Seramik karo üretiminde atık su arıtma keklerinin geri kazanımının çevresel boyutu
Environmental impact of waste water treatment cakes recovery in ceramic tile production
Yazar: ELİF GÖKHAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ALİ KÜÇÜKER
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Seramik üretimi sırasında oluşan atık çamur önlenemeyen bir yan üründür. Bu atıkların kaynağında toplanma, stoklanma ve çevresel olumsuz etkileri mevcuttur. Bu tür yan ürünlerin hammadde olarak üretim sürecine dahil edilmesi hem atıkların bertaraf edilmesi hem de hammadde gereksiniminin düşürülmesi açısından büyük önem arz etmektedir. Böylelikle sınırlı doğal kaynakların verimli kullanımı sağlanarak doğal kaynakların sürdürülebilirliğine katkı sunulacak aynı zamanda hammadde edinim ve hazırlama süreçlerindeki enerji, işçilik vb. maliyetlerin azaltılması sağlanacaktır. Bu çalışmada Kaleseramik firmasının Çan'da bulunan fabrikasında oluşan atık suların arıtma proseslerinden geçirilerek elde edilen atık keklerinin seramik üretim sürecinde kullanılmak suretiyle geri kazanımının sağlanması sonucu oluşacak çevresel etkiler incelenmiştir. Bunun için öncelikle arıtma kekinin üretim içerisinde tekrar kullanılabilirliği araştırılmıştır. Döngüsel ekonomi yaklaşımı içinde üretim sırasında oluşan atıkların atık olarak değil yan ürün olarak değerlendirilerek geri kazanımı kuşkusuz, hem ekonomik anlamda hem de çevresel açıdan kazanımlar sağlamaktadır. Seramik üretiminde de arıtma keklerinin atık vasfından çıkarılarak yan ürün olarak tekrar aynı üretim içerisinde geri kazanımı pek çok bakımdan maliyetlerin düşürülmesini sağlayacak, bu ekonomik faydanın yanı sıra çevresel kazanımların da elde edilmesini sağlayacaktır. Bu çalışmada atık kekin değişik oranlarda geri kazanımı denemeleri yapılarak elde edilecek nihai geri kazanım oranında oluşacak çevresel boyut ortaya koyularak geri kazanım olmaksızın üretilen standart karo ile karşılaştırma yapılmıştır. XRF analizi ile elde edilen keklerin kimyasal olarak Si, Al, Ti, Fe, Na, K, Mg, Ca, Zr ve Zn gibi metallerin oksit olarak yüzdesel miktarları ve XRD analizleri ile de malzemelerin kristallografik özelliklerinin ve içerdikleri fazların belirlenmesi sağlanmıştır. Ayrıca elde edilen keklerin renk, koku, su içeriği, özgül ağırlığı, tanecik boyutu gibi fiziksel özellikleri incelenmiştir. Daha sonra toplanan kekler, üretim içerisinde yer alan seramik karo reçetesine belirli oranlarda girilerek yeni reçeteler oluşturulmuştur. Hazırlanan seramik karışım çamurlarının katı kütlesi, yoğunluk, viskozitesinin yanında kimyasal özellikleri çeşitli analizler ile belirlenmiştir. Üretim içerisinde yer alan mevcut reçetelere belirli oranlarda (%5, %10, %15, %20 ve % 25) arıtma keki katılarak farklı seramik karışım çamurları elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen bu kompozisyonların laboratuvar koşullarında tabletleri hazırlanarak belirli fırın şartlarında pişirilip küçülme, su emme ve renk değişimi gibi özellikleri belirlenmiş, arıtma keki içermeyen standart örnekleriyle karşılaştırılmış ve en uygun karışım oranı %20 olarak bulunmuştur. Atık kek ile yapılacak üretime benzer olarak, nihai geri kazanım oranında elde edilen geri kazanım içerikli seramik karonun çevresel etkileri ile standart karonun çevresel boyutu teorik olarak hesaplanmıştır. Bu çevresel boyut, üretim için gerçekleşen doğal kaynak tüketimi, hammadde kullanımı, hammadde taşıma ve üretim faaliyetleri kaynaklı sera gazı emisyonları gibi çevresel etkilerdir.  Seramik çamuruna %20'lik bir atık kek ilavesi yapıldığında teorik hesaplamalara göre elektrik tüketiminde toplam yıllık 536.506-751.108 kWh ve motorin tüketiminde toplam yıllık 23.667-33.133,8 lt azalma söz konusudur. Dolayısıyla elektrik tüketimi ve motorin tüketimindeki azalma sayesinde karbondioksit emisyonlarında toplamda yıllık 297,2-416,1 ton CO2 azalma gerçekleştirilebilir. Böylece çevreye duyarlı ve doğal kaynakların korunduğu bir seramik üretimi için adımlar atılabilir.

Abstract:
Waste sludge generated during ceramic production is a byproduct that cannot be prevented. These wastes have collection, storage and environmental adverse effects at the source. The inclusion of such by-products as raw materials in the production process is of great importance both in terms of disposal of waste and reducing the raw materials. Thus, it will contribute to the sustainability of natural resources by ensuring the efficient use of limited natural resources, as well as energy and workmanship in the raw material acquisition and preparation processes costs will be reduced. In this study, the environmental effects of recycling the waste cakes obtained by passing the treatment processes of the wastewater generated at the factory of Kaleseramik in Çan were investigated. For this aim, first of all, the reusability of treatment cake in production was tested with a high level of recovery rate. Within the circular economy approach, recycling of waste generated during production is considered as a by-product and undoubtedly provides both economic and environmental benefits. In the ceramic production, the removal of the treatment cakes from the waste qualification and the recovery of the byproducts in the same production as a by-product decreased the costs in many respects, and this provides environmental benefits as well as economic benefits. In this study, it was compared with the standard tile produced without recovery by revealing the environmental impact that occurs at the final recovery rate to be obtained by recycling the waste cake at different ratios. XRF (X-ray fluorescence) and XRD (X-ray diffraction) analyzes were performed in order to charactarize the treatment cake. The chemical content of the cakes obtained by XRF analysis was determined as oxide percentages of metals such as Si, Al, Ti, Fe, Na, K, Mg, Ca, Zr and Zn and crystallographic properties of the materials. In addition, the physical properties of the cakes obtained such as color, odor, water content, specific gravity, particle size were examined. Then, the collected treatment cakes were entered into the ceramic tile recipe in the production in certain proportions (5%, 10%, 15%, 20% ve 25%) and new recipes were created. The solid mass, density, viscosity, and chemical properties of the prepared ceramic mixture slurries were determined. Different ceramic mixture slurries were obtained by adding wastewater treatment cake at certain rates to the existing recipes in the production. Later, tablets of these compositions obtained were prepared under laboratory conditions and their properties such as shrinkage, water absorption and color change were determined by cooking under certain firing conditions and were compared with standard samples without waste cake and 20 % was found as an optimum ratio. Environmental dimension is evaluated and environmental impacts such as natural resource consumption for production, raw material use, raw material transportation and greenhouse gas emissions from production activities were considered. When the 20% waste cake was added to the ceramic sludge, a total annual reduction of 536.506-751.108 kWh in electricity consumption and a total annual reduction of 23.667 -33.133,8 lt in diesel consumption were calculated theoretically. Therefore, a total of 297,2-416,1 tons of CO2 per year can be achieved in carbon dioxide emissions by reducing electricity consumption and diesel consumption. These kinds of steps can be taken to produce an environmentally friendly ceramic.