Deri endüstrisi arıtma çamurlarından kromun oksidatif yöntemle geri kazanılması ve çevresel etkisinin yaşam döngüsü analizi ile değerlendirilmesi
Environmental evaluation of oxidative chromium recovery from tannery sludges using life cycle assessment
Yazar: EYLEM KILIÇ
Danışman: DR. RİTA PUİG VİDAL ; YRD. DOÇ. SELİME MENTEŞ ÇOLAK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Deri Mühendisliği = Leather Engineering

Özet:
Doktora tez çalışmasının ilk kısmında, yüksek konsantrasyonda krom içeren deri endüstrisi arıtma çamurundan kromun geri kazanılması amacıyla, oksitleyici madde olarak hidrojen peroksitin kullanıldığı ve çamurun oksidatif olarak arıtıldığı bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem Cr(III)'ün alkali ortamda Cr(VI)'ya okside edilmesini takiben sülfürik asit çözeltisiyle ekstrakte edilmesi temeline dayanmaktadır. Oda sıcaklığında (21ºC) gerçekleştirilen işlemlerle yaklaşık 4 saat içinde kromun %70'i ekstrakte edilebilmektedir. Elde edilen bulgular değerlendirildiğinde geliştirilen oksidatif krom geri kazanma yönteminin; işlem süresi kısa, ılımlı işlem koşullarında ucuz ve daha az kimyasalın kullanıldığı etkili bir yöntem olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Tez çalışmasının ikinci kısmında, geliştirilen oksidatif yöntemin çevresel değerlendirilmesine yer verilmiştir. Krom geri kazanma işleminin potansiyel çevresel etkileri, deri endüstrisi arıtma çamuru yönetimi için iyileştirmelerin öngörülmesi için geleneksel çamur depolama işlemiyle karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Yaşam Döngüsü Analizi metodolojisiyle her iki sistemin çevresel etkileri, Leiden Üniversitesi Çevre Bilim Merkezi tarafından geliştirilen CML (Centrum voor Milieukunde Leiden) yöntemiyle tanımlanmış etki kategorileri analiz edilerek, nicel olarak belirlenmiş ve değerlendirilmiştir.Elde edilen sonuçlar, boru çıkışı arıtmaların, arıtma işlemi basit ve önemli miktarda atığın geri kazanılmasını sağlamadığı sürece, materyal ve enerji kullanımı nedeniyle sistemin çevresel etkisini arttırdığını göstermektedir. Tez kapsamında değerlendirilen etki kategorilerine katkıda bulunan en önemli etkenler; çamur depolama emisyonları, atıksu arıtma işlemlerindeki elektrik tüketimi ve krom geri kazanma işleminde kullanılan kimyasalların üretim prosesleri olarak belirlenmiştir. Krom geri kazanma işlemiyle geri kazanılan düşük konsantrasyondaki kroma karşılık geri kazanma işleminde kullanılan kimyasallardan kaynaklanan emisyonların azaltılması ve kontrolü, üzerinde durulması gereken kritik noktalardır. Buradan hareketle; su tüketiminin azaltıldığı, ticari kimyasalların yan ürünlerle ikame edildiği ve çamurun anaerobik koşullarda çürütüldüğü üç senaryo oluşturulmuştur. Su tüketiminin azaltılması ve ticari kimyasallar yerine yan ürünlerin kullanılması durumunda, çamur arıtma sisteminin etki kategorilerine katkısında kayda değer bir iyileştirmenin sağlanacağı, abiyotik kaynak ve ozon tükenim potansiyeli etki kategorileri dışındaki kategorilerde geleneksel sistemden bile daha düşük etki değerlerine ulaşılabileceği belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, arıtma çamurunun anaerobik koşullarda çürütüldüğü senaryonun enerji yönünden fayda sağladığı ve çamur arıtma sisteminin çevresel performansını dikkate değer bir şekilde iyileştirdiği tespit edilmiştir. Önerilen krom geri kazanma işleminde geri kazanılan krom miktarının bir ton çamur başına 42,63 kg krom olması durumunda, çamur arıtma sisteminin geleneksel sistemden daha iyi bir çevresel profile sahip olacağı saptanmıştır. Bu miktardaki kromun geri kazanılabilmesi için deri endüstrisi arıtma çamurundaki krom konsantrasyonunun çalışmamızda öngörülen değerin yaklaşık 20 katı olması gerekmektedir.Tez kapsamında elde edilen sonuçların, krom geri kazanma ve deri endüstrisi arıtma çamuru yönetiminin iyileştirilmesi için bir temel oluşturduğu ve özellikle boru çıkışı arıtmaya ilişkin işlemlerin plan ve karar verme aşamasında kullanılmasının yararlı olacağı sonucuna varılmıştır.Anahtar sözcükler: deri endüstrisi arıtma çamuru, krom geri kazanma, boru çıkışı arıtım, yaşam döngüsü analizi, çevresel değerlendirme

Abstract:
In the first part of this dissertation, an oxidative method using H2O2 as oxidant was developed for chromium recovery from tannery sludge that contains high concentrations of chromium. This method is based on the oxidation of Cr(III) to Cr(VI) and extraction with sulfuric acid solution, enabled to extract 70% of chromium within nearly 4 hours at room temperature (21ºC). It was concluded that hydrogen peroxide treatment is effective and the duration of the process is short and requires cheap chemicals and moderate conditions. The second part of the dissertation presents environmental evaluation of the developed oxidative chromium recovery method. The potential environmental impacts of the chromium recovery process in reference to conventional landfilling process are analyzed for comparison, as a basis to propose further improvements in tannery sludge management. LCA method was performed for quantification and evaluation of the impacts of both systems by analyzing representative impact categories using CML (Centrum voor Milieukunde Leiden) method developed by Leiden University Institute of Environmental Science.The obtained results show that end-of-pipe treatments usually increase the environmental impact due to materials and energy use unless the treatment is simple and recovers a significant amount of waste. The most significant contributors to the impact categories considered in the study are the emissions owing to landfilling, electricity consumption in wastewater treatment and production of chemicals used in chromium recovery process. The control and reduction of emissions from chemicals used in the recovery process in relation with the amount of chromium recovered are the critical points to be considered. Three scenarios have been carried out considering; water reduction; byproducts use and anaerobic digestion of sludge, to improve the environmental performance of the chromium recovery process. The combination of water reduction and byproducts use has better performance than other scenarios and implies a high environmental impact reduction, even lower than conventional landfilling except for abiotic and ozone depletion potential impact categories (ADP and ODP). On the other hand anaerobic digestion scenario provides energetic advantages and considerably improves environmental performance of sludge treatment. The proposed chromium recovery process would be environmentally better than the conventional landfilling in all the evaluated impact categories if the amount of chromium recovered would be 42.63 kg per ton of sludge. Supposing the same sludge amount, the chromium concentration in the tannery sludge to achieve this goal should be about 20 times more than the considered one.The results obtained can serve as a basis to improve the chromium recovery and tannery sludge management and should be used in decision-making processes especially for end-of-pipe treatments.Key words: tannery sludge, chromium recovery, end-of-pipe treatment, life cycle assessment, environmental evaluation.