Tekstil Atık Suyunda Kimyasal Yöntemle Renk Giderimi. Color Removal from Textile Waste Water with Chemical Method

Transkript

1 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 5, No: 1, 2011 (48-53) Electronic Journal of Textile Technologies Vol:5, No: 1, 2011 (48-53) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: (Hakem Onaylı Makale) (Article) Tekstil Atık Suyunda Kimyasal Yöntemle Renk Giderimi Aziz Şencan * SDÜ Müh. Mim.Fak., Çevre Müh. Böl., Isparta/TÜRKİYE a.sencan@hotmail.com Özet Bu çalışma kapsamında Isparta da faaliyet gösteren ve akrilik yün elyaf boyaması yapan bir tekstil firmasının atık suyunda kimyasal yöntemle renk giderimi çalışılmıştır. Bu amaçla kuvvetli indirgen ve yükseltgen maddeler kullanılmıştır. İndirgen madde olarak sodyum hidrosülfit, yükseltgen madde olarak ise sodyum hipoklorit, kalsiyum hipoklorit ve hidrojen peroksit kullanılmıştır. Farklı konsantrasyonlarda kimyasal eklendikten sonra farklı zamanlarda Hach DR 5000 UV-Vıs spektrometresi ile Pt-Co birimine göre ölçümler yapılmıştır. Her bir madde için elde edilen veriler madde konsantrasyonu ve zamana göre tablo haline getirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Tekstil atık suyu, kimyasal, renk giderimi. Color Removal from Textile Waste Water with Chemical Method Abstract In this study, we study chemically color removal of textile wastewater which obtained from an acrylic - wool dyeing textile factory engaged in Isparta. Strong reducing and oxidizing agents are used for this purpose. Sodium hydrosulfite was used as reducing agent and sodium hypochlorite, calcium hypochlorite and hydrogen peroxide was used as the oxidizing substance. After adding different concentrations of chemicals measurements were made with Hach DR 5000 UV-V is spectrophotometer according to Pt-Co unit at different times. The data obtained from each agent turned into a table according to chemical concentration and time. Keywords: Textile wastewater, chemical, color removal. Bu makaleye atıf yapmak için Şencan, A., Tekstil Atık Suyunda Kimyasal Yöntemle Renk Giderimi, Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2011, 5(1)48-53 How to cite this article Sencan, A., Color Removal from Textile Waste Water with Chemical Method, Electronic Journal of Textile Technologies, 2011,5(1)48-53

2 Şencan, A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) GİRİŞ Tekstil atık suları yüksek oranda organik ve inorganik kirleticiler içerirler. Bu kirleticiler içerisinde en tehlikelisi olmasa da insanları en rahatsız edeni boyarmaddelerden gelen kirliliktir. Renkli bir atık suyun doğal ortama salınması, renkli suyu görenler üzerinde zehirli bir maddenin suya karıştığı etkisini uyandırmaktadır. Oysaki çok daha fazla zehirli madde içeren tarımsal ilaçlar ya da endüstriyel atıklar doğal ortama karışmakta ama gözle görülebilir olmadığından insanlar üzerinde korku ya da endişeye neden olmamaktadırlar. Bu nedenle bu estetik olmayan kirleticinin giderilmesi, içerisine yeni kimyasallar eklenerek yapılsa da psikolojik olarak büyük önem taşımaktadır. Tabi ki boyarmaddeler tamamen masum kirleticiler değildirler. Alıcı sulara verilen renkli atık sular su ortamındaki ışık geçirgenliğini azaltır ve fotosentetik aktiviteyi olumsuz yönde etkiler. Ayrıca boyarmaddelerin bazı sucul organizmalarda birikmesi toksik ve kanserojenik ürünlerin meydana gelme riskini de beraberinde getirmektedir. Bu bağlamda boyar madde içeren tekstil endüstrisi atık sularının renk giderim prosesleri ekolojik açıdan önem kazanmaktadır [2]. Boyalı atık sular boyama yapılan elyaf türüne göre farklılık gösterirler. Pamuk elyafı boyayan boyahanelerin atık suyunda çok yoğun boyarmadde bulunur. Çünkü reaktif boyarmaddelerin yaklaşık % 70 kadarı elyafa bağlanırken yaklaşık %30 luk kısmı hidroliz olarak elyafa bağlanamaz ve dışarı atılır. Oysa akrilik elyaf boyacılığında kullanılan bazik boyarmaddeler neredeyse %100 oranında akrilik elyafına bağlanırlar. Yün boyacılığında da boyarmaddenin büyük kısmı yün liflerine bağlanırlar. Fakat yine de her iki boyacılıkta da bir miktar boyarmadde, boya banyosundan atık olarak çıkarken bir kısım boyarmadde de makinenin çeşitli parçalarının yıkanması sonucu atık suya karışır. Renk giderimi yaptığımız atık su akrilik yün boyaması yapan bir tesisten alındığı için pamuk boyahanelerinin atık sularına göre daha az boyarmadde içermektedir. Su ve endüstriyel atık sulardan renk giderimi üzerine yapılmış ve yapılmakta olan birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar çoğunlukla kimyasal çöktürme, kimyasal oksidasyon ve adsorpsiyon ile renk giderimi üzerinde yoğunlaşmıştır. Ayrıca, literatürde, biyolojik arıtma esnasında renk giderimi konusunda yapılmış çalışmalar mevcuttur. Biyolojik arıtmadaki sınırlı renk giderimi temel olarak yumaklaştırma ve aktif çamurdaki askıda katı maddelere adsorpsiyon ile gerçekleşir [1]. Bu çalışmada sodyum hipoklorit, hidrojen peroksit, kalsiyum hipoklorit ve sodyum hidrosülfitin tekstil atık suyunda renk giderme ajanı kullanım olanakları ve performansları araştırtmıştır Sodyum hipoklorit ile renk giderimi Sodyum hipoklorit (NaOCl) Sodyum hipoklorit in (NaOCl) toz, granül ve sıvı olmak üzere üç şekli bulunmaktadır. Sıvı sodyum hipoklorit belli miktarlarda alınarak bilinen çamaşır suyu elde edilir. Sodyum hipokloritin en önemli maddesi klordur. ph a bağlı olarak sulu ortamda farklı bileşenlere ayrışır. Buna göre ph 5 in üzerinde çözeltide hipoklorik asit (HOCl) ve hipoklor iyonları (OCl) baskınken ph 5 in altında Cl 2 ve suya dönüşmektedir. 1.2.Kalsiyum hipoklorit ile renk giderimi Kalsiyum hipoklorit (Ca(ClO) 2 ) beyaz ya da hafif grimsi renkte toz halinde %65-70 aktif klor içeren bir bileşiktir. Molekül kütlesi 142,98 g/mol olan kalsiyum hipokloritin öz kütlesi 2,35 g/cm 3 tür. 20 o C de suda çözünürlüğü 217,6 g/l dir [4]. Kuru kalsiyum hipoklorit suda çözündüğü zaman 1 mol kalsiyum hipoklorit 2 mol hipokloröz asit oluşturmaktadır. Ca(OCl) 2 + H 2 O 2 HOCl + Ca 2+ + OH Bu denklemin dengesi çözeltinin ph değerine bağlı olarak değişmektedir. ph 8 civarında kalsiyum hipoklorit çözeltideki baskın türdür, fakat ph 5-6,5 arasına düştüğü zaman hipoklorit iyonu baskın tür 49

3 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) Tekstil Atık Suyunda Kimyasal Yöntemle Renk Giderimi haline gelmektedir. ph 2,5 in altında ise serbest klor gazı çıkışı gözlenir [5]. Kalsiyum klorür asitler ile hızlı ekzotermik reaksiyon vermektedir. Ca(OCl) 2 HOCl HCl CaCl HOCl HCl H 2 O Cl 2 Kalsiyum hipokloritin oksitleme gücü hipokloröz asitten gelmektedir. Dolayısıyla çözeltideki hipokloröz asit oluşumunu sağlayacak uygun ph şartları oksitleme etkisini de arttırmaktadır [3]. 1.3.Hidrojenperoksit ile renk giderimi Hidrojen peroksit 1818 yılında baryum peroksitin nitrik asit ile reaksiyona sokulmasıyla Louis Jacques Thénard tarafından izole edilmiştir. Hidrojen peroksit (H 2 O 2 ) saf halde hafif mavimsi berrak sıvı formda bulunurken, suda çözüldüğünde renksizdir. Molekül kütlesi 34,01 g/mol, öz kütlesi ise 25 o C de 1,4425 g/cm 3 tür. İlk önceleri peroksitin ağartma etkisinin bozunmasıyla ortaya çıkan oksijen gazı olduğu düşünülürken, bu fikrin doğru olmadığı daha sonraları anlaşıldı. Hidrojen peroksitin ağartma etkisi, özellikle ph değerine bağlı olarak bozunması ve hidrojen ve perhidroksil iyonu (HO - 2 ) meydana getirmesine dayanmaktadır. Daha sonra bu perhidroksil iyonu tekrar bir hidrojen peroksit molekülü ile reaksiyona girerek süperoksit radikal anyonun meydana getirmektedir [5]. Bu anyonda son derece toksiktir. - OH H 2 O 2 H HO HO 2 + H 2 O 2 OH + O 2 + O Hidrojen peorksit asidik şartlarda kararlı bir bileşiktir. Bozunmanın başlaması için alkali ya da ısı gereklidir. Alkali ilavesi ile birlikte perhidroksil iyonu oluşumu başlamaktadır. Perhidroksil iyonu (HOO - 2 ) sulu çözeltide zayıf dibazik asit gibi davranır. Yukarıdaki reaksiyonda da görüldüğü gibi hidrojen peroksit bozunması sonucu perhidroksil iyonunun yanı sıra birde proton meydana gelmektedir. Bu protonun nötrlenmesi, perhidroksil dengeyi perhidroksil iyonu oluşumu yönünde bozar. Bu nedenle NaOH gibi bazlar hidrojen peroksiti aktive ederler. Fakat bununla birlikte yüksek ph değerlerinde perhidroksil iyonu oluşumu çok hızlıdır ve bu olay hidrojen peroksitin su ve serbest oksijen vermek üzere parçalanmasıyla sonuçlanır [3]. 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 Yapılan çalışmada hidrojen peroksitin asidik ve bazik ortamda renk giderim etkilerini deneysel olarak gözlemlemek için her iki ph aralığında da tekstil atık suyu için renk giderme denemeleri gerçekleştirilmiştir. 1.4.Sodyum ditiyonit ile renk giderimi Sodyum ditiyonitin genel formülü Na 2 S 2 O 4 tür. Genel olarak hidrosülfit adı ile bilinir. Molekül ağırlığı 174,4 g/mol dür. Beyaz kristal toz yapısında, hafif kükürt kokulu bir bileşiktir. Çalışmada kullanılan diğer bileşikler güçlü yükseltgen maddeler olmasına karşın hidrosülfit güçlü bir indirgen ajandır. Sodyum ditiyonit diazo bağı içeren bileşiklerdeki azot bağlarını kolaylıkla indirger ve azotlar arasındaki bağı parçalar. Böylece yapının her iki tarafında primer amin grupları oluşur. Birçok boyarmadde yapısında diazo bağları içerirler. Bu nedenle hidrosülfit tekstil atık suyunda renk giderimi için uygun bir ajan olabilir.. H 2 50

4 Şencan, A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) MALZEME ve METOT 2.1. Materyal Çalışmada akrilik ve yün liflerinin boyamasını yapan tesisin atık su havuzundan alınan boyalı su renk giderimi deneylerinde kullanılmıştır. Atık suyun ilk ph ı 6.04 tür. Sodyum hipoklorit endüstriyel %25 lik sodyum hipoklorittir. Yine çalışmada kullanılan hidroje peroksit %20 lik endüstriyel H 2 O 2 dir. Kalsiyum hipoklorit (Ca(ClO) 2 ) endüstriyel tip olup %65 aktif klor içermektedir. Sodyum ditiyonit yine endüstriyel BASF üretimi %90 lık üründür Metot Renk giderimi deneyleri Hach DR 5000 UV-Vıs spektrometresinin tüpleri içerisinde yapılmıştır. Atık su içeren tüpün içerisine katı kimyasallardan mg/l sıvı olanlardan ml/l eklenmiş ve anlık, 1 dakika, 5 dakika ve 10 dakikada ki renk ölçümleri yapılmıştır. Renk ölçümleri Hach DR 5000 UV-Vıs spektrometresinde 465 nm de Platin-Kobalt birimine göre yapılmıştır. Hidrojen peroksit bazik ortamda daha aktif olduğundan H 2 O 2 için deneyler ph 11 de de yapılmıştır. Diğer bileşenler için herhangi bir ph ayarlaması yapılmamış, atık suyun içerisine direk eklenmişlerdir. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ve TARTISMA Sodyum hipoklorit, kalsiyum hipoklorit, hidrojen peroksit ve sodyum ditiyonit bileşikleri ile yapılan renk giderme işlemlerinden sonra atık suyun rengi Pt-Co birimine göre tesbit edilmiştir. 4 farklı renk açıcı kimyasal ile 60 ölçüm yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar tablolar halinde aşağıda verilmiştir. Tablo 1. 1 gr/l hidrosülfit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 610 Pt-Co birimi 560 Pt-Co birimi 521 Pt-Co birimi 514 Pt-Co birimi Tablo 2. 3 gr/l hidrosülfit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 614 Pt-Co birimi 565 Pt-Co birimi 460 Pt-Co birimi 435 Pt-Co birimi Tablo 3. 5 gr/l hidrosülfit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 612 Pt-Co birimi 558 Pt-Co birimi 458 Pt-Co birimi 432 Pt-Co birimi Tablo 4. 1 ml/l hidrojenperoksit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 950 Pt-Co birimi 950 Pt-Co birimi 948 Pt-Co birimi 945 Pt-Co birimi Başlangıç: 973 n Pt-Co birimi ph: 6,04 Tablo 5. 3 ml/l hidrojenperoksit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 963 Pt-Co birimi 931 Pt-Co birimi 929 Pt-Co birimi 929 Pt-Co birimi 51

5 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) Tekstil Atık Suyunda Kimyasal Yöntemle Renk Giderimi Tablo 6. 5 ml/l hidrojenperoksit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 905 Pt-Co birimi 905 Pt-Co birimi 898 Pt-Co birimi 898 Pt-Co birimi Tablo 7. 1 gr/l kalsiyum hipoklorit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderimi verileri 827 Pt-Co birimi 792 Pt-Co birimi 744 Pt-Co birimi 699 Pt-Co birimi Tablo 8. 3 gr/l kalsiyum hipoklorit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderimi verileri 834 Pt-Co birimi 755 Pt-Co birimi 662 Pt-Co birimi 611 Pt-Co birimi Tablo 9. 5 gr/l kalsiyum hipoklorit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderimi verileri 842 Pt-Co birimi 749 Pt-Co birimi 619 Pt-Co birimi 554 Pt-Co birimi Tablo ml/l sodyum hipoklorit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri O dakika 1 dakika 5 dakika 10 dakika 871 Pt-Co birimi 828 Pt-Co birimi 776 Pt-Co birimi 758 Pt-Co birimi Başlangıç: 1015 Pt-Co birimi ph: 6,04 Tablo ml/l sodyum hipoklorit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri O dakika 1 dakika 5 dakika 10 dakika 805 Pt-Co birimi 693 Pt-Co birimi 578 Pt-Co birimi 499 Pt-Co birimi Başlangıç: 1008 Pt-Co birimi ph: 6,04 Tablo ml/l sodyum hipoklorit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 787 Pt-Co birimi 684 Pt-Co birimi 539 Pt-Co birimi 480 Pt-Co birimi Başlangıç: 981 Pt-Co birimi ph: 6,04 Tablo ml/l hidrojenperoksit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 980 Pt-Co birimi 980 Pt-Co birimi 969 Pt-Co birimi 958 Pt-Co birimi Başlangıç: 980 Pt-Co birimi ph: 11 Tablo ml/l hidrojenperoksit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 938 Pt-Co birimi 938 Pt-Co birimi 925 Pt-Co birimi 925 Pt-Co birimi Başlangıç: 938 Pt-Co birimi ph: 11 Tablo ml/l hidrojenperoksit kullanarak tekstil atık suyundan renk giderim verileri 890 Pt-Co birimi 890 Pt-Co birimi 876 Pt-Co birimi 876 Pt-Co birimi Başlangıç: 980 Pt-Co birimi ph: 11 52

6 Şencan, A. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) SONUÇ VE ÖNERİLER Yukarıdaki tablolar incelendiğinde hidrosülfit ile yapılan renk giderme işleminin oldukça verimli olduğu görülmektedir. Her üç konsantrasyon içinde anlık renk giderimi birbirine yakındır. Bu da sürekli akışkan sistemler için sadece 1 g/l ile renk gideriminin gerçekleşebileceği anlamına gelir. 3 ve 5 g/l konsantrasyonlar içinde 5 ve 10 dakika sonundaki renk giderimi hemen hemen aynıdır. Bu da 3 g/l nin beklemeli sistemler için yeterli olduğu anlamına gelir. Hidrojenperoksit ile renk giderimi tabloları incelendiği zaman fazla bir renk giderimi gerçekleşmediği gözlenmektedir. Bunun nedeni kullanılan H 2 O 2 miktarının yetersiz gelmesidir. Tablolardan da açıkça görüldüğü gibi peroksit miktarı arttıkça atık suyun rengi daha da açılmaktadır. Literatürde fenton reaktifi ile yapılan denemelerde 50 g/l gibi yüksek miktarlarda hidrojenperoksit kullanılmaktadır. Ama bu miktarda kimyasal kullanımı maliyet açısından çok kullanışlı olmaz. Beklendiği gibi bazik ortamda gerçekleştirilen renk giderim denemeleri asidik ortamdakine göre daha verimlidir. Bunun nedeni NaOH in hidrojenperoksiti aktive etmesidir. Kalsiyum hipoklorit ile yapılan renk giderim denemelerinde anlık renk giderme miktarları çok yüksek değildir. Fakat süre uzadıkça renk giderim miktarı artmaktadır. Aynı zamanda artan konsantrasyonla birlikte de renk gideriminin arttığı görülmektedir. Bu nedenle daha yüksek konsantrasyonlarda denenebilir. Beklemeli sistemler için kalsiyum hipoklorit uygun bir renk giderim ajanı olabilir. Sodyum hipoklorit ile yapılan renk giderim tabloları incelendiğinde 1 ml/l hipoklorit kullanımın yetersiz olduğu söylenebilir. Buna rağmen bu konsantrasyonda bile renk giderimi hidrojen peroksitten oldukça yüksektir. 3 ve 5 ml/l hipoklorit kullanıldığında elde edilen sonuçlar birbirine yakındır. Bu nedenle bu aralıktaki konsantrasyonlarda hipoklorit kullanımı renk giderimi için yeterlidir. Tüm bu ajanlar birbirleri ile kıyaslandığında genelde renk giderimi için kullanılan yükseltgen ajanların aksine, indirgen bir kimyasal olan sodyum ditiyonit en iyi sonucu vermektedir. Hem anlık renk giderimi hem de 1, 5 ve 10 dakika sonundaki renk giderim miktarları diğer yükseltgen kimyasallardan daha yüksektir. Hidrosülfitten sonra en verimli renk giderme ajanı sodyum hipoklorittir. 3 ve 5 ml/l konsantrasyonlarda anlık renk giderimi yüksek olmasa da 10 dakika sonunda yüksek renk giderme kapasitesine sahiptir. 6. KAYNAKLAR 1. Ölmez, T., Kabdaşlı, I., Tünay, O, 2003, Tekstil endüstrisi reaktif boya banyolarında ozon ile renk giderimine etki eden aktörlerin belirlenmesi, Su Kirlenmesi Kontrolü Dergisi, Cilt 13, Sayı 1, Kocaer, O, F., Alkan, U., 2002, Boyar madde içeren tekstil atık sularının arıtım alternatifleri, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 7, Sayı 1 3. Karaboyacı, M., Uğur Ş, S., 2010, Akrilik Liflerinin Ağartılması için Alternatif Yöntem Araştırması, Electronic Journal of Textile Technologies, Vol: 4, No: 3, Clifford, G., 2010, White's Handbook of Chlorination and Alternative Disinfectants, 5th Edition, Black & Veatch Corporation, ISBN: , Choudhury, A.K.R., 2006, Textile Preparation and Dyeing, Science Puplishers, Enflield NH, USA, ISBN