Tekstil endüstrisi atık sularının yeniden kullanımına yönelik membran teknolojilerinin araştırılması
Investigation of membrane technologies for reuse of textile industry wastewater
Yazar: YASEMİN SARIĞIGÜZEL
Danışman: DOÇ. DR. BÜLENT SARI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE OĞUZ KÖROĞLU
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Tekstil endüstrisi gibi aşırı su tüketen sektörler için atıksuların arıtılarak yeniden kullanılması son yıllarda büyük ilgi çekmekte ve gelecekte de bir zorunluluk haline geleceği öngörülmektedir. Bu kapsamda atıksuların arıtılması ve yeniden kullanılmasına ilişkin ulusal ve uluslararası hedefler ve standartlar sürdürülebilir bir su kullanımı için sürekli güncellenmektedir. Bu çalışma, tekstil atıksularının membran teknolojileri ile arıtılabilirliğini ve yeniden kullanılma imkânlarını araştırmaktadır. Çalışmada Ultra Filtrasyon (UF), Nano Filtrasyon (NF) ve Ters Ozmoz (TO) membranları kullanılarak dört farklı arıtma senaryosu uygulanmıştır. İlk iki senaryoda, ön arıtma olmadan UF/NF/TO ardışık sistemi hem düşük basınç (sırasıyla 2, 6 ve 10 bar) hem de yüksek basınç (sırasıyla 5, 10 ve 15 bar) altında işletilmiştir. Son iki senaryoda ise, ön arıtma olarak koagülasyon ve sonrasında düşük basınç altında UF/NF/TO ve NF/TO sistemleri çalışılmıştır. Tüm arıtma senaryoları için kurulan sistemlerin akı ve geri kazanım oranları ile KOİ, AKM, Renk, TÇKM ve Eİ performansları incelenmiştir. Tekstil endüstrisi atıksularının yeniden kullanım kriterleri dikkate alındığında, ön arıtmasız yüksek basınçlı UF/NF/TO, ön arıtmalı düşük basınçlı UF/NF/TO ve NF/TO performanslarının yeterli olduğu tespit edilmiştir. Ön arıtmasız yüksek basınçlı UF/NF/TO sisteminde herbir membrandan elde edilen ortalama akılar sırasıyla 41,93, 67,76 ve 77,45 L/m2.saat; ön arıtmalı UF/NF/TO için sırasıyla 259,29, 35,2 ve 84,8 L/m2.saat; ön arıtmalı NF/TO için ise sırasıyla 62,48 ve 92,32 L/m2.saat olarak tespit edilmiştir. Bu üç farklı sistemin geri kazanım oranları sırasıyla %64, %66 ve %69'dur. Yüksek basınçta işletilen ön arıtmasız UF/NF/TO sisteminde Eİ, TÇKM, AKM, KOİ ve Renk giderimleri sırasıyla %88,82; %88,94; %100; %97,26; %99,82 olarak bulunmuştur. Ön arıtmalı UF/NF/TO ve NF/TO sistemleri için ise sırasıyla %96,17 ve %96,62 Eİ; %96,15 ve %96,57 TÇKM; %100 ve %100 AKM; %97,94 ve %97,8 KOİ; %99,99 ve %100 Renk giderimi sağlanmıştır. Suyun yeniden kullanımı için uygunluğu tespit edilen membran sistemlerinin ilave olarak ölçek büyütme ve maliyet analizi değerlendirmeleri de yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda, ön arıtmasız yüksek basınçlı UF/NF/TO sistemi 11.539.831,55 € ilk yatırım maliyeti ve 1,66 €/m³ işletme ve bakım maliyeti ile en uygun sistem olarak önerilmiştir.

Abstract:
For industries that consume excessive water such as the textile industry, the treatment and reuse of wastewater has attracted great interest in recent years and it is predicted that it will become a necessity in the future. In this context, national and international targets and standards regarding the treatment and reuse of wastewater are constantly updated for a sustainable use of water. This study investigates the treatability and reuse possibilities of textile wastewater with membrane technologies. In the study, four different treatment scenarios were applied using Ultra Filtration (UF), Nano Filtration (NF) and Reverse Osmosis (TO) membranes. In the first two scenarios, the UF/NF/TO cascade system without pretreatment was operated at both low pressure (2, 6 and 10 bar, respectively) and high pressure (5, 10 and 15 bar, respectively). In the last two scenarios, coagulation as pre-treatment and then UF/NF/TO and NF/TO systems under low pressure were studied. The flux and recovery rates, COD, TSS, Color, TDS and EC performances of the systems installed for all treatment scenarios were examined. Considering the reuse criteria of textile industry wastewater, it has been determined that the performances of high-pressure UF/NF/TO without pre-treatment, low-pressure UF/NF/TO and NF/TO with pre-treatment are sufficient. The average fluxes obtained from each membrane was determined as 41.93, 67.76 and 77.45 L/m2.h for the high pressure UF/NF/TO without pretreatment respectively; 259.29, 35.2 and 84.8 L/m2.h for pretreated UF/NF/TO respectively; and 62.48 and 92.32 L/m2.h for pre-treated NF/TO respectively. The recovery rates of these three different systems are 64%, 66% and 69% respectively. EC, TDS, TSS, COD and Color removals were found to be 88.82%, 88.94%, 100%, 97.26% and 99.82%,respectively in the UF/NF/TO system operated at high pressure. For the pre-treated UF/NF/TO and NF/TO systems, 96.17% and 96.62% for EC, 96.15% and 96.57% for TDS, 100% and 100% for TSS, 97.94% and 97.8% for COD, 99.99% and 100% for Color removal were achieved respectively. In addition, scale-up and cost analysis evaluations of the membrane systems, which were determined to be suitable for water reuse, were also carried out. As a result of the calculations, the high-pressure UF/NF/TO system without pre-treatment was suggested as the most suitable system with an initial investment cost of 11,539,831.55 € and an operation and maintenance cost of 1.66 €/m³.