Bir pamuklu son işlemleri endüstrisinde ozonlamanın KOİ bileşenleri üzerine etkisi
The Effect of ozonation on COD fractions a case study in cotton finishing mill
Yazar: SERDAR DOĞRUEL
Danışman: DOÇ.DR. FATOŞ GERMİRLİ BABUNA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su = Waste water ; KOİ = COD ; Ozonlama = Ozonation ; Tekstil endüstrisi = Textile industry ; Yeniden kazanma = Recycling

Özet:
Bu çalışmada, ülkemiz tekstil endüstrisinde yaygın üretime sahip pamuklu tekstil son işlemleri altkategorisi kapsamındaki bir fabrika geri kazanım amaçlı konvansiyonel ayrık akım karakterizasyonunun yapılması; proses ve kirlenme profillerinin belirlenmesi; ham atıksuyun, boya banyoları ve boya banyolarını izleyen çalkalama sularının, geri kazanım akımlarının ve geri kazanımdan artakalan atıksuyun ozonlanması ve geri kazanım dışındaki tüm atıksulann ozonlanmasının biyolojik arıtılabilirliğin önemli göstergelerinden biri olan çözünmüş KOİ bileşenleri üzerindeki etkisinin ortaya konması açılarından incelenmiştir. Gerçekleştirilen çalışma mevsimsel, aylık ve günlük üretim değişimlerinin söz konusu ve tümüyle kesikli işletme şartlarının geçerli olduğu endüstride temsil edici nitelikli atıksu üzerinde yapılmalıdır. Tesiste hemen her gün uygulanmaları, tesisten kaynaklanan atıksuyun kalitesini büyük ölçüde etkilemeleri, atıksu oluşumu ve üretim bakımından % 50 oranında bir paya sahip olmaları nedeniyle tesisi karakterize edici nitelikli dört proses 20 proses içerisinden deneysel çalışmalarda kullanılmak üzere seçilmiştir. Seçilen prosesler, pamuklu kumaşa ilişkin "optik kasar", "60°C remazol boyama (pişirmeli)", "95°C prosyon boyama (kaşarlı)" işlemleri ile viskon kumaşa ilişkin "95°C prosyon boyama" işlemini kapsamaktadır. Ayrık akımlar üzerinde gerçekleştirilen konvansiyonel atıksu karakterizasyonu, literatürde verilen geri kazanım kriterleri ve geri kazanım için üreticinin öngördüğü kalite koşulları ışığında değerlendirilerek ham atıksuyun yaklaşık % 27'sini oluşturan akımların geri kazanılabileceği saptanmıştır. Geri kazanım akımlarından elde edilen kompozit numune üzerinde gerçekleştirilen ozonlama deneyleri, ancak iki saatlik çok uzun ozon besleme süreli uygulamalar sonucunda bu atıksulann literatürde KOİ'ye ilişkin en geniş aralığa sahip geri kazanım kriterini sağlayabildiğini göstermektedir. Bu durum, incelenen endüstride geri kazanıma ayrılmış akımların ozonlama dışı arıtım teknikleri uygulanarak yeniden kullanılması gerektiğini vurgulamaktadır. Dolayısıyla söz konusu atıksulara ozonlama dışında antılabilirlik çalışmalarının tatbik edilmesi ve elde edilecek sonuçların değerlendirilmesi önerilmektedir. Bu çalışmada incelenen atıksu, toplam KOİ'nin yaklaşık % 34'ünün çözünmüş inert KOİ olması nedeniyle benzer endüstrilerden daha yüksek çözünmüş inert KOİ düzeyine sahiptir. Ham atıksu üzerinde yürütülen ozonlama çalışmaları sonucunda % 25'ten % 86'ya ulaşan renk giderimleri gözlemlenmiş; ancak KOİ giderimi % 4 ile % 14 arasında kalarak aynı eğilimi göstermemiştir. Bu durum, ozonun önce renk giderimine çalışarak seçici davrandığını ortaya koymaktadır. Ham atıksuda sabit ozon akısı ve artan ozon besleme sürelerinde (5, 10 ve 30 dakika) gerçekleştirilen ozonlama deneyleri sonucu elde edilen veriler, atıksulann çözünmüş KOİ bileşenlerinden kolay aynşabilen organik maddenin konsantrasyonunun başlangıçta azaldığını ve artan ozon besleme sürelerinde daha düşük düzeylere inmediğini; çözünmüş inert organik maddenin ise ozon besleme süresi yükseltildikçe giderek artan oranlarda giderildiğini göstermektedir.Ozonlama uygulamasının çözünmüş KOİ bileşenleri üzerindeki etkisinin irdelenmesinde gözardı edilmemesi gereken en önemli nokta, kolay ayrışabilen KOİ bileşeninin bir yandan oksidasyona uğrayarak tükenmekte; bir yandan da yavaş ayrışan organik madde ve / veya inert organik maddenin kolay ayrışabilen organik maddeye dönüşmesi sonucunda artmakta olduğudur. Bu mekanizmalardan hangisinin baskın olduğunu, elde edilen deneysel veriler doğrultusunda açıklamak mümkün değildir. Geri kazammdan artakalan atıksuda sabit ozon akısı ve artan ozon besleme sürelerinde (5, 10 ve 30 dakika) gerçekleştirilen ozonlama deneyleri sonucu elde edilen veriler, ham atıksuda da benzer şekilde gözlemlendiği gibi, atıksuların çözünmüş KOİ bileşenlerinden kolay ayrışabilen organik maddenin konsantrasyonunun başlangıçta azaldığını ve artan ozon besleme sürelerinde daha düşük düzeylere inmediğini; çözünmüş inert organik maddenin ise ozon besleme süresi yükseltildikçe giderek artan oranlarda giderildiğini göstermektedir. Tekstil endüstrisindeki boya banyolarında kullanılan boyaların konsantre çözünmüş inert organik madde içeriğine sahip olduğu literatürde verilmektedir. Bu noktadan hareket edilerek ham atıksu içerisinde yaklaşık % 22'lik bir paya sahip olması nedeniyle boya banyoları ve boya banyolarını izleyen çalkalama sularının diğer akımlardan ayrılarak ozonlanması durumunda, ham atıksuya oranla daha az miktarda ozon kullanılacağı öngörüsüyle söz konusu boya banyoları ve boya banyolarını izleyen çalkalama sularının ozonlanması sonucunda çözünmüş KOİ bileşenlerinin değişimi izlenmiştir. Ham atıksuya uygulanan ozonlama işlemi sırasında kullanılan ozon miktarının yaklaşık 1/5'iyle çok daha yüksek verimde çözünmüş inert KOİ giderimi sağlanmıştır. Bu nedenle boya banyoları ve boya banyolarını izleyen çalkalama sularının çeşitli ozon besleme sürelerinde ozonlanması sonucu elde edilen atıksuların boya banyoları ve boya banyolarım izleyen çalkalama sularından artakalan ozonlanmamış atıksularla birleştirilmesi, çözünmüş inert organik maddenin aynşabilir forma dönüştürülmesi açısından uygulanabilir niteliklidir. Söz konusu işlem, aynı zamanda - ozonlama daha düşük bir atıksu hacmi üzerinde gerçekleştirildiğinden dolayı - ekonomik sonuç vermektedir. Ancak yukarıda değinilen ham atıksu ile boya banyoları ve boya banyolarını izleyen atıksuya ilişkin iki farklı uygulama renk giderimi yönünden irdelendiğinde, ham atıksuyun ozonlanmasının daha iyi sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Bu durum, deşarj standartlarında henüz renk parametresine yer verilmeyen ülkemiz koşullan göz önüne alınarak değerlendirilmelidir. Bu çalışma bağlamında geri kazanım akımlarının saptanması ve ham atıksu, geri kazanım akımları ile geri kazammdan artakalan atıksu üzerinde yürütülen antılabilirlik çalışmalarında izlenen sistematik yaklaşım, son derece değişken yapıya sahip diğer tekstil endüstrileri için de yol gösterici niteliklidir ve bu yaklaşımın incelenmesi düşünülen endüstrilere uygulanması önerilmektedir.

Abstract:
In this study the wastewaters originating from a cotton finishing textile mill are investigated. Source based conventional wastewater characterization is performed in order to define the recoverable streams. Process and pollution profiles are assessed. Raw wastewater, reusable wastewater, wastewater of dyebaths and subsequent rinsings and remaining wastewater after the segregation of recovered portion are subjected to ozonation experiments. The effect of ozonation on soluble COD fractions is evaluated for raw wastewater, wastewater originating from dyebaths and subsequent rinsings and remaining wastewater. The plant operation involves 20 different processes, all in batch systems. The striking feature of the operation is that the plant functions on fluctuating demands from the textile sector resulting in seasonal, monthly and daily variations in wastewater. An important task is the selection of processes / waste streams that are likely to represent the overall plant effluent for further experimental evaluation. In this study, four of the 20 processes in the plant are selected, namely, optical brightening, 60°C kiered remazol dyeing, 95°C bleached procion dyeing of the cotton knit fabrics and 95°C procion dyeing of viscose rayon knit fabrics, mainly because they all appear in day to day operation of the plant, greatly affect the quality of the overall plant effluent and discharge a total of 410 m3d"' of wastewater, corresponding to 55 % of the average total daily volume. The results of segregated wastewater characterization, when evaluated in the context of recovery and reuse criteria given in literature and the manufacturer demand, show that approximately 27 % of the total wastewater can be recovered and reused after the application of a proper treatment. However the required reuse criteria can only be fulfilled by ozonation with extended ozonation times. Therefore other treatment alternatives for the reusable wastewater is recommended to be investigated. In comparison with similar textile industries, the raw wastewater of the investigated plant has higher soluble inert COD. Ozonation of raw wastewater results in a higher color (from 25 % to 86 %) and a limited COD removal (from 4 % to 14 %) indicating the existence of a selective reaction. Similar data are obtained in terms of the effect of ozonation on soluble COD fractions for raw and remaining wastewater. Readily biodegradable COD at first decreases with a high rate and then the rate of decrease slows down as the ozonation contact time proceeds. On the other hand with elevated ozonation contact times a decrease in the concentration of soluble inert COD is observed. When evaluating the effect of ozonation on the soluble COD fractions, it must be noted that the oxidation of readily biodegradable COD takes place simultaneously with the transformation of slowly biodegradable COD and / or inert COD to readily XIIbiodegradable COD. Since only the net mechanisms can be experimentally assessed, the dominant mechanism can not be identified. The dyes used in textile dyebaths contain mostly organic matter that can not be biologically degraded. Therefore, the wastewater from dyebaths and subsequent rinsings corresponding to 22 % of the raw wastewater volume, are subjected to ozonation experiments. The ozonated dyebaths and subsequent rinsings wastewater and the remaining portion after the segregation of the dyebaths and subsequent rinsings are then used to prepare the composite samples on which the soluble COD fractionation tests are performed. A limited color removal with a high soluble inert COD removal is obtained with the ozonation of the wastewater from dyebaths and subsequent rinsings. The fed ozone, in this case, is approximately 1/5 of the ozone applied to raw wastewater. The systematic approach used in this study in terms of the identification of recoverable streams, treatment requirements for reuse, treatability of raw wastewater can be applied to other textile industries as a guideline.