ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Gizem AKYATAN ORGANİZE SANAYİ BÖLGESİ ATIKSULARININ MAGNEZYUM FLOKÜLASYONU İLE ARITILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ VE KLASİK KOAGÜLANTLARLA KARŞILAŞTIRILMASI ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA,2010
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ORGANİZE SANAYİ BÖLGELERİ ATIKSULARININ MAGNEZYUM FLOKÜLASYONU İLE ARITILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ VE KLASİK KOAGÜLANTLARLA KARŞILAŞTIRILMASI Gizem AKYATAN YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez.../.../... Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. Öğr. Gör. Dr. Turan YILMAZ Prof. Dr. Ahmet YÜCEER Yrd.Doç.Dr.Güray KILINÇÇEKER DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Çevre Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü Bu Çalışma Ç.Ü. Bilimsel Araştırmalar Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: MMF2009YL68 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 Sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunu ndaki hükümlere tabidir.
ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ ORGANİZE SANAYİ BÖLGELERİ ATIKSULARININ MAGNEZYUM FLOKÜLASYONU İLE ARITILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ VE KLASİK KOAGÜLANTLARLA KARŞILAŞTIRILMASI Gizem AKYATAN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI Danışman : Öğr. Gör. Dr. Turan YILMAZ Yıl :2010, Sayfa: 65 Jüri : Prof. Dr. Ahmet YÜCEER Yrd.Doç.Dr.Güray KILINÇÇEKER Öğr. Gör. Dr. Turan YILMAZ Bu çalışmada Türkiye de ve dünyadaki Organize Sanayi Bölgelerinin (OSB) atıksu arıtma tesislerinde sıkça kullanılan kimyasal arıtma yöntemlerinden biri olan koagülasyon ve flokülasyon yönteminde kullanılan klasik koagülatların arıtma verimleri ve magnezyum klorürün koagülant olarak kullanıldığında ortaya çıkan sonuçlar araştırılmıştır. Adana Organize Sanayi Bölgesi ve Mersin Tarsus Organize Sanayi Bölgelerinin atıksu arıtma tesislerinin giriş suyundan alınan numunelerin karakterizasyonu ve arıtılabilirlik çalışmalarında alüm, demir III klorür ve magnezyum klorür gibi koagülantların optimum dozları ve arıtma performansları da değerlendirilmiştir. Tez kapsamında magnezyumun etkili bir koagülant olması durumunda, uygulanan koagülasyon ve flokülasyon işlemleri sonucunda oluşan çamurdan magnezyumun tekrar kullanılabilirliği araştırılmıştır. Kullanılan koagülantlarının da kinetik çalışmaları yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: OSB, kimyasal arıtma, koagülasyon, magnezyum, kinetik I
ABSTRACT MSc THESIS TREATMENT WITH MAGNESIUM FLOCCULATION INDUSTRIAL PARK WASTEWATER TO THE AVAILABILITY INVESTIGATION AND COMPARISON OF CLASSICAL COAGULANTS Gizem AKYATAN ÇUKUROVA UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIROMENTAL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES Supervisor Year Jury : Lect. Dr. Turan YILMAZ : 2010, Pages:65 : Prof. Dr.Ahmet YÜCEER Asst.Prof. Dr.Güray KILINÇÇEKER Lect. Dr. Turan Yılmaz In this study, Turkey and the world's Organized Industrial Zones (Industrial Park), wastewater treatment plants are commonly used chemical treatment methods, one of the coagulation and flocculation methods used in the classic koagülatların treatment efficiency and magnesium chloride coagulant used as the outcomes investigated. Adana Organized Industry Region Mersin Tarsus Organized Industrial Zone of the wastewater treatment plants input water of the samples, characterization and treatability studies alum, iron III chloride and magnesium chloride as coagulants optimum dose and treatment performance were explored. Thesis in the case of magnesium is an effective coagulant, coagulation and flocculation processes applied sludge resulting from the availability of magnesium was investigated again. The kinetic studies were performed using coagulants. Key Words: Industrial Park, Chemical treatment, coagulation, magnesium, kinetic II
TEŞEKKÜR Çevre Mühendisliği Bölümüne girdiğim andan itibaren varlığını daima yanımda hissettiğim; bana daima her konuda destek olan ve bu meslekte ilerlememi sağlayan saygıdeğer hocam, Çevre Mühendisliği Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr Ahmet YÜCEER e sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Lisans ve yüksek lisans eğitimim boyunca bilgileriyle beni aydınlatan danışman hocam Sayın Dr. Turan YILMAZ a Adana Organize Sanayi Atıksularının Magnezyum Flokülasyonu İle Arıtılabilirliğinin İncelenmesi ve Klasik Koagülantlarla Karşılaştırılması isimli yüksek lisans tez çalışmamda gösterdiği ilgi, sabır ve destekten dolayı teşekkür ederim. Fikirleri ile beni destekleyen tüm bölüm hocalarıma özellikle her konuda fikrini çekinmeden sorduğum Arş. Gör. Orkun Davutluoğlu na, yardımlarını benden esirgemeyen Arş. Gör. Ayşe Erkuş ve diğer tüm hocalarıma teşekkürlerimi sunarım. Yüksek lisans eğitim dönemim boyunca yardımlarını, dostluğunu her zaman yanımda hissettiğim benim güzel kardeşim Pelin EKİCİ ye sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Çalışmam sırasında bana emeği geçen Alev Çakır ve tüm yüksek lisans yapan arkadaşlarıma teşekkür ederim. Maddi ve manevi her konuda beni destekleyen, annem Mücella AKYATAN ve babam Adil AKYATAN a bana gösterdikleri sabır, sevgi ve destekten dolayı teşekkür ederim. III
İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR...III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ... VI ŞEKİLLER DİZİNİ... VIII 1.GİRİŞ... 1 1.1.Türkiye deki Organize Sanayi Bölgeleri ve Organize Sanayilerdeki Sektörel.. 2 Dağılımlar... 2 1.2. Türkiye de OSB lerin Sektörel Yapılanmasına Etki Eden Faktörler... 2 1.3. Adana ve Mersin-Tarsus OSB lerinde Sektörel Dağılım... 4 1.4. Dünyadaki Organize Sanayi Bölgesi Uygulamaları... 6 1.5. Türkiye de Organize Sanayi Bölgelerinden Kaynaklanan Atıksuların Arıtılması... 7 1.5.1.Koagülasyon-Flokülasyon... 8 1.5.1.1.Alüm...10 1.5.1.2. Demir (III) Klorür...10 1.5.1.3. Magnezyum Klorür...11 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR...13 3.MATERYAL VE METOD...17 3.1.Materyal...17 3.2.Metot...17 3.2.1. Atıksu Karakterizasyonu...17 3.2.2. Jar Test...18 3.2.3.Adsorbsiyon denge izotermleri...18 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA...19 4.1 Atıksu Karakterizasyonu...19 4.1.1. Kimyasal pıhtılaştırma-yumaklaştırma deneyleri ve sonuçları...21 4.1.1.1. Alüm ile koagülasyon çalışmaları...21 4.1.1.2. Fe (III) klorür ile koagülasyon çalışmaları...23 IV
4.1.1.3. Magnezyum Klorür ile koagülasyon çalışmaları...25 4.1.1.4. Adsorpsiyon Denge İzotermleri:...27 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER...37 KAYNAKLAR...39 ÖZGEÇMİŞ...43 EKLER...45 EK 1...45 V
ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1. 1.Sakarya ve Bursa OSB'leri Sektörel Dağılımı, (Kütükoğlu, 2010)... 3 Çizelge 1. 2.Gebze OSB Sektörel Dağılımı, (Kütükoğlu, 2010)... 3 Çizelge 1. 3.Bölgelere göre OSB'lerdeki Sektörel Dağılım(Kütükoğlu, 2010)... 4 Çizelge 1. 4.Adana OSB'deki sektörel dağılım (AOSB, 2010)... 5 Çizelge 1. 5.Mersin-Tarsus OSB'deki sektörel dağılım (MTSOB, 2010)... 6 Çizelge 3. 1.Jar testi uygulama şartları...18 Çizelge 4. 1.AOSB Atıksu Arıtma Tesisi Giriş suyu özellikleri...19 Çizelge 4. 2.MOSB Atıksu arıtma tesisi giriş suyu özellikleri...20 Çizelge 4. 3.Alüm ile AOSB 1.Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri...22 Çizelge 4. 4.Alüm ile AOSB 2. Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri...22 Çizelge 4. 5.Alüm ile MOSB Atıksuyunda KOİ, AKM ve Renk Giderimleri...23 Çizelge 4. 6.Demir (III) klorür ile AOSB 1. Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri...24 Çizelge 4. 7.Demir (III) klorür ile AOSB 2. Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri...24 Çizelge 4. 8.Demir (III) klorür ile MOSB atıksyunda KOİ, AKM ve Renk Giderimleri...24 Çizelge 4. 9.Magnezyum Klorür AOSB 1. Numune dozlarının KOİ, AKM ve Renk sonuçları...25 Çizelge 4. 10.Magnezyum Klorür 2. AOSB Numunesi dozlarının KOİ, AKM ve Renk sonuçları...26 Çizelge 4. 11.Magnezyum Klorür Mersin dozlarının KOİ, AKM ve Renk sonuçları 26 Çizelge 4. 12.İzoterm modellerine ait eşitlikler lineer formlar ve parametreler (Ali ve ark.2009)...29 Çizelge 4. 13.Mersin OSB Atıksularında KOİ ve Renk Giderimi İçin Elde Edilen Langmuir İzoterm Katsayıları...34 Çizelge 4. 14.Mersin OSB Atıksuyunda KOİ ve Renk Giderimi için Elde Edilen Freundlich İzoterm Modeli Sabitleri (qm ve KL)...35 Çizelge 4. 15.Mersin OSB Atıksularında KOİ ve Renk Giderimi İçin Elde Edilen VI
Temkin İzoterm Katsayıları...36 Çizelge 4. 16.Mersin OSB Atıksularında KOİ ve Renk Giderimi İçin Elde Edilen Dubinin-Radushkevich İzoterm Katsayıları...36 VII
ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1. 1.Organize Sanayi Bölgesi Arıtma Tesisi Şeması... 8 Şekil 1. 2.Pıhtılaştırma aşaması... 9 Şekil 1. 3.Yumaklaştırma ve Çökelme aşaması... 9 Şekil 3. 1. Jar testi düzeneği...17 Şekil 4. 1.Jar testi deneylerinin uygulanması...21 Şekil 4. 2.Demir III Klorür Koagülasyonu...23 Şekil 4. 3.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (I) İzoterm Grafiği...30 Şekil 4. 4.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (II) İzoterm Grafiği...30 Şekil 4. 5.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (III) İzoterm Grafiği...31 Şekil 4. 6.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (IV) İzoterm Grafiği...31 Şekil 4. 7.Mersin OSB Atıksuyunun Alüm Koagülasyonu ile Renk Giderimi Freundlich İzoterm Grafiği...32 Şekil 4. 8.Mersin OSB Atıksuyunun FeCl3 Koagülasyonu ile Renk Giderimi Freundlich İzoterm Grafiği...32 VIII
SİMGELER VE KISALTMALAR AB Avrupa Birliği SKKY Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği ISO International Standardization for Organization İTO İzmir Ticaret Odası OSB Organize Sanayi Bölgesi AAT Atıksu Arıtma Tesisi KOİ Kimyasal Oksijen İhtiyacı BOİ Biyolojik Oksijen İhtiyacı AKM Askıda Katı Madde TKN Toplam Kjeldahl Azotu TN Toplam Azot EI Elektriksel İletkenlik TKM Toplam Katı Madde IX
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN 1.GİRİŞ Organize sanayi bölgeleri, sanayiden kaynaklanan çevresel problemlerin minimum düzeye indirilmesi veya ortadan kaldırılması, ekonomik açıdan farklılaşan bölgeler arası dengeli kalkınmanın sağlanmasını amaçlayan modellerdir. Farklı endüstri dallarına ait fabrikaların yoğun bir şekilde toplandığı bölgenin çevre açısından bir tehdit unsuru olabildiği, OSB lerinde görülen çevre sorunlarının, tekil bir endüstrinin ortaya çıkardığı genel çevre sorunlarından farklı olmadığı, ancak 5 kirliliğin (sıvı, katı, gaz atıklar) miktar ve çeşitliliği yönünden farklılık gösterdiği söz konusu olabilmektedir. Bu nedenle OSB lerinin çevre kirliliği açısından ele alınması ve değerlendirilmesi gerekmektedir (Toröz ve ark. 1994). Türkiye de altyapısını tamamlamış 70 OSB de 2000 2002 yılları arasında yapılan ankete göre OSB lerden deşarj edilen atıksu miktarı 2000 yılında 75315 milyon m3 iken, 2002 yılında bu miktar % 42,8 lik bir artışla 107577 milyon m3 e çıkmıştır. Deşarj edilen atıksuların arıtılma oranı % 66 olup, atıksuların geri kazanılabilme imkanları değerlendirilmeden farklı alıcı ortamlara deşarj edilmektedir (Anonim, 2005). Ülkemizde 3217 imalat sanayinden yaklaşık olarak yıllık 638 milyon m³ endüstri kaynaklı atıksu oluşmaktadır. Bu atıksuların % 36'sı arıtılarak, % 64'ü ise arıtılmadan alıcı ortamlara deşarj edilmiştir. 410 m3 atıksu yeniden kullanılmaktadır (Aslan, 2008). Türkiye de kurulan ve kurulacak olan Organize Sanayi bölgelerinin atıksularını Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği (SKKY) Tablo.19 da belirtilen parametreler ve konsantrasyonlarına göre arıtması zorunluluğu vardır. Organize sanayi bölgelerinde ortak arıtma veya nihai arıtma tesisi fiziksel kimyasal ön arıtma ve bunu takip eden biyolojik aktif çamur proseslerinden oluşmaktadır. Bu konfigürasyonda bir ortak arıtma tesisinde arıtılabilecek atıksu özelliklerinin sağlanabilmesi için gerekli görülen sektörlerin ön arıtma yapmalarının sağlanması ve kontrol edilmesi gerekmektedir. Buna rağmen OSB ortak arıtma tesisinde biyolojik aktif çamur ünitesinin yükünü azaltmak için aynı zamanda zor parçalanabilir ve toksik olabilecek bazı bileşenlerin giderimi için koagülasyon-flokülasyon işlemi yaygın bir ön arıtma metodu olarak uygulanmaktadır. Organize sanayi bölgeleri 1
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN atıksularının arıtılmasında aktif çamur prosesinin sınırlarının dar olmasından dolayı ön arıtma son derece kritik bir öneme sahiptir. Çok farklı sektörlerin birleşiminden oluşturulan bu bölgelerdeki sanayilerden kaynaklanan her türlü atıksuyu aktif çamur metodu ile arıtılabilir düzeye getirebilecek tek bir ön arıtma metodu yoktur. Organize sanayi bölgeleri için sektörel dağılımların dolayısı ile atıksu özelliklerinin dikkate alınarak çeşitli ön arıtma metotlarının araştırılmasında büyük fayda vardır. Bundan dolayı bu çalışmada magnezyum flokülasyonunun sektörel dağılımları bir birinden oldukça farklı iki ayrı organize sanayi bölgesi atıksularının ön arıtımında kullanılabilirliği AKM, KOİ ve renk, giderim verimliği ve klasik koagülantlar alüm ve demir (III) klorür ile karşılaştırılması yapılmıştır. 1.1.Türkiye deki Organize Sanayi Bölgeleri ve Organize Sanayilerdeki Sektörel Dağılımlar Organize Sanayi Bölgeleri Sanayinin uygun görülen alanlarda yapılanmasını sağlamak, çarpık sanayileşme ve çevre sorunlarını önlemek, kaynakları rasyonel kullanmak, bilgi ve bilişim teknolojilerinden yararlanmak, sanayi türlerinin belirli bir plan dâhilinde yerleştirilmesi ve geliştirilmesi amacıyla; gerekli idari, sosyal ve teknik altyapı alanları, ticaret, eğitim ve sağlık alanları, teknoloji geliştirme bölgeleri ile donatılıp planlı bir şekilde sanayi için tahsis edilmesiyle oluşturulan ve bu Kanun hükümlerine göre işletilen mal ve hizmet üretim bölgeleri" olarak tanımlamaktadır (OSB Kanunu, 2000). Ülkemizde 4562 sayılı OSB Kanununa göre kurularak hükmü şahsiyet kazanmış 242 adet OSB mevcuttur. 107 OSB faaliyete geçmiştir (OSB Üst Kurulu 2007). Doluluk oranı ortalama % 67 olan yıllık 97.287.000 metreküp atıksu oluşan 65 adet Organize Sanayi Bölgesinin 31 i arıtma tesisine sahip 6 tanesi inşaat ve ihale aşmasında ve 28 OSB nin atıksu arıtma tesisi bulunmamaktadır (TUİK, 2004). 1.2. Türkiye de OSB lerin Sektörel Yapılanmasına Etki Eden Faktörler OSB lerin kurulduğu yörelerde gelişmiş olan sanayi sektörleri veya bu sektörlerde üretim yapan büyük tesisler yer almaktadır. Bu şehir ve yöreler belirli sanayi ürünlerinin pazarlanmasında önemli merkezlerdir. Dolayısıyla kurulan 2
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN OSB lerde de ağırlık, bu sektörlere girdi verebilecek malzemeleri üreten yan sanayilerden oluşmaktadır. Buna örnek olarak Sakarya ve Bursa örnekleri gösterilebilir. Bu OSB lerdeki sektörel dağılım Çizelge 1.1 de verilmiştir. Çizelge 1. 1.Sakarya ve Bursa OSB'leri Sektörel Dağılımı, (Kütükoğlu, 2010) Sektörler Otomotiv- Madeni Eşya Sanayi (%) Plastik ve Tekstil Sanayi(%) Gıda ve Ambalaj Sanayi(%) Orman Ürünleri(%) Diğerleri(%) (Elektrik, elektronik) Sakarya 52 10 10 13 15 Bursa-İnegöl 40 21 11 7 21 OSB lerin kurulduğu yörelerde merkezi pazarlara ulaşım ve optimal nakliye olanakları, limana ulaşım imkanları, dolayısıyla girdilerin ekonomik olarak tedariki ve ürünlerin büyük pazarlara rahatça ulaşabilmesi önem taşımaktadır. Böylece ya büyük sanayi tesislerine yan sanayi olarak hizmet eden firmalar bu bölgelerde kurulmakta veya bizzat büyük firmalar işletmelerini OSB ye taşımaktadırlar. Buna örnek olarak verilen Gebze Organize Bölgesinde faaliyet gösteren birçok sektörün dengeli olarak dağılımı Çizelge 1.2 den görülmektedir. Çizelge 1. 2.Gebze OSB Sektörel Dağılımı, (Kütükoğlu, 2010) Sektörler Makine- Otomotiv Kimya Gıda- Optik Diğer(%) Maden(%) Sanayi(%) Sanayi(%) Ambalaj(%) (%) Gebze OSB 22 21 17 17 13 10 Ayrıca OSB de yabancı sermaye ağırlıklı 24 şirket yer almaktadır. Burada Alarko Carrier, Eczacıbaşı, Aroma, Ülker, Sanipak gibi büyük yerli imalatçı firmalar da bulunmaktadır. Bazı OSB lerin kurulduğu yerlerde, bölge yerel ürünleri sanayinin yapısını tamamen belirleyecek niteliktedir. Ulaşım ve pazarlama olanakları sınırlıdır. İşgücü belirli sektörlerde uzmanlaşmıştır. Kültürel ve sosyal yaşam, yöneticimühendis kadrosunu oraya çekebilecek cazibeden yoksundur. Bu bölgeler neredeyse, ihtisas OSB lerine benzer biçimde, sektörel çeşitliliği minimize ederler. Bu duruma örnek olarak Bolu Organize Sanayi Bölgesi gösterilebilir. Bu bölgeye egemen sektörler orman ürünleri, gıda sanayi ve yapı malzemeleridir. Bölgeler itibariyle 3
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN mevcut OSB ler analiz edildiğinde sektörel dağılımlar ise Çizelge 1.3 te verildiği gibidir. Çizelge 1. 3.Bölgelere göre OSB'lerdeki Sektörel Dağılım(Kütükoğlu, 2010) Sektörler Makine Otomotiv Gıda Kimya Tekstil Orman Elektrik Sanayi Sanayi Sanayi Sanayi Sanayi Sanayi Sanayi Bölgeler (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Marmara 12 14 13 15 9 9 23 Ege 20 8 26 6 21 3 13 Akdeniz 11 3 32 10 28 11 - İç Anadolu 31 21 19 6 6-6 Karadeniz 16 26 12 9 25 - Doğu Anadolu Güneydoğu Anadolu - - 35 12 11 15-25 - 21 15 23-10 140 organize sanayine topluca bakıldığında metal ve madeni eşya ile makine imalatına yedek parça yapan tesislerin başı çektiğini, bunu otomotiv yan sanayi, tekstil ve konfeksiyon ile gıda ve meşrubat sanayinin izlediğini görülmektedir (Kütükoğlu, 2010). 1.3. Adana ve Mersin-Tarsus OSB lerinde Sektörel Dağılım OSB lerde oluşan atıksu karakterizasyonunu en çok etkileyen faktör kuşkusuz sektörel dağılımlardır. Çalışmada incelenen bölgeler olan Adana ve Mersin-Tarsus Organize Sanayi Bölgelerindeki sektörel dağılımlar sırası ile Çizelge 1.4 ve Çizelge 1.5 de verilmiştir. 4
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN Çizelge 1. 4.Adana OSB'deki sektörel dağılım (AOSB, 2010) Üretime ara veren Sektörel Dağılım Üretim İnşaat Proje Toplam firmalar Ağaç sanayi 13 1 0 5 19 Ambalaj 6 0 0 1 7 Banka 2 0 0 2 4 Boya sanayi 5 1 0 0 6 Cam sanayi 2 0 0 0 2 Depolama 7 0 0 0 7 Döküm 7 0 1 1 9 Elektrik 5 1 1 0 7 Gıda sanayi 27 0 5 2 34 Kağıt Sanayi 11 0 0 0 11 Kimya Sanayi 17 2 5 1 25 Makina 11 0 5 1 17 Metal 35 5 12 9 61 Nakliye 3 0 1 0 4 Petrol Ürünleri 11 2 0 1 14 Plastik 21 1 3 7 32 Tekstil 65 6 8 9 88 Tohumculuk 2 0 0 0 2 Yapı Elemanları 13 2 5 6 26 Toplam 263 22 46 45 375 5
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN Çizelge 1. 5.Mersin-Tarsus OSB'deki sektörel dağılım (MTSOB, 2010) Faaliyet Alanı Üretime Geçen İnşaat Halinde Proje Aşamasında Üretimi Durduranlar TOPLAM Alkol Tütün ve 5 5 Tütün Ürünleri Cam Sanayi 6 1 7 Çimento ve Yapı 9 3 1 1 14 Malzemeleri Sanayi Demir ve Çelik 23 4 2 29 Sanayi Dokuma ve 4 2 6 Giyim Sanayi Gıda Sanayi 13 2 2 17 Kağıt Sanayi 1 1 2 Kozmetik Sanayi 2 2 Makine Sanayi 9 2 2 13 Otomotiv Yan 2 1 3 Sanayi Plastik ve 11 5 16 Ambalaj Sanayi Tıbbi Gereçler, 14 4 3 21 Boya, Petrol Türevleri ve Kimya Sanayi TOPLAM 104 21 4 12 141 1.4. Dünyadaki Organize Sanayi Bölgesi Uygulamaları Dünyada OSB uygulamasına ilk kez, XIX. Yüzyılın ilk yarısında ABD' de kendiliğinden ortaya çıkan bir uygulamayla rastlanılmıştır. Gelişme kendiliğinden oluşmuş ve tekstil imalathaneleri fiziksel yerleşmelerle bir araya toplanmıştır. ABD'de 1885 yılında hazırlanan bir raporda ise ekonominin geliştirilmesiyle bağlantılı olarak Sanayi Bölgesi fikri ortaya atılmıştır. Raporda, sanayi bölgelerinin oluşturulmasının sanayinin geliştirilmesi için önemli bir araç olacağına dikkat çekilmektedir (Onat, 1969). Organize Sanayi Bölgeleri ile ilgili ilk bilinçli uygulama ise; 1896 yılında İngiltere'nin Manchester kenti yakınlarında kurulan Trafford Park uygulamasıyla gerçekleştirilmiştir. Organize Sanayi Bölgesi düşüncesinin ilk ortaya atıldığı ABD' de ilk uygulamalara 1899 yılında geçilmiştir 6
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN ABD'deki özgün adı Sanayi Park olan organize sanayi bölgelerinin oluşturulmasının temel amacı kapsamlı bir plan çerçevesinde belli bir alanın geliştirilerek alt bölümlere ayrılıp sanayi yerleşmelerine sunulmasıdır. ABD'de örneklerin yaygın hale gelmesi uzun zaman almış, fakat bu uygulamalar ileri bir anlayışla gerçekleştirilmiş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Nitekim 1905 ve 1909 yıllarında özel girişimciler Chicago kentinde Central Manufacturing ve Clearing ismini verdikleri iki sanayi bölgesini kurmuşlardır. Bunlar aynı zamanda, modern anlamda sanayi bölgelerinin ilk örneklerini oluşturmuştur. Bu uygulamaların amacı, sanayicilerin altyapılı sanayi arsası gereksinmelerinin karşılandığı bölgeleri inşa eden özel firmaların kâr elde etmeleridir. Yani ABD'deki ilk OSB uygulamaları, özel sektör tarafından kâr elde etmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Organize sanayi bölgelerinin İngiltere deki uygulamalarında güdülen en önemli amaç; geri kalmış bölgelerde işsizlikle mücadele etmek olarak belirlenmiştir. İngiltere de ilk uygulamaların, Birinci Dünya Savaşı sonrasında yaygınlaştığı görülmektedir. Büyük Dünya Bunalımı'nın İngiliz ekonomisini çökerttiği 1929 yılında; bunalımdan çok etkilenen kömür, çelik ve gemi inşa sanayilerinden açıkta kalan işgücü gelişmiş sanayi merkezlerine akın etmiştir. Belli bölgelerin göç nedeniyle aşırı nüfus kaybına karşı bir önlem olarak 1936 yılında devlet Özel Gelişme Alanları ve İlerleme Yasası nı çıkartmıştır. Bu yasa çerçevesinde alınan önlemler sayesinde 1936 1938 yılları arasında İskoçya'da ve Galler'de altı adet sanayi bölgesi kurulmuştur. Bu uygulamada da temel amaç çeşitli hizmetlerden, iş ilişkilerinden, ulaşım ve finansman kolaylıklarından ve eğitilmiş insan gücü açısından dışsal ekonomiler yaratarak, sanayileri büyük kentlerin yakınında toplamaktır. Ayrıca yeterli pazarın, işgücünün ve hammaddenin bulunduğu küçük kentlerin çevresi de sanayi için çekim gücü olan alanların arasına girmiştir. 1.5. Türkiye de Organize Sanayi Bölgelerinden Kaynaklanan Atıksuların Arıtılması Şematik görünümü Şekil 1.1 de verilen Organize Sanayi Bölgesi atıksu arıtma tesisi, ızgaralar, kum tutucu ve dengeleme ünitesinden oluşan fiziksel arıtma, 7
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN koagülasyon, flokülasyon ve çökelme ünitelerini içeren kimyasal arıtma ve havalandırma ve son çökeltme şeklinde biyolojik arıtma ünitelerinden oluşmaktadır. Şekil 1. 1.Organize Sanayi Bölgesi Arıtma Tesisi Şeması 1.5.1.Koagülasyon-Flokülasyon Koagülasyon-flokülasyon işlemi renk, bulanıklık ve askıda katı maddelerin, zararlı bakterilerin ve proteinlerin, tad koku oluşturan maddelerin ve planktonların giderilmesinde yaygın olarak kullanılır (Şengül ve ark.1995). Organize Sanayi bölgesi Atıksu arıtma tesis giriş atıksu numuneleri tüm diğer atıksular gibi kendiliğinden çökelmeyen kolloidal ve askıda katı maddeler içerir. Çeşitli organik ve/veya inorganik kimyasallar ekleyerek kolloid parçacıkların durağan hallerinin bozulması ve sonuçta tek başına çökmeyen bu parçacıkların bir araya gelerek kolayca çökebilen kümeler haline dönüşmesi işleminin bütünü koagülasyon ve flokülasyon olarak tanımlanır. (Faust ve Aly, 1983). Pıhtılaştırma ve yumaklaştırma işlemleri şematik olarak sırasıyla Şekil 1.2 ve Şekil 1.3 te verilmiştir. 8
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN Şekil 1. 2.Pıhtılaştırma aşaması Şekil 1. 3.Yumaklaştırma ve Çökelme aşaması Kolloidler, tanecik yapıyı oluşturan moleküllerin uç kısmında bulunan reaktif grupların ayrışması veya su ortamında bulunan iyonların tanecik yüzeyinde adsorplanması ile meydana gelen ve birincil yük olarak adlandırılan bir elektriksel yüke sahiptir. Atıksu arıtımında karşılaşılan kolloidlerin çoğunun birincil yükü negatiftir. İçinde kolloid parçacıkların bulunduğu bir su kütlesinin net bir elektrik yükü yoktur. Bu nedenle (-) yüklü kolloid parçacıklar su kütlesi içerisindeki (+) yüklerle dengelenmektedir. Bu denge nedeniyle, kolloidler birbirlerine yaklaşamaz ve durağan halde kalırlar. Koagülasyon işlemi, parçacıkların birbirlerinden uzak durmasını sağlayan bu kuvvetlerin nötralize edilmesiyle kolloid stabilizasyonunun bozulmasıdır. Katyonik koagülantlar atıksu ortamında pozitif elektrik yükü sağlayarak kolloidler üzerindeki negatif yükü (zeta potansiyeli) azaltırlar. Sonuçta, kolloid parçacıklar flok olarak adlandırılan daha büyük parçacıklar oluşturmak üzere çarpışırlar. Koagülasyon işlemi, atıksu arıtma tesislerinin en önemli aşamasıdır ve 9
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN sadece kolloidlerin destabilizayonunu değil, aynı zamanda baz ağır metallerin ve florürün uzaklaştırılmasını da sağlar (Ali ve Jain, 2005). Kimyasal çöktürme işlemi atıksuda çözünmüş halde bulunan iyonların çözünürlüğü düşük formlara dönüştürülerek sudan ayrılması olarak tanımlanabilir. Bazı metal hidroksitlerin çözünürlükleri çok düşük olduğu için yüksek ph larda su ortamından çökelerek ayrılırlar. Bu işlem birçok metalin su ve atıksulardan giderilmesi için yaygın olarak uygulanır. Bu metal hidroksitlerin çökelek içinde hapsetme ve süpürme koagülasyonunda etkin olabileceği de bilinmektedir. Ayrıca metal hidroksitler yüzey özelliklerinden dolayı adsorpsiyon yaparak bazı maddelerin giderimini gerçekleştirilebilir. 1.5.1.1.Alüm Alüm koagülasyon-flokülasyon işleminde en yaygın kullanılan koagülant maddelerden biridir. Su veya atıksuya eklendiğinde hidroliz olarak asit oluşturur. 3 Al 3H 2O Al(OH ) 3( k ) 3H 2 Al OH 2H 2O Al(OH ) 3( k ) 2H Al ( OH ) 2 H 2O Al( OH ) 3( k ) H Bundan dolayı kullanımı sırasında hidroksitleri formuna dönüşebilmesi için oluşan bu asidi nötralize edebilecek miktarda alkalinite gereksinimi vardır ve stokiyometrik eşitliği aşağıda verilmiştir. Al2 ( SO4 ) 3.18H 2O 3Ca( HCO3 ) 2 2Al( OH ) 3 3CaSO4 18H 2O 6 CO2 666 g / mol 3x162 g / mol 1.5.1.2. Demir (III) Klorür Demir (III ) klorür alüm gibi çok yaygın kullanımı olan diğer bir koagülant maddedir ve benzer şekilde hidroliz olarak asit oluşturur. 3 Fe 3H 2O Fe( OH ) 3( k ) 3H 10
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN 2 FeOH 2H 2O Fe( OH ) 3( k ) 2H Fe ( OH ) 2 H 2O Fe( OH ) 3( k ) H Alüm de olduğu gibi demir (III) klorürün hidroksitleri halinde çözünürlüğü düşük forma dönüşebilmesi ve koagülant etkide bulunabilmesi için alkalinite ihtiyacı vardır. Alkalinite ihtiyacı aşağıda verilen stokiyometrik eşitlikle belirlenir. 2FeCl3 3Ca ( HCO3 ) 2 2Fe ( OH ) 3 3CaCl 6CO 252g / mol 3x162 g / mol 2 1.5.1.3. Magnezyum Klorür Diğer önemli reaksiyon ise aşağıdaki denklemde verilen magnezyum çökelmesidir. Mg 2 2OH Mg( OH ) 2 Bu ikili dengenin çözümünden çözünen her 1 mol Mg(OH) 2 için 1 mol Mg +2 oluştuğundan Mg(OH) 2 nin çözünürlüğü Mg +2 ye eşittir denilebilir. Kütle ve Yük denklikleri yazılacak olursa: ( OH ) 2( Mg ) ( H 3O 2 ( OH ) 2( Mg ) ( H 3O 2 ) ) Her iki eşitliğinde aynı olduğu görülmektedir. Eşitlikler de 2[Mg +2 ] çözeltide çözünmüş olan Mg(OH) 2 den kaynaklanan hidroksil iyonu konsantrasyonunu, [H 3 O + ] ise suyun iyonlaşmasından gelen hidroksil iyonu konsantrasyonunu göstermektedir. Mg 2 2OH Mg( OH ) 11 0 Mg( OH ) 2 K çç 1,8 10 (25 C) 2 pk çç 10,74 ph 11,5 poh 14 11,5 2, 5 ( OH 1,8 ) 3,16 10 3 11 2 10 ( Mg M ).(3,16 10 3 ) 2 11
1.GİRİŞ Gizem AKYATAN Denklemde verilen reaksiyon ph=11 den önce tamamlanmamaktadır. Magnezyum hidroksit atıksudan kolloid gidermede yardımcı jelatimsi bir maddedir (Anonim 2004). Atıksularda Mg(OH) 2 çöktürmesi ph=11 11,5 tamamlanmaktadır. Dolayısıyla arıtma proseslerinde NaOH ve Ca(OH) 2 kullanılarak gerçekleştirilen çöktürme işlemlerinde ham atıksu ph ı 11-11,5 a kadar yükseltilmelidir. Kimyasal çöktürme prosesinde ph ayarlaması atıksudaki çözünmüş halde bulunan metallerin, az çözünür veya çözünmez forma dönüştürülmesi sağlanmaktadır. Kısa reaksiyon süreleri ve düşük işletme maliyetleri yöntemin avantajları olup, hidroksit çöktürmesiyle askıda katı madde (AKM), renk, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve birçok metalin hidroksit formunda çöktürülerek giderilmesi sağlanabilmektedir ( Semerjian ve Ayoub 2003). 12
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gizem AKYATAN 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Semerjian ve ark. (2003), yaptıkları çalışmada kimyasal arıtma yöntemlerinden olan koagülasyon-flokülasyon metodunun, yüksek kirlilik içeren endüstriyel atıksuların arıtımında etkili olduğunu belirtmişlerdir. Bu çalışmada konuyla ilgili yapılan diğer çalışmalar inceleyerek, son yıllarda potansiyel koagülantlardan olan magnezyum iyonunun arıtma stratejilerine uygulanabilirliğini ve farklı atıksularda ki performansını tartışmışlardır. Magnezyum koagülasyonunun avantajları ve dezavantajları ve ilgili prosese etkileri diğer koagülantların yanı sıra bu çalışmada incelenmiştir. Amuda ve ark., (2006), yaptıkları çalışmada mezbaha atıksularının koagülasyon-flokülasyon yöntemi ile arıtımını incelemişlerdir. Arıtma performansları KOİ, AKM ve Toplam Fosfor parametreleri üzerinden izlenmiştir. Koagülant olarak alüm, demir (III) klorür ve demir sülfat kullanılmıştır. Çalışmalar sonucunda koagülant olarak kullanılan alüm toplam fosfor ve askıda katı madde gideriminde daha etkili olurken, demir sülfat KOİ gideriminde en etkili sonucu vermiştir. Alüm 750 mg/l dozda %45 toplam fosfor giderimi sağlamıştır. Palmer ve Ark. (1987) Ca(OH)2 kullanılarak uygulanan hidroksit çöktürmesi metal içeren endüstriyel atıksuların arıtılmasında oldukça sık kullanılan bir yöntemdir. Düşük maliyeti, arıtmadaki etkinliği ve pompalanabilir olmasından dolayı, Ca(OH)2 yaygın olarak kullanılmaktadır. Büyük miktarda oluşan Ca(OH)2 çamuru sistemin başlıca dezavantajı olarak ortaya çıkmaktadır. NaOH kullanılarak uygulanan hidroksit çöktürmesi ise Ca(OH)2 ile çöktürmeye göre daha pahalı olup, oluşan çamurun bertarafı daha kolaydır. Eker ve Ark. (2004) çalışmalarında Sivas OSB atıksularının karakterizasyonu araştırabilmek için sektörel bazda araştırma yapmışlardır. Araştırmaları sonucunda da atıksuyun büyük bir bölümünü evsel nitelikli atıksularda oluştuğu belirlenmiştir. Ağır metallerin değerlinin ise deşarj standartlarının altında olduğu belirlemiştir. Kireç ilaveli Alüm ün 250 mg/l lik dozunda ph 7 de KOİ ve AKM % verimlerinin optimum olduğunu bulmuşlardır. 13
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gizem AKYATAN Şanlı (2006) çalışmasında, deri sanayilerine ait olan merkezi Atıksu Arıtma Tesisinin ön çöktürme atık suyunda farklı kimyasal koagülant maddeler kullanılarak kimyasal koagülasyon (CC) ile arıtılabilirlik çalışmalarının yanında, ön çöktürme ve son çöktürme havuz çıkış atıksuları elektrokimyasal metodlardan biri olan elektrokoagülasyon (EC) ile arıtılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla kimyasal koagülasyon deneylerinde Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3.6H2O, Fe2 (SO4)3.7H2O ve FeCl3.6H2O tuzları koagülant olarak kullanılmıştır. Arıtım verimi üzerine koagülant dozajı ve ph etkisi incelenmiştir. Bu deneylerde demir içeren koagülant maddeler kullanıldığında daha etkili bir biçimde verimlerin arttığı gözlenmiştir. Atıksuyun kendi ph değerinde daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Kimyasal koagülasyon deneylerinde Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3.6H2O, Fe2 (SO4)3.7H2O ve FeCl3.6H2O tuzları koagülant olarak kullanılmıştır. Arıtım verimi üzerine koagülant dozajı ve ph etkisi incelenmiştir. Bu deneylerde demir içeren koagülant maddeler kullanıldığında daha etkili bir biçimde verimlerin arttığı gözlenmiştir. Kestioğlu ve Yalılı bu çalışmada, 41,120 mg/l KOİ içeren ve biyolojik arıtılabilirliği oldukça düşük olan tekstil atık suyunu kimyasal çökeltim ve adsorpsiyon yöntemleriyle arıtmış ve bu proseslere bağlı olarak KOİ giderme verimleri belirlenmiştir. Alüm (1250 mg/l), alüm (8000 mg/l)+non-iyonik PE (4 mg/l) ve PAC (2500 mg/l) ile yapılan kimyasal çökeltim sonunda sırasıyla; %54, %56 ve %60 KOİ giderme verimleri elde edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda en uygun doz olarak 1000 mg/l PAC seçilmiş, bu dozla yapılan arıtılabilirlik sonucunda %52 oranında KOİ giderilmiştir. Elde edilen atık suda 0,5-1 mm boyutunda Jacobi marka GAC kullanılarak Langmuir izotermi yardımıyla adsorpsiyon kapasite değeri belirlenmiş (Qo= 333 mg KOİ/g GAC) ve bu verilere dayanarak 200 mg/l KOİ deşarj kriterini sağlayacak şekilde adsorpsiyon kolonları boyutlandırılmıştır. Boyutlandırma sonucunda 0,75 m çapında, 3,5 m yüksekliğinde, 7 adet (6 asıl+1 yedek) adsorpsiyon kolonu gerektiği bulunmuştur. Özyonar (2007) yaptığı çalışmada entegre et ve et ürünleri tesisi atıksuları yüksek miktarda organik madde (KOİ, BOİ), toplam askıda katı, toplam fosfor, toplam azot, yağ ve gres ihtiva eden atıksu oluşturduğu için önemli bir çevre kirletici kaynaktır. Entegre et ve et endüstrisi atıksularında, elektrokoagülasyon ve kimyasal 14
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gizem AKYATAN koagülasyon arıtma yöntemleri uygulanarak KOI, yağ-gres ve türbidite gideriminin araştırılmasıdır. Çalışmanın ikinci bölümünde ise, Kimyasal koagülasyon ile Entegre et ve et ürünleri tesisi atıksularında KOI, yağ-gres ve türbidite giderimi yapılmıştır. Koagülant madde olarak, Al2(SO4)3.18H2O, Fe2(SO4)3.7H2O ve FeCl3.6H2O kimyasalları kullanılmıştır. Farklı ph ve dozaj miktarları denenerek optimum ph ve dozaj değerleri bulunmuştur. En fazla KOI giderimi.%37,38 ile FeCl3.6H2O koagülant maddesinde gerçekleşmiştir. Yağ-gres ve türbitide gideriminde de en yüksek verim %88,95 ve %80,78 ile FeCl3.6H2O ile elde edilmiştir. Bu koagülant madde için optimum ph:6 ve dozaj 100 mg Me+3/ L olarak elde edilmiştir. Entegre et ve et ürünleri tesisi atıksularında KOI, yağ-gres ve türbidite giderimi yapılmıştır. Koagülant madde olarak, Al2(SO4)3.18H2O, Fe2(SO4)3.7H2O ve FeCl3.6H2O kimyasalları kullanılmıştır. Farklı ph ve dozaj miktarları denenerek optimum ph ve dozaj değerleri bulunmuştur. En fazla KOI giderimi.%37,38 ile FeCl3.6H2O koagülant maddesinde gerçekleşmiştir. Özcan (2001), yaptığı çalışmada endüstrisi atıksularında Magnezyum amonyum fosfat çöktürmesi ile azot giderimini araştırmış ve ham atıksuya uygulanmasında, çıkış amonyak konsantrasyonu 22-45 mg/l,fosfor konsantrasyonu ise 25-42 mg/l arasında değişmiş ve %40 civarında KOİ giderimi elde edilmiştir. 15
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gizem AKYATAN 16
3.MATERYAL VE METOD GİZEM AKYATAN 3.MATERYAL VE METOD 3.1.Materyal Yapılan deneysel çalışmalarda Adana ve Mersin Organize Sanayi Bölgelerinin atıksu arıtma tesisi giriş atıksuyu kullanılmıştır. AOSB atıksu arıtma tesisinden farklı zamanlarda iki adet ve MOSB atıksu arıtma tesisinden bir adet atıksu alınmıştır. Koagülant madde olarak alüm ( Al2 ( SO4 ) 318 H2O ), demir(iii) klorür ( FeCl3 6 H 2O ) ve magnezyum klorür ( MgCl2 6 H 2O ) kullanılmıştır. Ayrıca ph ayarlamak için 1M NaOH ve HCl çözeltileri kullanılmıştır. Arıtılabilirlik çalışmaları Şekil 3.1 de şematik olarak gösterilen, karıştırma hızı 0-120 devir/dakika arasında olan ve her pedal için ayrı ayarlanabilen jar test düzeneğinde yapılmıştır. Şekil 3. 1. Jar testi düzeneği 3.2.Metot 3.2.1. Atıksu Karakterizasyonu Organize sanayi bölgeleri atıksu arıtma tesisi çıkış sularının deşarjı Su kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (SKKY) Tablo 19 daki parametrelere göre yapılmaktadır. Hem bu tablodaki tüm parametrelerin değerlerini hem de arıtılabilirlik çalışmasında giderilmesi hedeflenen KOİ, AKM ve renk parametrelerini belirlemek için üç atıksu numunesinin analizleri Standart metotlara uygun olarak yapılmıştır (APHA, 1998). 17
3.MATERYAL VE METOD GİZEM AKYATAN 3.2.2. Jar Test Arıtabilirlik çalışmalarında daha önce belirtilen üç koagülant maddenin farklı dozları kullanılarak üç numune ile jar testleri yapılmıştır. Jar testinde karıştırma işlemleri, çökelme ve her bir koagülant için uygun ph değerleri Çizelge 3.1 de özetlenmiştir. Çizelge 3. 1.Jar testi uygulama şartları Koagülant Madde Demir III klorür Alüm MgCI 2.6H 2 O Hızlı Karıştırma devri (devir/dak) 200 200 200 Hızlı karıştırma süresi (dak) 5 5 5 Yavaş karıştırma devri(devir/dak) 60 60 60 Yavaş karıştırma süresi (dak) 30 30 30 Çökelme süresi (dak) 30 30 30 ph 8,5 6,5 11-11,5 3.2.3.Adsorbsiyon denge izotermleri İki OSB atıksuyunu üç farklı koagülant ile yapılan arıtılabilirlik çalışmasından elde edilen veriler en uygun doz ve giderim verimleri bakımından değerlendirilmiştir. Bunun yanı sıra koagülasyon işleminde oluşan metal hidroksitlerin Me( OH ) x KOİ, AKM ve renk gideriminde adsorpsiyon işleminin varsa etkinliğinin belirlenmesi için arıtılabilirlik verileri Freundlich, Langmuir, izoterminin 4 farklı lineer formu, Temkin ve Dubinin gibi iki parametreli izoterm modellerine uygulanmıştır. 18
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA 4.1 Atıksu Karakterizasyonu Çalışmada kullanılan atıksu numuneleri SKKY Tablo 19 da belirtilen parametreler ve deşarj edilebilir konsantrasyonları açısından bir değerlendirme yapılabilmesi için analiz edilerek sonuçlar Çizelge 4.1 ve Çizelge 4.2 de verilmiştir. Çizelge 4. 1.AOSB Atıksu Arıtma Tesisi Giriş suyu özellikleri Parametre Birim 1. Numune 2. Numune SKKY Tablo 19(*) ph - 7,3 6,64 6-9 EI µs 3270 3200 - KOİ mg/l 1096 1439 400 Filtre KOİ mg/l 621 912 - AKM mg/l 150 185 200 Renk mg/l pt 2960 3050 - Al mg/l 0.792 9,538 - As mg/l - - - B mg/l 0,315 - - Ba mg/l 0,062 10,23 - Cd mg/l - <0,005 0,1 Cr mg/l 0,067 0,084 2 Cu mg/l - 0,146 3 Fe mg/l 3,5 103,5 10 Hg mg/l 0,12 1,285 - Mn mg/l 0,091 0,937 - Ni mg/l 0,009 0,103 - Pb mg/l 0,050 Pb - Zn mg/l 0,719 Zn - ( *) SKKY Tablo 19: Karışık Endüstriyel Atık Suların Alıcı Ortama Deşarj Standartları Küçük ve Büyük Organize Sanayi Bölgeleri Ve Sektör Belirlemesi Yapılamayan Diğer Sanayiler 2 saatlik kompozit sınır değerleri 19
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN Çizelge 4. 2.MOSB Atıksu arıtma tesisi giriş suyu özellikleri Parametre Birim Sonuçlar SKKY Tablo 19(*) ph - 6,67 6-9 EI µs 6680 - KOİ mg/l 1780 400 Filtre KOİ mg/l 589 - AKM mg/l 148 200 Renk mg/l pt 3452 - Al mg/l 5,210 - As mg/l - - B mg/l - - Ba mg/l - - Cd mg/l 0,004 0,1 Cr mg/l 0,757 2 Cu mg/l 0,083 3 Fe mg/l 3,227 10 Hg mg/l - - Mn mg/l 0,251 - Ni mg/l 0,043 - Pb mg/l 0,050 - ( *) SKKY Tablo 19: Karışık Endüstriyel Atık Suların Alıcı Ortama Deşarj Standartları Küçük ve Büyük Organize Sanayi Bölgeleri Ve Sektör Belirlemesi Yapılamayan Diğer Sanayiler 2 saatlik sınır değerleri İki organize sanayi bölgesi atıksu numuneleri SKKY Tablo.19 göre değerlendirilecek olursa sadece KOİ bakımından deşarj kriterlerine uymadığı görülmektedir. Diğer yandan iki organize sanayi bölgesi atıksuları özelliklerinin benzer olduğu sadece MOSB atıksuyunun Eİ dolayısı ile çözünmüş katı madde bakımından farklılık içerdiği görülmektedir. İki organize sanayi bölgesinin sektörel dağılımlarındaki farklılığın atıksu özelliklerine çok az yansımasının işletmeler tarafından yapılması zorunlu olan ön arıtma ile ilgili olabileceği düşünülmektedir. 20
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN 4.1.1. Kimyasal pıhtılaştırma-yumaklaştırma deneyleri ve sonuçları İki ayrı organize sanayi bölgesinden alınan atıksu numuneleri üç farklı koagülant ile jar testine tabi tutulmuştur. Deneysel sonuçlar her numune ve parametreler için jar testinde kullanılan koagülantlara göre değerlendirilmiştir. Jar tesit düzeneği fotoğrafı Şekil 4.1 de görülmektedir. Şekil 4. 1.Jar testi deneylerinin uygulanması 4.1.1.1. Alüm ile koagülasyon çalışmaları Çalışmanın ilk aşamasında üç farklı atıksu numunesine 0 ile 250 mg/l arasında değişen konsantrasyonlarda alüm eklenerek jar testi yapılmıştır. Adana OSB numune 1 ve 2 olarak tanımlanan atıksular ile yapılan koagülant dozuna karşı KOİ, renk ve AKM parametrelerindeki değişimi içeren jar test sonuçları Çizelge 4.3 ve 4.4 de verilmiştir. Adana OSB ne ait iki atuksuda alüm ile % 96-97 AKM ve % 88 renk giderimi gerçekleşirken KOİ giderimleri % 32-40 arasında kalmıştır. İki atıksu numunesinin de SKKY Tablo.19 daki deşarj standardına sadece KOİ konsantrasyonun uymadığı dikkate alındığında alüm ile koagülasyon uygulansa bile ikincil arıtma gerekmektedir. 21
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN Çizelge 4. 3.Alüm ile AOSB 1.Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri Alüm (mg/l) KOİ (mg/l) AKM (mg/l) Renk (mg/l pt) 0 1096 150 2960 50 726 58.8 1332 100 780 71.6 1601 150 838 4.7 592 200 678 2.9 825 250 654 6 340 Çizelge 4. 4.Alüm ile AOSB 2. Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri Alüm (mg/l) KOİ (mg/l) AKM (mg/l) Renk (mg/l pt) 0 1439 185 3050 50 1095 0 1350 100 1023 18 1650 150 988 4 600 200 1056 25 850 250 982 5 350 Eker ve diğerleri Sivas Organize Sanayi Bölgesi atıksuları ile yaptıkları arıtılabilirlik çalışmasında 250 mg/l alüm ile % 89 KOİ giderimi olduğunu bildirmişlerdir (Eker ve ark 2004). Bu çalışmada elde edilen giderim verimlerinin düşük olması organize sanayi bölgelerindeki sektörel dağılımlar ve işletmeler tarafından yapılması gereken ön arıtma uygulamaları ile ilgili olabileceği düşünülmektedir. Bu çalışmada arıtılabilirliği araştırılan diğer atıksu Mersin Organize Sanayi Bölgesine aittir ve alüm ile yapılan jar test sonuçları Çizelge 4.5 de verilmiştir. MOSB atıksuyunda alüm ile % 83 KOİ giderimi gerçekleşmesine rağmen SKKY Tablo.19 daki deşarj kriterlerine uymamaktadır. Atıksu özelliklerinin benzer olmasına rağmen iki organize sanayi atıksuyunda alüm ile KOİ giderimlerinin farklı olmasının atıksuların içerdiği kolloidal maddelerin partikül çapı dağılımlarının ve/veya kolloidal içeriğin organik-inorganik fraksiyonları farkından kaynaklanacağı 22
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN düşünülmektedir. Çizelge 4. 5.Alüm ile MOSB Atıksuyunda KOİ, AKM ve Renk Giderimleri Alüm (mg/l) KOİ (mg/l) AKM (mg/l) Renk (mg/l pt) 0 1780 148 3452 50 466 132 900 100 401 86 434 150 326 56 153 200 313 48 106 250 296 48 190 4.1.1.2. Fe (III) klorür ile koagülasyon çalışmaları Çalışmanın bu aşamasında alümde olduğu gibi AOSB ve MOSB lerine ait aynı atıksu numunelerine koagülantların etkinliğini belirleyebilmek için demir (III) klorür kullanılarak yapılan jar testi Şekil 4.2 de gösterilmektedir. Şekil 4. 2.Demir III Klorür Koagülasyonu KOİ, AKM ve renk giderimlerini içeren jar test sonuçları, Çizelge 4.6, 4.7 ve 4.8 de verilmiştir. 23
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN Çizelge 4. 6.Demir (III) klorür ile AOSB 1. Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri Fe (III) klorür KOİ AKM Renk (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l pt) 0 1096 148 3050 50 700 57 2650 100 786 11 1150 150 626 3 650 200 635 3 600 250 615 4 800 Çizelge 4. 7.Demir (III) klorür ile AOSB 2. Numunede KOİ, AKM ve Renk Giderimleri Fe (III) klorür KOİ AKM Renk (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l pt) 0 1439 185 2960 50 1021 50 2520 100 1111 10 2140 150 943 2 1020 200 952 2 610 250 931 2 530 Çizelge 4. 8.Demir (III) klorür ile MOSB atıksyunda KOİ, AKM ve Renk Giderimleri Fe (III) klorür KOİ AKM Renk (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l pt) 0 1780 148 3452 50 802 108 2602 100 785 107 2475 150 761 110 2385 200 733 112 2009 250 732 116 1812 24
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN AOSB atıksuyu ile yapılan arıtılabilirlik çalışmasında alüm ve demir (III) klorür ile KOİ, AKM ve renk giderimleri bakımından olduça benzer sonuçlar elde edilmiştir. MOSB atıksularının iki koagülant ile yapılan arıtılabilirlik sonuçları üç parametre açısındanda farklılık göstermektedir. Alüm ve demir (III) klorür birçok atıksuyun koagülasyonunda KOİ ve AKM giderimleri bakımından benzer performans göstermesine rağmen MOSB atıksuyunda giderimlerin farklı olmasının nedenini açıklamak oldukça zordur. İki koagülantın uygulanmasında en önemli fark ortam ph değerleridir. Bu sette demir (III) klorür kullanımında flok formasyonunun nedenini açıklayamıroruz. Eker ve ark. (2004) Sivas OSB atıksu numunesiyle yapılan Demir III Klorür koagülasyon sonucunda en yüksek AKM gideriminin 250 mg/l Demir (III) klorür dozunda % 52 olduğunu belirlemiştir. 4.1.1.3. Magnezyum Klorür ile koagülasyon çalışmaları Arıtılabilirlik çalışmasının son aşamasında aynı organize sanayi bölgelerine ait aynı numunelere magnezyum flokülasyonu uygulanmıştır. Magnezyum flokülasyonunun KOİ, AKM ve renk giderim sonuçları Çizelge 4.9, 4.10 ve 4.11 de verilmiştir. Çizelge 4. 9.Magnezyum Klorür AOSB 1. Numune dozlarının KOİ, AKM ve Renk sonuçları MgCl 2 (mg/l) KOİ (mg/l) AKM (mg/l) Renk (mg/l pt) 0 1096 150 2960 0 673 3 115 50 709 8 186 100 730 10 170 150 718 3 129 200 875 12 176 250 878 8 129 25
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN Çizelge 4. 10.Magnezyum Klorür 2. AOSB Numunesi dozlarının KOİ, AKM ve Renk sonuçları MgCl 2 (mg/l) KOİ (mg/l) AKM (mg/l) Renk (mg/l pt) 0 1439 185 3050 0 1107 18 197 50 1089 17 189 100 1190 15 171 150 1175 10 174 200 1074 9 150 250 1176 5 125 Çizelge 4. 11.Magnezyum Klorür Mersin dozlarının KOİ, AKM ve Renk sonuçları MgCl 2 (mg/l) KOİ (mg/l) AKM (mg/l) Renk (mg/l pt) 0 1780 148 3452 0 789 38 421 50 686 22 359 100 664 36 362 150 573 20 244 200 598 16 256 250 617 12 125 Magnezyum flokülasyonu ile bütün numuneler de AKM ve renk giderim verimleri yüksek ( % 92-98) olmasına rağmen KOİ giderimi üç numunelerde düşük seviyede kalmıştır. MOSB atıksuyunda % 68 lik bir KOİ giderimi gerçekleşmiştir. Ancak magnezyum flokülasyonunda karşılaşılan en ciddi problem koagülant dozu değişimi ile giderim verimlerinin rastgele değişimidir. Hatta KOİ gideriminde magnezyum klorür eklenmemiş sadece ph değeri 11 e yükseltilen numunede en yüksek KOİ giderimleri elde edilmiştir. Yüksek ph da suyun bileşiminde bulunan kalsiyum iyonlarının CaCO3 ve magnezyum iyonların hidroksitleri halinde floklaşarak çökelmesi sırasında yeterli koagülasyon etkini yapmış olabilir. Yüksek 26
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN magnezyum klorür dozlarında flok parçalanmasından dolayı KOİ giderim verimleri azalmış olabilir. Çünkü KOİ analizi için alınan örnekler süpernatant olarak tanımlanan beherlerin 300 ml lik üst kısmından alınmıştır. Bu çalışmada dikkat çekici noktalardan biride her üç koagülant ile yapılan arıtılabilirlik çalışmasında KOİ ve AKM konsantrasyonları arasındaki uyumsuzluk veya çelişkidir. Bu çalışmada AKM analizleri Whatmann GF/C ( gözenek çapı 1,2-1,5 µm) filtre kağıdı ve filtre KOİ ölçümlerinde kullanılacak numunenin filtre edilmesi için gözenek çapı 0,45 µm kağıdı kullanılmıştır. Atıksuların çözünmüş katı madde ve kolloidal madde içeriğinin açıklanmasında önemli bir karışıklık mevcuttur. 2 µm ve daha küçük gözenekli filre kağıdından geçen kısım çözünmüş madde olarak tanımlanır. Diğer taraftan 0,001-1 µm arasında partikül çapına sahip tanecikler kolloid olarak tanımlanır (Metcalf and Eddy, 2003). 4.1.1.4. Adsorpsiyon Denge İzotermleri: Alüm, Demir III Klorür ve Magnezyum Klorür koagülant olarak kullanımında bu tuzla koagülant etkiyi gösteren Al(OH) 3, Fe(OH) 3 ve Mg(OH) 2 gibi metal hidroksit formlarıdır. Metal hidroksitlerin yüzey özelliklerinden dolayı adsorplama özellikleri vardır ( Kaplan,2006 ).Yüksek ph da magnezyum iyonlarının çökelmesi sırasında oluşan floklar çok geniş ve pozitif elektrostatik yüzeye sahiptir. Metal hidroksit oluşumunda ilk aşamada oluşan pıhtıların çok küçük olmasından ve yüzey alanlarının çok büyük olmasından dolayı adsorpsiyon işleminin atıksularda renk ve KOİ giderimi adsorpsiyona uygun olup olmadıklarını ve uygun ise hangi izoterm modelleri ile adsorpsiyon dengelerinin açıklanabileceğini belirlemek için Freundlich, Langmuir, izoterminin 4 farklı lineer formu, Temkin ve Dubinin gibi iki parametreli izoterm modelleri uygulanmıştır. Bu izotermlerin uygunluk durumu regresyon katsayısı (R 2 ) göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. Langmuir ve Freundlich izotermlerine uygunluk durumu korelasyon katsayısı (R) ile bulunmuştur. Korelasyon katsayısı 0 ile 1 arasında değerler almakta ve korelasyon katsayısının 1 e yaklaştıkça uygunluğunun artmakta olduğu bilinmektedir (Basibüyük ve Forster, 2003; Chiou ve Li, 2002;Berthouex ve Brown, 2002). Adsorpsiyon işlemi için kütle dengesi aşağıdaki eşitlikle ifade edilir; 27
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN V ( C qe M o C e ) Burada, qe: birim adsorban kütlesi başına adsorplanan madde miktarı (mg/g) C 0 : adsorplanan maddenin giriş konsantrasyonu (mg/l) C e : adsorplanan maddenin çıkış konsantrasyonu (mg/l) V: hacim (m 3 ) M: adsorban kütlesi (g) olarak belirtilmiştir. Birim adsorban başına adsorblanan madde miktarı qe olarak tanımlanır ve her adsorpsiyon izotermi için farklı ifade edilir. Uygun olan adsorpsiyon izoterminin sabitlerinin belirlenmesi adsorpsiyon sistemlerinin dizaynı için çok önemli bir parametredir. Üç koagülant ile yapılan jar testinde elde edilen KOİ ve renk giderim verileri Freundlich, Langmuir Temkin ve Dubinin adsorbsiyon denge izotermlerine uygulanmıştır. Bu denge izoterm denklemleri, lineer formları ve izoterm parametreleri Çizelge 4.12 de topluca verilmiştir. AOSB ait iki atıksu numunesi ile üç koagülant kullanılarak yapılan arıtılabilirlik çalışmasından elde edilen veriler dört farklı adsorbsiyon denge izoterminin hiç birine uymamıştır. MOSB atıksuyu ile yapılan arıtılabilirlik çalışmasından elde edilen sonuçlara göre demir (III) klorür ile KOİ gideriminin Langmuirin dört farklı lineer formunada uyduğu belirlenmiştir. Alüm ve demir (III) klorür ile renk gideriminin ise Freundlich adsorbsiyon izotermine uymaktadır. Magnezyum klorür ile yapılan arıtılabilirlik sonuçlarının adsorbsiyon izotermlerinine uymadığı belirlenmiştir. Adsorbsiyon izoterm grafiklerinden uygun olmayanlar ekte verilmiştir. Adsorbsiyon izotermlerine uyan giderim verileri ve izoterm grafikleri aşağıda tartışılmıştır. 28
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN Çizelge 4. 12.İzoterm modellerine ait eşitlikler lineer formlar ve parametreler (Ali ve ark.2009) İzotermler Eşitlikler Lineer İfade Parametreler Freundlich q e = K F (C e ) 1/n ln q e = ln K F + n -1 ln C e K F = exp KN 1/n = E Langmuir q e = (q m K L C e )/(1 + K L C e ) Tip (I) C e /q e = (1/K L q m ) + (C e /q m ) Tip (II) 1/q e = (1/K L q m C e ) + (1/q m ) Tip (III) q e = q m (1/K L )q e /C e q m = (E) -1 K L = E/KN q m = (KN) -1 K L =K/ E q m =KN K L =(E) -1 Tip (IV) q e /C e = K L q m - K L q e q m = KN/ E K L = - E Temkin q e = q m ln(k T C e ) q e = q m ln K T + q m ln C e q m = E K T = exp KN/E Dubinin- Radushkevich ε = RT ln(1 +C e -1 ) ln q e = ln q m Dε 2 q m = exp KN D = -E KN: Kesim Noktası; E:Eğim Demir (III) klorür ile MOSB ne ait atıksudan KOİ gideriminde adsorbsiyon mekanizmasının etkili olduğu ve adsorbsiyonun Langmuir izoterminin dört lineer modeli ile ifade edilebileceği Çizelge 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7 ve 4.8 de verilen izoterm grafiklerinden anlaşılmaktadır. 29
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN Ce 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 y = -0,005x + 4,265 R² = 0,9185 720 740 760 780 800 820 Ce/qe Şekil 4. 3.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (I) İzoterm Grafiği 1/Ce 0,0009 0,0008 0,0007 0,0006 0,0005 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 2,5E-18-1E-04 y = 4,2082x - 0,0049 R² = 0,9333 0,0012 0,00125 0,0013 0,00135 0,0014 1/qe Şekil 4. 4.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (II) İzoterm Grafiği 30
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA GİZEM AKYATAN qe/ce 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 y = 0,0012x + 0,1927 R² = 0,9997 1000 2000 3000 4000 qe Şekil 4. 5.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (III) İzoterm Grafiği qe/ce 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 y = 0,0012x + 0,1927 R² = 0,9997 1000 2000 3000 4000 qe Şekil 4. 6.Mersin OSB Atıksuyunun Demir III Klorür Koagülasyonu ile KOİ Giderimi İçin Langmuir (IV) İzoterm Grafiği Langmuir adsorbsiyon izoterm modeli, homojen yüzeyli adsorbant üzerine Adsorblanacak madeninin tek tabaka halinde adsorblandığı kabulene dayanan bir modeldir (anirudhan, 2009; Nemr, 2009). Ayrıca Langmuir adsorbsiyon modeline göre adsorblanan maddeler eşit enerji düzeyine sahip bölgelere yerleşir ve adsorblanan moleküller birbiri ile etkileşmezler (Sreejalekshmi,2009). Mersin organize sanayi bölgesi atıksu ile yapılan arıtılabilirlik deneylerinden elde edilen sonuçların adsorbsiyon modellerine uygulanması sonucu renk gideriminin hem alüm hem de demir (III) klorür ile Frudnlich adsorbsiyon modeline uyduğu görülmektedir. 31