TEKSTİL VE METAL SANAYİ ARITMA ÇAMURLARININ SUSUZLAŞTIRMA İŞLEMLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 TEKSTİL VE METAL SANAYİ ARITMA ÇAMURLARININ SUSUZLAŞTIRMA İŞLEMLERİNİN İNCELENMESİ Canan BAKKAL a, Hacer Elif ÖZÇELİK b, Dilek CANTÜRK c, Erdal KARADURMUŞ d a Hitit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,4. Sınıf Öğrencisi,Çorum, cananbakkal@hotmail.com b Hitit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, YüksekLisans Öğrencisi, Çorum, h.e.ozcelik@hotmail.com c Hitit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,Lisans Mezunu,Çorum, dilek_canturk@hotmail.com d Hitit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,Öğretim Üyesi,Çorum, erdalkaradurmus@hitit.edu.tr ÖZET Günümüzde gelişmekte olan sanayi ve artan insan nüfusu ile birlikte atık su çamurları büyük problemlere sebep olmaktadır. Atık suların biyolojik artımı sonucu ortaya çıkan atık su çamurlarının çevreye zarar vermeden ekonomik ve ekolojik biçimde giderilmesi ve değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada kimyasal arıtma sistemlerine dayalı endüstriyel atıksu arıtma tesislerine ait arıtma çamurlarının laboratuar şartlarında nem yüzdesi, kuruma süresi, kimyasal şartlandırılması ve susuzlaştırılması araştırılmıştır. Bunun için, metal kaplama ve tekstil sektörlerine ait atıksu arıtma tesislerinin yoğunlaştırma havuzlarından alınan sulu çamur numunelerinde susuzlaştırma işlemi yapılmıştır. Bunun için nem yüzdesi ve buna bağlı kurutma süresi tespit edilmiş, kuruma süresini düşürebilecek anyonik ve katyonik polielektrolit, NaOH ve kağıt gibi malzemeler denenmiştir. Çalışma sonucunda genel olarak kohezyon azaltıcı materyal olarak kullanılan kağıtın ve NaOH çözeltilerinin kuruma hızının daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Ham çamur ve katkı maddelerinin ortalama miktarları referans alındığında; metal ve tekstil çamur numunelerinde, polielektrolitte yaklaşık % 32, NaOH ta % 43, kağıtta ise; % 42 verim sağlandığı gözlenmiştir. Ayrıca ilave edilen kimyasallarla oluşan koku sorunun da azaldığı gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Endüstriyel Arıtma Çamuru, Susuzlaştırma, Şartlandırma, NemYüzdesi. GİRİŞ Su ve atıksu arıtma işlemlerinin hemen hepsi bir tür atık oluşturur. arıtma işlemlerinin oluşturduğu bu atıkların arasında miktar ve uzaklaştırılma zorluğu açısından en önemlisi arıtma çamurlarıdır. Arıtma çamuru; atıksu arıtımı sonucu oluşan sıvı ya da yarı katı halde, kokulu, uygulanan arıtma işlemine bağlı olarak ağırlıkça % 0,25 ile % 12 katı madde (KM) içeren atıklar olarak isimlendirilir [1]. Arıtma çamuru atıksu arıtma tesislerinin, atıksuyun içerisinde çözünmüş veya askıda bulunan maddeleri arıtarak meydana getirdiği çamur tabakasıdır. Bu çamur tabakasının önemli bir kısmını atıksuyun içerisinde bulunan ayrılabilir katılar oluşturmaktadır, geriye kalan kısım ise biyolojik arıtma sonucunda oluşmaktadır. Arıtma işlemi sonucunda ortaya çıkan çamur tabakasının, insanlara ve çevreye verdiği değişik zararlar bulunmaktadır. İçerdiği organik maddeler, mikroorganizmaların çoğalmasına fırsat tanır. Bu mikroorganizmalar değişik hastalıklara neden olacağından mutlaka bu çamurun depolama alanlarına taşınması gerekmektedir. Fakat hiçbir işleme tabi tutulmamış çamurun taşınması ve depolanması, KM oranının çok düşük olmasından dolayı pek akılcı bir yaklaşım değildir.

2 2500 kg % 4 KM İçeren Çamur 25 m kg 1050 kg 500 kg % 25 KM İçeren Susuzlaştırılmış Çamur % 95 KM İçeren Kurutulmuş Çamur Yakma Sonucu Oluşan Kül Granülleri 4 m 3 1,75 m 3 0,85 m 3 Tablo 1: 1 Ton KM içeren atık çamurun farklı işlem düzeylerindeki miktarları Bugün Avrupa ülkelerinde atıksu arıtma çamurlarının 1/3 ü tarımsal faaliyetlerde gübre olarak kullanılmakta, diğer 2/3 lük kısmı ise yakılmakta veya atık olarak depolanmaktadır [2]. Çamurun toplam katı miktarı taşıma ve depolama çeşidini, kapasitesini ve maliyetini belirler. Yüksek katı içeriğine sahip çamurun taşıma masrafı, düşük katı içeriğine sahip olandan daha düşüktür. Çamurun katı maddesinin uçucu bileşenleri ise çamurun uygulama alanında yaratacağı potansiyel koku problemlerini belirlemede önemli bir etkendir ve bu bileşenler alkali stabilizasyon ve kompostlama gibi işlemlerle azaltılabilir. Çamurun ph ı toprağın ph ını değiştirerek metallerin toprak ve bitkiler tarafından alınmasını etkilediğinden ürünler üzerinde etkilidir. Çamurun yüksek miktarda organik madde içermesi ise uygulandığı toprağın su geçirgenliği ve su tutma kapasitesi gibi bazı fiziksel özelliklerini iyileştirmede yararlıdır [2]. Atık suların arıtılması sonucu oluşan çamurların doğrudan veya belirli işlemler sonunda kurutma yataklarına verilerek susuzlaştırılması mümkündür. Ancak bu işlem için gerekli arazi çoğu hallerde temin edilemez veya ekonomik değildir. Bu nedenle çamurların uzaklaştırılmasında çamur hacminin azaltılması öncelikli sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Bu sorunu gidermek amacıyla çamura susuzlaştırma işlemi uygulanır. Çamur susuzlaştırma işlemi; çamurun içerdiği büyük orandaki suyun (~% 99) çamurdan ayrılması işlemidir. Çamurun susuzlaştırılmasıyla, sıvı yerine katı madde özelliklerine sahip bir çamur elde edilir ve susuzlaştırma sonrasındaki arıtma ve bertaraf maliyetleri azaltılır [3]. Çamurun susuzlaştırılmasını kolaylaştırmak ve susuzlaştırma işlemi sonunda yüksek katı madde içeriğine sahip son ürün elde etmek amacıyla çamurun içindeki katı maddeleri yumaklar halinde bir araya getirme işlemine çamur şartlandırma işlemi denmektedir [4]. Arıtma çamurlarının kurutulmasında termal metotlar ısı uygulayarak çamurdan suyu uzaklaştırırlar. Termal kurutma, çamurun nem içeriğini mekanik su giderme yöntemleriyle elde edilenin çok altına düşürür. Termal kurutmanın avantajları; düşük taşıma masrafları, patojenlerin azaltılması ve kurutulmuş çamurun daha iyi depolama ve pazarlama imkanları vermesidir. Termal olarak kurutulmuş çamur gübre ya da toprak iyileştiricisi olarak kolayca pazarlanabilmekte ve depolama ve insinerasyonda da kabul görmektedir. Termal kurutma metotları kontakt ve konveksiyon kurutma prosesleri olarak ikiye ayrılır. Kontakt kurutma prosesinde ısı dolaylı olarak ısıtılan yüzey üzerinden çamura aktarılırken konveksiyon kurutma prosesinde partiküllere doğrudan verilir. Gerek evsel gerekse endüstriyel ve karışık (evsel + endüstriyel) atık su arıtma tesislerinden açığa çıkan arıtma çamurları, açıklandığı gibi depolama ve uzaklaştırma problemlerine sebep olmaktadır. Şu anda ülkemizde belediyeler tarafından çalıştırılan ve toplam nüfusun ancak yaklaşık % 15'ine karşılık gelen evsel atık su arıtma tesislerinde her yıl yaklaşık 500 bin ton arıtma çamuru açığa çıkmaktadır. İmalat sanayisinde de açığa çıkan çok miktarda arıtma çamuru da düşünüldüğünde, bunların depolanmasındaki sorunun da ne kadar büyük olduğu tahmin edilebilir. Arıtma çamurlarının depolanması veya kullanılması konusunda ve çevreye verdiği zararların önüne geçilebilmesi için değişik giderme metotları kullanılmalı, yeni teknolojiler geliştirilmelidir.

3 DENEYSEL ÇALIŞMA Yapılan çalışmada, İstanbul Avrupa Yakası nda bulunan tekstil firmasının penye yıkama ve kot yıkama üniteleri ve yine aynı bölgede bulunan metal firmasının; alüminyum kaplama, çinko-nikel kaplama ve krom kaplama ünitelerinin kimyasal arıtma tesislerinden çamur numuneleri alınmıştır. Alınan bu çamurların susuzlaştırılması incelenmiş ve bunların yanında aynı sektörlere ait arıtma tesisleri atıksu girişlerinden alınan örneklerde fiziksel ve kimyasal analizler yapılmıştır. Bu çalışmada amaç, arıtma tesisi atık çamurunun susuzlaştırma süresinin azaltılmasıdır. Susuzlaştırma işlemi için; anyonik ve katyonik polielektrolit, NaOH, kağıt kullanılmıştır. Deneysel çalışmada, çamurların nem miktarlarını ve buna bağlı olarak kuruma sürelerini belirlemek için, Precisa XM 60 Nem Tayin Cihazı kullanılmıştır. 108 C de yaklaşık 4,00 g sulu çamur numunesi üzerinden nem yüzdeleri, kuruma süresince her dakika kaydedilerek incelenmiştir. Çalışmada öncelikle hiçbir katkı maddesi kullanılmadan ham çamurların kuruma süresi incelenmiş, ardından suyun oluşturduğu yüzey gerilimini azaltmak amacıyla kohezyon azaltıcı materyal olarak süzgeç kâğıdı kullanılmıştır. Polielektrolit ile olan denemelerde ise; anyonik ve katyonik polielektrolit atıksu arıtma tesislerinde baz alınan dozaj referans alınarak farklı oranlarda kullanılmıştır. Bu amaçla; 2 lik (m/v) olarak hazırlanan anyonik ve katyonik polielektrolit çözeltilerinden 4 gramlık çamur numunelerine 0,2 ml ve 2 ml olmak üzere 2 farklı hacimde ekleme yapılmıştır. NaOH kullanımında ise; NaOH katı halde kullanıldığında aşırı derecede gaz çıkışı oluştuğundan sulu çözelti halinde kullanılmasının hem ekonomik hem de sağlık açısından iyi olacağı gözlemlenmiştir. NaOH in %1 (m/m) ve %10 (m/m) luk çözeltileri hazırlanarak 4 gramlık çamur numunelerine 0,2 ml ekleme yapılmıştır. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Çalışmada; çeşitli oranlarda katkı maddeleri kullanılarak sulu çamur numunelerinin susuzlaştırılması amacıyla kuruma süreleri belirlenmiştir. Kullanılan kohezyon azaltıcı materyal ve NaOH çözeltilerinde Şekil-1 ve Şekil-2 de görüldüğü gibi kuruma hızının en yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Su molekülleri arasındaki çekmeden oluşan kohezyon kuvvetlerini azaltmak amacıyla kullanılan kağıdın hem tekstil hem de metal çamurlarında kuruma süresini kısalttığı gözlemlenmiştir. Sulu çamurların içerdiği katı maddelerin yumaklar haline getirilerek neminden daha kolay kurtarılması için kullanılan polielektrolit ilavelerinde; tekstil çamurları için anyonik polielektrolit miktarının azalması, katyonik polielektrolit miktarının artmasının kuruma süresini kısalttığı; metal çamurlarında ise, anyonik ve katyonik polielektrolit miktarlarının azalmasının kuruma süresini arttırdığı gözlemlenmiştir. Nem tutucu özelliğe sahip NaOH çözeltisi kullanıldığında ise; NaOH miktarının azaltılması ile tekstil çamurlarında kuruma süresinin arttığı, metal çamurlarında ise, kuruma süresinin azaldığı gözlemlenmiştir.

4 Şekil 1: Tekstil Çamurları Zaman-Nem Değişim Grafiği Şekil 2: Metal Çamuru Zaman-Nem Değişim Grafiği

5 Ham çamur ve katkı maddelerinin ortalama miktarlarının kuruma süresi referans alındığında; metal sektörü çamuru numunelerinde kağıtta % 36, polielektrolitte % 33, NaOH ta % 39 tekstil sektörü numunelerinde ise; kağıtta % 49, polielektrolitte % 31, NaOH ta ise % 47 verim sağlandığı gözlenmiştir. Çalışmamızda, sulu çamur numuneleri ile aynı sektördeki atıksu arıtma tesisine giren atıksu numunelerinin analiz sonuçlarına bakıldığında çalışılan metal sektörü numunelerinin askıda katı maddesi (AKM) Tablo-2 de de görüldüğü gibi düşük olduğundan, içerdiği katı madde miktarı az, buna bağlı olarak da kuruma süresi Şekil-3 te de görüldüğü gibi daha uzundur. Tekstil sektöründe ise metal sektörünün aksine; AKM miktarının Tablo-2 de görüldüğü gibi fazla olduğu buna bağlı olarak Şekil-4 de görüldüğü gibi de kuruma süresinin daha kısa olduğu gözlenmiştir. Tekstil-1 Tekstil-2 Tekstil-3 Metal-1 Metal-2 Metal-3 Metal-4 Sıcaklık ( C) 21,2 21,5 22,5 21,5 21,3 22,10 21,9 ph 3,64 6,81 8,47 2,43 4,7 1,26 6,49 İletkenlik (μs/cm) 4,31 3,3 2,5 12, ,8 3,6 Tuzluluk ( ) 2,3 1,7 1,3 7,2 2,7 18,4 1,9 Toplam Çözünmüş Katı (mg/l) Kimyasal Oksijen İhtiyacı (mg/l) Askıda Katı Madde (mg/l) Tablo 2: Çalışılan Sektörlerdeki Arıtma Tesisine Giren Numunelerinin Fiziksel ve Kimyasal Analizi Şekil 3: Metal Sektörü Sulu Çamurları Kuruma Süresi

6 Şekil 4: Tekstil Sanayi Sulu Çamurları Kuruma Süresi Endüstride çamur depolanması sırasında koku oluşumu sorunu; çamur içerisindeki mikroorganizmaların ph 10 dan sonra yaşam faaliyetlerinin durması ile ortadan kalkmaktadır. Çamura eklenen katkı maddeleri ile bu koku ph ın yükseltilmesi sonucu azaltılmıştır. Floklaşmayı sağlayan polielektrolitin sulu çamur numunesinin kuruma süresini azalttığı belirlenmiştir ancak yüksek maliyetli olması sebebiyle optimum miktarda kullanılmasına dikkat edilmelidir. Ayrıca kohezyon azaltıcı materyal olarak kağıt kullanımıyla kuruma süresinin azaldığı belirlendiğinden bu tip materyaller mekanik susuzlaştırma öncesi ön işlem olarak kullanılabilir. Kaynaklar 1. FİLİBELİ A., Arıtma Çamurlarının İşlenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Yayınları No: 255, İzmir, AYVAZ Z., Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesi, Ekoloji Çevre Dergisi, Cilt 9, Sayı 35, 2000, EPA, Dewatering Municipal Wastewater Sludges, EPA Design Manual, KÜÇÜKSELEK E., Improvement Of Dewaterıng Capacıty Of Oily Sludges, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, İzmir, Aralık, Metcalf&Eddy, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill İnternational Editions, ÖZTÜRK İ., KOŞKAN U., TİMUR H., Arıtımın Esasları; Evsel, Endüstriyel Arıtımı ve Arıtma Çamurları Kontrolü, Kentsel Arıtım Yönetmeliği, Çevre ve Orman Bakanlığı, 8 Ocak 2006, Sayı: Arıtma Çamurları Sempozyumu, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İzmir, Mart Arıtma Çamurları Sempozyumu, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İzmir, Kasım 2009