Selüloz içeren atık malzemelerın petrol kirliliği arıtımında kullanılabilirliği
Use of cellulosic waste materials in oil sorbent production
Yazar: GÜLÇİN DEMİREL BAYIK
Danışman: PROF. DR. AHMET ALTIN
Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Katı atıklar = Solid wastes ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Sürdürülebilir çevre = Sustainable environment ; Çevre = Environment

Özet:
Dünyanın en büyük endüstri dallarından biri olan kağıt endüstrisi, ürettiği katı, sıvı ve gaz atıklarla önemli bir çevre kirliliği kaynağıdır. Üretim sürecinde ortaya çıkan sera gazları, atık sular ve muhtelif katı atıkların uygun biçimlerde yönetilmesi sürdürülebilirlik açısından önem arz etmektedir. Kağıt endüstrilerinden ortaya çıkan katı atıklar yongalama tesisinden çıkan kabuk ve talaş, atıksu artıma tesisisnden belt filtre atıkları, eski kağıt işleme tesisinden çıkan rejektler ve kül cüruf gibi muhtelif atıklardır.  

Bu çalışmanın amacı, kağıt endüstrisinden ortaya çıkan atık türlerinden biri olan eski kağıt işleme tesisi rejektlerinin, mekanik ve kimyasal yollarla iyileştirilerek petrol sorpsiyon kapasitesinin belirlenmesi ve petrol sorplayıcı malzeme olarak kullanım olanaklarının araştırılmasıdır. Bu amaçla Zonguldak İli Çaycuma ilçesinde bulunan OYKA Kağıt Ambalaj Tesisindeki katı atıkların değerlendirilmesi uygun görülmüştür. 
Çalışmanın ilk basamağında atık malzemenin petrol sorpsiyon kapasitesinin arttırılması amacıyla mekanik işlemler uygulanmıştır. Bu işlemler atık malzemenin yüzey alanının ve buna bağlı olarak petrol sorpsiyon kapasitesinin arttırılmasını sağlamıştır. Mekanik işlemler uygun kabartma koşullarının belirlenmesi amacıyla optimum nem içeriği ve kabartma süresinin belirlenmesi aşamalarından oluşmaktadır. Çalışmanın ikinci basamağında, doğal yapısından dolayı su ve petrolü aynı anda sorplama özelliği bulunan atık malzemenin, su sorplama miktarının azaltılması amacıyla organosilan çözeltileri ile kimyasal yüzey kaplama işlemleri uygulanmıştır. Çalışmanın üçüncü basamağında, kullanılmış sorbentlerin bertaraf yöntemlerinin değerlendirilmesi ve bünyesinde bulunan petrol miktarından faydalanılabilmesi amacıyla ek yakıt olarak kullanma ve pirolize uğratılarak farklı ürünlere dönüştürülmesi seçenekleri değerlendirilmiştir. Ek yakıt olarak kullanım seçeneğinin değerlendirilmesinde kalori bombası ile elde edilen kalori değerleri esas alınmıştır. Piroliz sürecinin değerlendirilmesinde ise en yüksek sıvı veriminin elde edildiği sıcaklık belirlenerek bu sıcaklıkta ortaya çıkan katı ve sıvı ürünlerin analizi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın dördüncü ve son basamağında ise mekanik işlem görmüş ve yüzey kaplaması yapılmış malzemenin birim üretim maliyetleri belirlenmiştir. 

Çalışma sonucunda kağıt endüstrisinden oluşacak lifli atık malzemenin sorbent olarak kullanıma uygun olduğu belirlenmiştir. Farklı petrol türevleri için 9-13 g/g arasında petrol sorpsiyon kapasitesine sahip olan atık malzemenin su sorpsiyon kapasitesi ve su içerisinde batma eğilimi yüzey işlemleri sonucunda azaltılabilmektedir.  Ayrıca malzemenin yeniden kullanım ve petrol geri kazanım seçenekleri de değerlendirilmiştir. Malzemenin yeniden kullanılamamaktadır, ancak bünyesinde bulunan petrol uygun yöntemlerle %70 oranında geri kazanılabilmektedir. 

Piroliz sonucunda elde edilen sıvı ürünler içerisinde bulunan temel kimyasal gruplar: hidroksaldehitler, hidroksi-ketonlar, şeker ve susuz şekerler, karboksilik asitler ve fenolik bileşiklerdir. Piroliz sonucu elde edilen ürünler uygun saflaştırma ve modifikasyon işlemlerinin ardından ısı ve elektrik üretimi, sentetik gaz üretimi ve pek çok kimyasal üretimi gibi alanlarda kullanılabilmektedir. 
Sorbent herhangi bir petrol türevi üzerine uygulandıktan sonra farklı petrol türevleri için 30-40 Mj/kg arasında değişen oldukça yüksek ısıl değere sahip bir atık malzeme ortaya çıkmaktadır. Bu malzeme atıktan türetilmiş yakıt üretme tesislerinde kullanılabilecek niteliktedir.

Abstract:
Paper industry is one of the world's largest industries and a major source of environmental pollution with solid, liquid and gaseous wastes produced. The management of greenhouse gases, wastewater and various solid wastes in the production process is quite important in terms of sustainability. There are various solid wastes from paper industries such as crust and sawdust from chipmunization plant, belt filter from wastewater treatment plant, rejects from old paper processing plant and ash slag.

The aim of the study is to investigate the usage of old paper processing plant rejects as oil sorbent after mechanical and chemical processes. For this purpose, solid wastes at OYKA Paper Packing Facility located in Çaycuma/Zonguldak was used. 

First step of the study focuses on the mechanical processes to increase oil sorption capacity of the waste material. These processes increased the surface area of the waste material and thus the oil sorption capacity. A two-step mechanical process was applied to determine the optimum moisture content and fluffing period for maximum oil sorption. 
Rejects have both oil and petroleum sorption ability due to its natural structure. For this reason, water sorption capacity of the material was decreased by organosilane coupling at the second step of the study. Alternative disposal options of the used sorbents and alternative utilization options of the oil in the sorbent structure were examined at the third step. Combustion at industrial boilers and conversion to valuable products by means of pyrolytic processes were investigated. The calorific value of the used sorbent was determined by a bomb calorimeter. Temperature of the pyrolytic conversion process was optimised to obtain the highest liquid yield.  Solid and liquid products were analysed at that temperature. In the fourth and final step of the tstudy, production cost was determined for the mechanically processed and surface coated material.

As a result, it was concluded that fibrous waste material from paper industry is suitable for sorbent production. Oil sorption capacity of the sorbent changes between 9-13 g / g for different petroleum derivatives. Surface coating decreases water sorption capacity and sinking tendency in water.  Sorbent material cannot be reused, but the 70% percent of the oil in the sorbent structure can be recovered by suitable methods.

The basic chemical groups present in pyrolytic liquid are: hydroxyaldehydes, hydroxy-ketones, sugars and anhydrous sugars, carboxylic acids and phenolic compounds. Pyrolysis products can be used in heat and electricity production, synthetic gas production and various chemical production processes after appropriate purification and modification processes. When the sorbent is applied on any petroleum derivative, calorific value increases significantly. 30 to 40 Mj / kg heating values were measured after use on different petroleum products. Therefore, this waste material can be used in refused-derived fuel industry.