Tekstil sektöründe entegre kirlilik önleme ve kontrolü ve temiz üretim uygulamaları
Applications of integrated pollution prevention and control and clean production in textile industry
Yazar: EMRAH ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. MEHMET KİTİŞ ; YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA KARABOYACI
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Tekstil endüstrisi karmaşık üretim proseslerinden ve çok sayıda alt sektörden oluşan heterojen bir yapıya sahiptir. Tekstil üretim proseslerinde su, enerji ve kimyasal tüketimleri yoğun olmakla birlikte işlenen lif türü-formuna, uygulanan tekniklere ve teknolojilere bağlı olarak değişmektedir. Dolayısı ile endüstriden kaynaklanan çevre sorunlarının başında yüksek kaynak tüketimleri, çevresel deşarjlar ve emisyonlar gelmektedir. Günümüzde endüstriyel aktivitelerin çevre üzerinde oluşturduğu negatif etkilerin azaltılmasında "kirlilik kontrolü" ve "temiz üretim" olmak üzere iki temel yaklaşım öne çıkmaktadır. Kirlilik kontrolü yaklaşımı, kirliliği daha iyi tanımlanmasına, arıtma ve bertarafına odaklanmaktadır. Bu yaklaşım özellikle küçük-orta ölçekli işletmeleri ekonomik ve teknik açılardan oldukça zorlamakta ve endüstriyel kirlenmenin minimize edilmesinde çoğu zaman yetersiz kalabilmektedir. Temiz üretim yaklaşımı ise kirliliği proje, kaynak kullanımı ve üretim proseslerindeki yetersizlik, verimsizlik ve etkisizliğin bir sonucu olarak görmektedir. Bu nedenle temiz üretim yaklaşımı, kirliliğin kaynağında önlenmesini ve çevrenin bir bütün olarak korunmasını ilke edinmektedir. İşletmelerde temiz üretimin yapılandırılması ile teknik, çevresel ve ekonomik performanslarda önemli artışlar sağlanabilmektedir. Ayrıca temiz üretim, yerine getirilmesi gereken çevresel standartlar/limitlerin karşılanması konusunda işletmelere önemli avantajlar sağlayabilmektedir.
Türk imalat sanayinde ve ekonomisinde tekstil endüstrisi oluşturduğu katma değerler ve ihracat gelirleri açısından önemli bir yere sahiptir. Ayrıca, Türkiye, Avrupa'nın en önemli tekstil tedarikçisi konumundadır. Avrupa Birliği (AB) tam üyelik sürecindeki Türkiye'de mevcut yasal alt yapının AB standartlarına uyumlaştırılması çalışmaları devam etmektedir. Bu kapsamda "Integrated Pollution Prevention and Control Directive-IPPC (96/61/EC)" uyumlaştırma sürecinde değerlendirilen başlıca direktiflerden olmuştur. Direktif, oluşan endüstriyel kirliliğin kaynağında entegre bir yaklaşımla önlenmesinde "mevcut en iyi tekniklerin (MET/BAT)" uygulanmasını esas almaktadır. MET'lerin temelini ise, çevreyi korumak için uygun tekniklerin seçimi ile çevresel fayda ve maliyetler arasında bir denge sağlanması oluşturmaktadır. IPPC Direktifi'nin ve MET'lerin sektöre uyumunu kolaylaştırmak ve hızlandırmak amacıyla AB IPPC Bürosu tarafından sektörel BAT Referans Dokümanları (BREF) hazırlanmıştır. IPPC Direktifi 2010 yılında hazırlanan ve yedi adet ayrı direktifi de kapsayacak biçimde, Endüstriyel Emisyonlar Direktifi (IED, 2010/75/EU) olarak yeniden düzenlenmiştir. Türkiye'nin AB tam üyelik sürecinde henüz IED ulusal mevzuata aktarılmamış olsa da, Türkiye'de Tekstil Sektöründe Entegre Kirlilik Önleme ve Kontrolü (TSEKÖK) Tebliği'nin 2011 yılında yürürlüğe girmesiyle, söz konusu direktifin uyumlaştırılması anlamında bir aşama kaydedilmiştir. Türkiye'de IPPC/IED uyumlaştırma takvimine göre 2015 yılında entegre izne geçiş sürecinin ve 2018'de söz konusu direktiflere tam uyumlaştırmanın tamamlanması planlanmaktadır. Bu kapsamda ülkemizde IPPC/IED uyum sürecinin daha kolay ve başarıyla tamamlanması adına endüstriyel uygulama örneklerine, yeni teknik ve yöntemlerin geliştirilmesine, sektörel temiz üretim kılavuz dokümanlarının hazırlanmasına ve uygulayıcılar için yol gösterici bilimsel çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu tez çalışmasında farklı tekstil alt sektörlerinde faaliyet gösteren üç tekstil işletmesinde temiz üretim çalışmaları yürütülmüştür. Söz konusu işletmelerden ilki Isparta İli'nde faaliyet göstermektedir. İşletmede ağırlıklı olarak akrilik-yün halı-el örgü ipliği üretimi ve iplik terbiye-boyaması yapılmaktadır. Diğer iki tekstil işletmesi ise ülkemizde tekstil üretiminde önde gelen illerimizden olan Denizli İli'nde faaliyet göstermektedir. Söz konusu işletmelerde ağırlıklı olarak pamuklu ve poliester dokuma-örgü kumaş terbiyesi-boyaması yapılmaktadır. Her bir tekstil işletmesinin üretim kapasiteleri 10 ton/gün'ün üzerindedir. İşletmelerde yürütülen temiz üretim çalışmaları üç temel iş paketinden oluşmuştur. Birinci iş paketi kapsamında her bir işletmede yerinde yapılan incelemeler ile işletmelerin detaylı mevcut durum analizleri yapılmıştır. Bu kapsamda proses girdilerinin (su, enerji, kimyasal, ham tekstil materyali vb.) ve çıktılarının (atıksu, atık gaz, atık ısı, katı atık vb.) nitelik ve nicelikleri belirlenmiştir. Her bir işletmede hamsu ve yumuşatılmış sulardan farklı periyotlarda numuneler alınarak pH, elektriksel iletkenlik, sertlik, toplam organik karbon (TOC) vb. parametreleri analiz edilmiştir. Böylelikle iyon değiştirici reçinelerinin performansları değerlendirilmiş ve üretim proseslerinde kullanılan yumuşatılmış su kalitesi belirlenmiştir. Ayrıca işletmelerde prosesler bazında tüm atıksu kaynaklarından üretimde kullanılan reçeteler göz önünde bulundurularak farklı periyotlarda numuneler alınmıştır. Atıksu numunelerinin pH, elektriksel iletkenlik, KOİ, AKM ve renk parametreleri analiz edilmiştir. Buna göre işletmelerde oluşan atıksuların geri kazanım/tekrar kullanım (arıtılarak/direk geri kullanım) potansiyelleri değerlendirilmiştir. İşletmelerde özellikle yıkama-durulama atıksularının önemli bir bölümünün aynı proseste veya yeni boyama banyolarının hazırlanmasında direk geri kullanılabilineceği (arıtılmadan) belirlenmiştir. Kompozit atıksulardan da numuneler alınarak pH, elektriksel iletkenlik, toplam çözünmüş katılar (TDS), KOİ, AKM, toplam azot (TN), toplam fosfor (TP), renk vb. parametreleri analiz edilmiştir. Yapılan tüm su ve atıksu analizlerinde Standart Metotlar kullanılmıştır. Prosesler bazında oluşan atıksuların spesifik kirlilik yükleri hesaplanmıştır. Ayrıca her bir işletmede kimyasal envanteri çalışmaları yürütülmüş ve işletme kullanılan tüm kimyasalların "malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS)" incelenmiştir. Bu kapsamda işletmelerde kullanılan kimyasalların biyodegradasyon, eliminasyon oranları ve toksisite özellikleri (LC50, LD50, EC50 ve IC50) değerlendirilmiştir. Böylelikle çevre ve insan sağlığı açısından riskli kimyasallar tespit edilmiştir. Ayrıca, işletmelerde prosesler bazında spesifik ısıl ve elektrik enerjisi tüketimleri ile spesifik atık ısı, atık gaz emisyonları ve katı atık miktarları hesaplanmıştır.İşletmelerde mevcut yönetim uygulamaları da incelenmiştir. Prosesler bazında kütle-enerji denklikleri oluşturulmuştur.
Tez çalışmasında ikinci iş paketinde işletmenin mevcut durum analizi sonuçlarına göre temiz üretime uygunluğu değerlendirilmiştir. Bu kapsamda her bir işletme için spesifik performans kriterleri literatürde ve IPPC BREF dokümanında yer alan benzer üretim yapısına sahip işletmeler bazında karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Bu sayede tekstil işletmelerinde temiz üretim uygulamaları ile sağlanacak potansiyel tasarruflar/faydalar belirlenmiştir. Ayrıca işletmelerde ihtiyaç duyulan temiz üretim önerilerinin temel perspektifi oluşturulmuştur. Tez çalışmasının üçüncü iş paketinde ise her bir işletme özelinde teknik, ekonomik ve çevresel performansların artırılmasında ihtiyaç duyulan temiz üretim önerileri (iyi yönetim uygulamaları, su ve enerji tüketimlerinin optimizasyonu ve minimizasyonu, kimyasal tüketimi minimizasyonu ve değişimi, makine modifikasyonu, boru-sonu arıtım teknikleri) belirlenmiştir. Bu kapsamda üç aşamalı istatistiksel yöntemler (Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemi-ÇKVM, Kriter Ağırlıklandırma Metodu-KAM, Basit Sıralama Metodu-BSM ve Ağırlıklandırılmış Toplama Metodu-ATM) kullanılmıştır. Sonuçta işletmeler özelinde belirlenen nihai "mevcut en iyi teknikler-MET/BAT" işletme yetkilileri ile birlikte tekno-ekonomik ve uygulanabilirlik açılarından değerlendirilmiştir. Belirlenen nihai MET'ler ile sağlanacak potansiyel teknik, çevresel ve ekonomik tasarruflar/faydalar değerlendirilmiştir. Ayrıca her bir nihai MET önerisi için geri ödeme süreleri belirlenmiştir. İşletmelerde su tüketimlerinde %35-65, enerji tüketimlerinde %11-34, kimyasal tüketimlerinde %16-43 oranlarında tasarruflar sağlanacağı hesaplanmıştır. Ayrıca atıksu miktarlarında %31-66, atıksu kirlilik yükünde %26-72, atık gaz emisyonlarında %12-38, katı atık miktarlarında %5-20, oranında potansiyel azalmalar sağlanacağı belirlenmiştir. İşletmelere önerilen çeşitli nihai MET'lerin geri ödeme sürelerinin ise 1-36 ay olacağı belirlenmiştir.
Bu çalışmada elde edilen temel sonuçlara dayanarak, endüstrilerde temiz üretimin yapılandırılması ile kaynak kullanımları ve atıklar/emisyonlarda önemli ölçüde iyileşmeler sağlanabilmektedir. Ancak endüstrilerde temiz üretimin yapılandırılmasında bazı önemli noktalara dikkat edilmesi gerekmektedir. Bunlar; prosesler bazında detaylı temiz üretim etütlerinin yapılması ve mevcut performansların değerlendirilmesinde doğru yöntemlerin seçilmesidir. Bu sayede işletmeler özelinde en yüksek teknik, çevresel ve ekonomik tasarruf/faydayı sağlayacak temiz üretim önerileri seçilebilir. Ayrıca başarılı temiz üretim uygulamaları ile endüstriyel işletmelerin üretim maliyetleri azaltılmakta ve rekabet güçleri mümkün olduğunca artırılabilmektedir. Ulusal çevre mevzuatımızda temiz üretim yaklaşımına dair uygulamaların daha aktif kullanımının ve denetiminin sağlanması, temiz üretimin "çevresel etki değerlendirme (ÇED)" sürecine adapte edilmesi ile önemli avantajlar sağlanabilir. Gelecekte diğer tekstil alt sektörlerinde ve farklı endüstrilerde temiz üretim çalışmaları yapılmalıdır. Ayrıca endüstriyel uygulayıcılar için faklı temiz üretim teknikleri ve değerlendirme metotlarını içeren kılavuz niteliğinde bilimsel çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
Textile industry has heterogeneous structure with complex production chains and consists of many sub-sectors. Water, energy and chemical consumptions are intensive and specific consumptions can be variable depending on fiber form, applied techniques and technologies in textile production processes. Thus, high resource consumption, environmental discharges and emissions can be listed as the major environmental concerns of textile industry. Nowadays, "pollution control" and "clean production" approaches stand out for the reduction of the negative effects of industrial activities on the environment. Pollution control approach is mainly focused on better definition of pollution and improved treatment and disposal strategies This approach is generally ineffective in terms of pollution minimization and bring technical and economical difficulties for small-medium sized industrial companies. According to the cleaner production approach pollution is a result of project, resource consumption and inefficiency, failure, ineffectiveness in the production processes. Therefore, main principle of the clean production approach is the prevention of pollution at the source and integrated protection of environment. Technical, environmental and economical performances of industrial companies can be increased with the application of clean production strategies. In addition, clean production provides advantages in terms of legal discharge standards/limits.
Textile industry has a significant role in Turkish manufacturing industry and economy because of the significant export incomes. Turkey is one of the most important textile suppliers of Europe. Within the Turkey's efforts for the on-going European Union (EU) accession process, harmonization of current legal infrastructure with EU standards is underway. In this context, Integrated Pollution Prevention and Control Directive-IPPC (96/61/EC) which was published in 1996 by EU, was the main directive which has been evaluated during the harmonization procedure of EU accession process. Directive is based on "best available techniques (BAT/MET)" approach for the prevention of pollution at source. The basis of the MET on the selection of appropriate techniques to protect the environment and obtain a balance between environmental benefits and costs. Sectoral BAT References Documents are published by EU IPPC Bureau for IPPC directive and MET to facilitate compliance with industry. IPPC directive is rearranged as "IndustrialEmissions Directive-IED (2010/75/EU)" which includes seven different directives in 2010. IED has not been introduced to Turkish legislation but the first step has been taken with the publication of "Integrated Pollution Prevention and Control in Textile Sector Communiqué (Turkish BREF)" in 2011 for the harmonization of directive in Turkey. According to harmonization calendar, it is planned that the integrated permission process will be completed in 2015 and entire harmonization process will be completed in 2018. Thus, cleaner production implementations, development of new cleaner production techniques and methodologies, preparation of sector based manuals and documents and related scientific studies were needed for legislators and stakeholders on behalf of the successful harmonization process of Turkey on IPPC-IED directives.
In this thesis study, cleaner production assessment studies were conducted in three textile mills which serve for different textile sub-sectors. The first studied textile mill, located in the City of Isparta, mainly produces acrylic/wool hand knitting and carpet yarn with subsequent finishing-dyeing. The other two studied mills, located in Denizli province where is the major textile manufacturer and exporter in Turkey, were employing cotton and polyester weaving-knitting fabric and subsequent finishing-dyeing. Total production capacities of the mills were over 10 ton/day. Studies were consisted of three working package. In the first working package of the study, on-site investigations were performed. Production processes analyses were performed in detail. Specific consumptions (water, energy, chemical etc.) and waste/emissions (wastewater, waste flue gas, waste heat, solid waste etc.) were determined in all studied mills. Groundwater and softened groundwater samples were collected and pH, conductivity, hardness, total organic carbon (TOC) etc. parameters were analyzed. Thus, performance of ion-exchanger unit was evaluated and softened water quality requirements of wet processes were determined. Moreover, all wastewater generation points were determined and wastewater samples were collected in different periods to represent different dyeing recipes. Wastewater samples pH, conductivity, chemical oxygen demand (COD), total suspended solid (TSS) and color parameters were analyzed. According to the results, recovery/reuse (with treatment or without treatment) potentials of wastewaters were evaluated in the mills. Washing-softening wastewaters can be directly reused (without treatment) in the procedure of new dye-bath preparation. Composite wastewater samples were also collected in different periods and parameters of pH, conductivity, total dissolved solid (TDS), COD, TSS, total nitrogen (TN), total phosphorous (TN) and color etc were analyzed. All water and wastewater analyses were performed according to the Standard Methods. Specific pollutant loads of wastewater were calculated based on the wet process. Thus, a chemical inventory study was also conducted and material safety data sheets (MSDSs) were investigated, especially based on biodegradability, bioaccumulation and toxicity (LC50, LD50, EC50 and IC50). In the studied mills, specific thermal and electric energy consumptions were calculated. Moreover, specific waste heat, waste flue gas emissions and solid waste value based on the production processes were also determined in the mills. On the other hand, management practices were also investigated. Company-wide mass-energy balance analyses were performed on production inputs and outputs of all studied mills.
In the second working package of this thesis, performances of the studied mills were evaluated in terms of cleaner production assessments. In this context, determined specific performance criteria in the mills were compared with similar mills and IPPC BREF document. Thus, potential reduction and benefits and main perspective of suggested cleaner production techniques were determined in the mills. In the third work package of the study, cleaner production suggestions (good management practices, water and energy consumption optimization/minimization, chemical minimization and substitution, machinery modifications, end of pipe treatment) were determined on the basis of IPPC BREF and Turkish BREF documents. In this context, three statistical methods (Multi-Criteria Decision Making-MCDM, Simple Ranking Method-SRM, Weighting Criteria Method-WCM, and Weighted Sum Method-WSM) were used. In addition, suggested "best available techniques-BATs" were discussed with facility management in terms of techno-economics and practical applicability. Identified BATs were evaluated in terms of potential environmental, technical and economical benefits/reductions. Potential pay-back periods of the BATs were calculated for each suggested BAT. Thus, technical, environmental and economical reductions/benefits can be obtained with BAT techniques in the mills. After the implementations of suggested BATs, following reductions can be achieved; water consumption: 35-65%, energy consumption: 11-34%, chemical consumption: 16-43%, wastewater flowrate: 31-66%, wastewater pollutant load: 26-72%, waste flue gas emission: 12-38% and solid waste generation: 5-20%. It was found that by the application of various suggested BATs the pay-back period of such investments is ranged between 1-36 months.
Based on the overall results obtained in this study, significant reductions in resource consumption, waste generation and emissions could be achieved with the implementation of cleaner production approach in industrial production processes. However, it should be underlined that the most critical points of the implementation of cleaner production approach were; conducting detailed cleaner production studies and selection of appropriate performance assessment methods. Therefore, best cleaner production technique in terms of technical, economical and environmental aspects can be selected. Successful implementation of cleaner production techniques may decrease production costs and enhance competitiveness. Significant advantages can be achieved by the adoption of cleaner production approach in the frame of national environmental legislation and "environmental impact assessment (EIA)" process. Further cleaner production studies in different sub-sectors of textile industry should be conducted in the future. Moreover, guidelines including different clean production techniques and assessment methods should be prepared for industry practitioners.