Yeni geliştirilen entegre bir sistemle kâğıt endüstrisinde proses içi su ve sülfür geri kazanımı
Sulfur and water recovery with a novel integrated system in-process treatment of pulp and paper industry wastewater
Yazar: DOĞUKAN TUNAY
Danışman: PROF. DR. BESTAMİ ÖZKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Ülkemizde ve dünyada örnekleri bulunan aşırı tuzlu ve alkali göller gibi ekstrem koşulların hakim olduğu ortamlarda yaşayan mikrobiyal türlerin keşfi ve kullanımıyla, özellikle sanayi atıksularının reel şartlarda arıtımı ve geri kazanımı konusu yeni bir boyut kazanabilir. Aşırı tuzlu ve alkali habitatlarda yaşayan mikroorganizmaların yaşam alanlarındaki bu ekstrem koşullar (haloalkali) göz önüne alındığında bu zor şartlar altında bazı maddelerin biyokimyasal dönüşümü, endüstriyel prosesler için yeni biyoteknolojik uygulamaların geliştirilmesine de önemli bir fırsat sunar. 
Haloalkali koşullarda yaşayan mikrobiyal türler, kâğıt endüstrisinin yanı sıra diğer endüstrilerde elementel kükürdün geri kazanımı için güçlü katalizörler olarak kullanım potansiyeli de vardır. Önemli bir proses kimyasalı olan kükürtlü bileşiklerin bu zor şartlar altında geri dönüşümü hammadde ihtiyacını azaltarak proses içi kontrol mekanizması sağlar. Bu sayede proses içi su kullanımı, hammadde ihtiyacı ve proses atıksularının miktarı da azaltılabilir. Tez çalışmasının da konusu olan kağıt endüstrisi Kraft prosesinde kullanılan inorganik sülfür bileşikleri gibi kimyasalların prosesin reel şartlarında geri kazanımı, döngüsel ekonomi ve çevresel açıdan son derece önemlidir. 
Çalışma sonuçlarına göre, ekstrem koşullara sahip Kraft prosesinin yeşil likör akımında Tv. versutus kullanılarak reel koşullarda kükürt geri kazanımı başarı ile sağlanmıştır. Ayrıca bu zor koşullar altında oluşan elementel kükürdün sıvı ortamdan etkin bir şekilde ayrılmasını sağlayacak MBR sistemi kullanılmıştır. Herhangi bir kimyasal ilavesi yapılmadan bu şartlarda üretilen elementel kükürt, yine haloalkali şartlara dayanıklı MBR sistemi ile geri kazanılmıştır. MBR çıkış suyu elektrodeiyonizasyon (EDI) sistemine verilerek Kraft prosesinde kullanılabilecek kalitede su geri kazanımı gerçekleştirilmiştir. Böylelikle, MBR/EDI entegre prosesi kullanılarak literatürde ilk kez Kraft prosesinin yeşil likör akımında biriken sülfür bileşikleri ve diğer iyonların prosesin reel şartlarında (haloalkali) geri kazanımının sağlanacağı yeni bir sistem geliştirilmiştir. Çalışma sonuçları neticesinde;
•	Elde edilen uçucu askıda katı maddenin %45'lik oranda elementel sülfürden oluştuğu 
•	Sentetik atıksu çalışmalarında 3 g L-1'nin üzerinde sülfür konsantrasyonlarına, gerçek atıksu çalışmalarında ise 1 g L-1 sülfür konsantrasyonuna ulaşılmıştır.
•	Elektrodeiyonizasyon sistemi ile %99'un üzerinde iyon arıtımı yapılarak su geri kazanımı gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The discovery and utilization of microbial species living in extreme environments such as highly saline and alkaline lakes, which have examples both in our country and worldwide. It is possible to bring a new dimension to the treatment and recovery of industrial wastewater under real conditions. Considering the extreme conditions (haloalkaline) in the habitats of microorganisms living in extremely salty and alkaline environments, the biochemical transformation of certain substances under these challenging conditions offers a significant opportunity for the development of new biotechnological applications for industrial processes. 
Microbial species living in haloalkaline conditions have the potential to be used as strong catalysts for the recovery of elementel sulfur in addition to the paper industry in other industries. As a result, in-process water usage, raw material requirement, and the amount of process wastewater can be reduced. The recovery of chemicals such as inorganic sulfur compounds used in the Kraft process in the paper industry, which is also the subject of this thesis, under the real conditions of the process is extremely important from a circular economy and environmental perspective
According to the study results, sulfur recovery under real conditions was successfully achieved in the green liquor stream of the Kraft process using Tv. versutus. Furthermore, an MBR system capable of effectively separating elementel sulfur from the liquid medium was used under these challenging conditions. Elementel sulfur produced under these conditions was recovered using the MBR system resistant to haloalkaline conditions without any chemical addition. The effluent from the MBR was subjected to electrodeionization (EDI) to achieve water recovery of quality suitable for use in the Kraft process. Thus, a new system has been developed for the recovery of sulfur compounds and other ions accumulated in the green liquor stream of the Kraft process under real conditions (haloalkaline) by using the MBR/EDI integrated process, As a result of the study:
• The volatile suspended solids obtained consisted of 45% elementel sulfur.
• Sulfur concentrations above 3 g L-1 were achieved in synthetic wastewater studies, and a sulfur concentration of 1 g L-1 was achieved in real wastewater studies.
• Ion removal of over 99% was achieved through the electrodeionization system, enabling water recovery.