Tekstil endüstrisi atıksularının geri kazanım potansiyellerinin yenilikçi yaklaşımlarla araştırılması
Investigation of recovery potentials of textile industry wastewater with innovative approaches
Yazar: SAIDOU KINDA
Danışman: DOÇ. DR. NAİM SEZGİN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su arıtma sistemleri = Waste water treatment systems ; Membran sistemler = Membrane systems ; Tekstil = Textile

Özet:
Son yıllarda, nüfus artışı, tarımsal faaliyetlerin yaygınlaşması, kentleşme ve endüstrileşmenin hızlanması gibi faktörler, küresel iklim değişikliği ile birleşerek içilebilir ve kullanılabilir su kaynaklarının hızla tükenmesine neden olmaktadır. Bu durum, gerekli suya erişimi her geçen gün daha da zorlaştırmakta ve temiz su temininde ciddi sıkıntılara yol açmaktadır. Temiz ve kullanılabilir suya ulaşmanın zorlaşması, ekonomik ve sosyal sorunların yanı sıra çevresel ve halk sağlığını tehdit eden önemli endişelere yol açmaktadır. Aynı zamanda, su kıtlığı endüstriyel verimliliği olumsuz etkileyerek insanoğlunun konforunu da tehlikeye atmaktadır. Bu sebeplerle, su kaynaklarının sürdürülebilir yönetimi, suyun daha verimli kullanımı ve arıtılmış suların yeniden değerlendirilmesi giderek daha kritik bir konu haline gelmektedir. Su, yalnızca canlıların temel ihtiyaçlarını karşılamakla kalmaz, aynı zamanda birçok endüstriyel sürecin ayrılmaz bir parçasıdır. Özellikle tekstil endüstrisi gibi sektörlerde, su hemen hemen her aşamada kritik bir rol oynar ve bu durum, büyük miktarlarda atıksu oluşumuna neden olmaktadır. Bu tür endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan atıksuların etkin bir şekilde yönetilmesi, arıtılması ve yeniden kullanılabilir hale getirilmesi, hem ekonomik açıdan hem de suyun sürdürülebilir kullanımı açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, tekstil endüstrisinde oluşan atıksuların geri kazanım potansiyelleri yenilikçi arıtma yöntemleriyle araştırılmıştır. Geri kazanılan atıksuların tekstil üretim süreçlerinde ve diğer alanlarda yeniden kullanım potansiyelleri de değerlendirilmiştir. Bu amaçlar doğrultusunda, bir tekstil fabrikasının üretim süreçleri, bu süreçlerde gerçekleşen su döngüsü ve mevcut atıksu arıtma tesisinin performansı örnek bir çalışma olması için detaylı bir şekilde incelenmiştir. Firmanın mevcut atıksu arıtma tesisinin var olan veya olması muhtemel olan sorunları ile ilgili yerinde gözlemler yapılmış ve ilgililer ile görüşmeler gerçekleştirilmiştir. Tesisin ham atıksu karakterizasyonuna bağlı olarak mevcut biyolojik arıtma tesisinin iyileştirme çalışmaları ve bu çalışmaların yaklaşık maliyetleri hesaplanmıştır. Tesisi iyileştirme çalışmaları kapsamda, besi maddesi eksikliğini gidermek için hayvansal (tavuk-güvercin gübresi) ve yapay gübreler (diamonyum fosfat (DAP),  DAP + üre karışımı) için muhtemel senaryolar oluşturulmuştur. Bu çalışmalar sonucunda,  mevcut biyolojik atıksu arıtma tesisinin besi maddesi eksikliği telafi etmek için olarak DAP + üre karışımının hem maliyet hem de verim açısından optimum olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında mevcut biyolojik atıksu arıtma tesisinin çıkış suyu kalitesinin artırılması yönelik daha yeni/yenilikçi arıtma sistemleri birlikte kullanım için tasarımlar gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda mevcut havalandırma havuzuna membran biyoreaktör (MBR) sisteminin ilave edilmesi ve maliyetleri (MBR tasarım adımları, tasarlanırken dikkate alınması gereken parametreler, gerekli tüm ekipman ve enstrümantasyon sistemleri dahil) detaylı bir şekilde incelenmiştir. MBR tasarım çalışmaları sonucunda, bugünün koşullarına göre yaklaşık 227.312,94 Euro kurulum maliyeti hesaplanmıştır. Bu çalışmanın son aşamasında ise atıksuyun geri kazanımı için MBR sonrası ters osmoz (RO) sistemi tasarlanmıştır. RO sisteminin tasarımında Water Application Value Engine (WAVE) projeksiyon programı kullanılmıştır. RO sisteminin ekonomik analizi için piyasa araştırması yapılmış (membran üreticilerden teklifler alınmış) ve sistem için gereken tüm ekipman, enstrüman ve tertibatlar belirlenmiştir. Atıksuyun MBR+RO sisteminde arıtıldıktan sonra tesiste proses suyu olarak kullanılabilmesi için gerekli parametreler dikkate alınarak ve RO sisteminde tek kademe iki aşamalı membranlar kullanılması durumunda 600 m3/gün besleme suyunun %70'i kadarı geri kazanacak şekilde tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda kırklık (40 ft) konteynerin içinde tasarlanan ters osmoz sisteminin maliyeti 113.670,61 Euro olarak hesaplanmıştır. Dolayısıyla, atıksu geri kazanımı için toplam maliyet (MBR+RO) 340.983,55 Euro olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, incelenen tesis için tasarımı gerçekleştirilen arıtma sistemleri sonucunda geri kazanılan suyun sistemde proses suyu olarak kullanılan kuyu suyunun yerine kullanılabileceği görülmüştür. Ayrıca, bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre tesisin hem su ayak izinin düşürülebileceği hem de gelişmekte olan sıfır sıvı deşarj (ZLD) konseptine uyum sağlanabileceği söylenebilir.

Abstract:
In recent years, factors such as population growth, the expansion of agricultural activities, urbanization, and accelerated industrialization, combined with global climate change, have led to the rapid depletion of potable and usable water resources. This situation increasingly hinders access to necessary water supplies, resulting in significant challenges in securing clean water. The difficulty in accessing clean and usable water not only gives rise to economic and social issues but also raises critical environmental and public health concerns. Additionally, water scarcity negatively impacts industrial efficiency, thereby endangering human comfort. For these reasons, sustainable management of water resources, more efficient water usage, and the recycling of treated wastewater are becoming increasingly critical topics. Water not only meets the basic needs of living organisms but is also an integral part of many industrial processes. In particular, in sectors such as the textile industry, water plays a critical role at almost every stage, leading to the generation of large volumes of wastewater. Effective management, treatment, and reuse of wastewater resulting from such industrial activities are of great importance, both economically and for the sustainable use of water. In this study, the recovery potential of wastewater generated in the textile industry was investigated using innovative treatment methods. The potential for reusing the recovered wastewater in textile production processes and other areas was also evaluated. For these purposes, the production processes of a textile factory, the water cycle within these processes, and the performance of the existing wastewater treatment plant were examined in detail as a case study. On-site observations were made, and interviews were conducted with relevant personnel regarding the current or potential issues of the factory's existing wastewater treatment plant. Based on the characterization of the raw wastewater, improvement studies for the existing biological treatment plant were conducted, and the approximate costs of these studies were calculated. As part of the improvement efforts, potential scenarios were developed to address nutrient deficiencies using animal (chicken-pigeon manure) and synthetic fertilizers (diammonium phosphate (DAP), DAP + urea mixture). The results of these studies identified the DAP + urea mixture as the most cost-effective and efficient option for compensating for nutrient deficiencies in the existing biological wastewater treatment plant. In the second phase of the study, designs were developed for the combined use of newer/innovative treatment systems to enhance the quality of the effluent from the existing biological wastewater treatment plant. In this context, the addition of a membrane bioreactor (MBR) system to the existing aeration basin was examined in detail, including costs (MBR design steps, parameters to consider during design, and all necessary equipment and instrumentation systems). The MBR design studies estimated a capital cost of approximately €227,312.94 under current conditions. In the final phase of this study, a reverse osmosis (RO) system was designed for the recovery of wastewater following the MBR treatment. The Water Application Value Engine (WAVE) projection sofware was used in the design of the RO system. For the economic analysis of the RO system, market research was conducted (offers were obtained from membrane manufacturers), and all required equipment, instrumentation, and fittings for the system were identified. The design, considering the necessary parameters for using the treated water as process water within the plant after treatment in the MBR + RO system, was conducted such that 70% of the 600 m³/day feed water would be recovered using single-stage, two-pass membranes. The cost of the reverse osmosis system, designed within a 40-foot container, was estimated at €113,670.61. Therefore, the total cost for wastewater recovery (MBR + RO) was found to be €340,983.55. As a result, the treatment systems designed for the examined facility indicate that the recovered water can be used in place of well water as process water within the system. Furthermore, based on the findings of this study, it can be stated that the facility's water footprint can be reduced, and compliance with the emerging Zero Liquid Discharge (ZLD) concept can be achieved.