklu tekstil endüstrisi.....................................................................................10 2.3.3. Sentetik tekstil endüstrisi......................................................................................16 2.4. Boyar Maddelerin Sınıflandırılması.............................................................................20 2.4.1. Boyarmaddelerin çözünürlüklerine göre sınıflandırılması.....................................21 2.4.1.1. Suda çözünen boyar maddeler......................................................................21 2.4.1.2. Suda çözünmeyen boyar maddeler...............................................................21 2.4.2. Boyar maddelerin boyama özelliklerine göre sınıflandırılması.............................21 2.4.2.1. Bazik (katyonik) boyarmaddeler....................................................................21 2.4.2.2. Asit boyarmaddeler.......................................................................................22 2.4.2.3. Direkt boyarmaddeler...................................................................................22 2.4.2.4. Mordan boyarmaddeler................................................................................22 2.4.2.5. Reaktif boyarmaddeler.................................................................................22 2.4.2.6. Küpe boyarmaddeler.....................................................................................23 2.4.2.7. Dispers boyarmaddeler................................................................................23 2.4.2.8. Sülfür boyalar...............................................................................................23 2.4.2.9. Geliştirilmiş boyarmaddeler..........................................................................23 2.4.2.10. Anilin siyahı.................................................................................................23 2.4.3. Boyar maddelerin kimyasal yapılarına göre sınıflandırılması...............................23 3. TEKSTİL ENDÜSTRİSİ ATIKSULARININ KAYNAK, MİKTAR VE ÖZELLİKLERİ.............26 3.1. Tekstil Endüstrisi Atıksularında Alt Kategorizasyon....................................................31 3.1.1. Yapağı yıkama alt kategorisi ve atıksuları............................................................33 3.1.2. Yünlü kumaş son işlemler alt kategorisi ve atıksuları...........................................34 3.1.3. Az su kullanılan işlemler alt kategorisi ve atıksuları.............................................35 3.1.4. Dokunmuş kumaş son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları..................................36 3.1.5. Örgü kumaş son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları...........................................37 3.1.6. Halı üretimi son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları.............................................39 3.1.7. Stok ve elyaf son işlemleri alt kategorisi ve atıksuları..........................................40 3.2. Genel Olarak Kirletici Parametreler...........................................................................41 3.3. Kirletici Parametrelerin Belirlenmesi...........................................................................48 3.3.1. Kirletici parametre seçim esasları........................................................................48 3.3.2. Tekstil endüstrisi için kirletici parametrelerin seçimi.............................................49 3.3.3. Tekstil endüstrisi için kirletici parametreler...........................................................52 3.3.4. Tekstil endüstrisi için seçilen kirletici parametrelerin özellikleri............................56 3.3.4.a. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı.........................................................................56 3.3.4.b. Kimyasal oksijen ihtiyacı................................................................................57 3.3.4.c. Toplam askıda katı madde............................................................................57 3.3.4.d. Yağ ve gres...................................................................................................57 3.3.4.e. Sülfür.............................................................................................................58 3.3.4.f. Fenolik bileşikler (4AAP )...............................................................................58 3.3.4.g. Krom..............................................................................................................58 3.3.4.h. pH..................................................................................................................59 3.4. Deşarj Standartları...............................................................................................63
107
4. TEKSTİL ATIKSULARININ ARITILMASI ..........................................................................64 4.1. Tekstil Atıksularını Arıtma Yöntemleri.........................................................................64 4.2. Tekstil Atıksularının Arıtılma İmkanları.......................................................................66 4.3. Tekstil Atıksularının Arıtımında Uygulanan Metotlar...................................................66 4.3.1. Mekanik arıtma.....................................................................................................66 4.3.2. Kimyasal arıtma sistemleri...................................................................................69 4.3.3. Tekstil endüstrisi atıksularının arıtılmasında biyolojik arıtmanın önemi ve çözünmüş kalıcı (inert) KOI kavramı..............................................................................79 4.3.3.1. Biyolojik Arıtmanın Prensipleri.......................................................................79 4.3.3.2. Organik Madde Gideriminin Belirlenmesi......................................................80 4.3.3.3. Karbonlu organik maddelerin giderimi.........................................................80 4.4. Aktif Çamur Prosesinde KOİ Kavramı Ve Bölümleri...................................................88 4.4.1. Çözünmüş kalıcı KOİ tanımı ve özellikleri..........................................................98 5. SONUÇLAR VE YORUMLAR.........................................................................................101 Tekstil endüstrisi, Türkiye'de en hızlı gelişen sanayilerin başında gelmektedir. Bu hızlı gelişim, büyük debilerde ve büyük konsantrasyonlarda kirlilik taşıyan atıksuların arıtma gerekliliğini de beraberinde getirmiştir. Tekstil fabrikalarında üretim aşamalarına göre çeşitli bileşim ve miktarlarda atıksular oluşmaktadır. Bu atıksuların büyük kısmı ağartma, boyama ve yıkama işlemlerinden kaynaklanmaktadır. Asit, baz, boya, deterjan, tuz ve kullanılan diğer kimyasallar atıksuda kirlilik yaratan başlıca kirleticilerdir. ...................................................101 6. KAYNAKLAR...................................................................................................................102
