TR201705589A2 - Teksti̇l endüstri̇si̇ atiksularinin aritilmasinda kullanilan kesi̇kli̇ havalandirilmali di̇nami̇k membran bi̇yoreaktör - Google Patents

Abstract

Bu buluş, tekstil endüstrisi gibi renkli atıksu üreten endüstrilerin atıksularının arıtılmasını sağlayan kesikli havalandırmalı dinamik membran biyoreaktör geliştirilmesi ile ilgilidir. Buluş, tek reaktör içerisinde hem anaerobik hem de aerobik koşulların oluşturulmasıyla, aerobik olarak parçalanması zor olan azo grubu boyaların anaerobik olarak parçalanmasını ve anaerobik ortamda giderilemeyen organik maddelerin aerobik olarak giderilmesini sağlayan bir arıtma sistemidir. Havanın kesikli bir şekilde verilmesi konvansiyonel aktif çamur sistemlerine nazaran daha az enerji kullanılmasını sağlamıştır

Description

TARIFNAME TEKSTIL ENDÜSTRISI ATIKSULARININ ARITILMASINDA KULLANILAN KESIKLI HAVALANDIRILMALI DINAMIK MEMBRAN BIYOREAKTÖR Teknik Alan Bu bulus, yüksek konsantrasyonlarda renk içeren tekstil endüstrisi atiksularinin aritilmasinda kullanilan, kesikli havalandirmali dinamik membran biyoreaktör (DMBR) sistemi gelistirilmesi ile ilgilidir.

Teknigin Bilinen Durumu (Onceki Teknik) Boyar maddeler çok düsük konsantrasyonlarda bile alici ortamlarda ciddi estetik ve ekolojik problemlere yol açmaktadirlar. Atiksuda bulunan boyar maddeler biyolojik olarak parçalanmamalari ve canlilar üzerinde toksisiteye neden olmalari nedeniyle atiksu aritiminda problemler yaratmaktadirlar.

Sentetik boyar maddeler ve pigmentler tekstil endüstrisinde yogun olarak kullanilmaktadir ve bu boyalarin % 10'u endüstriyel aritma tesisi çikis sulari ile sucul alici ortamlara verilmektedir. Çogu tekstil atiksuyu yüksek oranda renklidir, çünkü bu atiksularda 5-200 mg/L arasinda boyar madde bulunur ve boyalarin 1 mg/Llsi bile atiksuyu renklendirmeye yetmektedir. Boyalar kimyasal ve fotolitik etkilere dayanikli olmasi amaciyla üretildiklerinden parçalanmaya karsi dirençli, dolayisiyla dogada da kalicidirlar ve canlilarda biyolojik birikime neden olmaktadirlar. Özellikle tekstil isleme endüstrisinde kullanilan boyalarin % 60-70'ini olusturan azo boyalar önemli sorun teskil etmektedir. Boyar maddelerin yapisal olarak siniflandirilmasi molekül yapisi ile molekülün kromojen ve renk verici özellikteki kismi esas alinarak yapilir.

Kromojen yapi boyanin görünür isigi absorbe eden ve boyanin elyafa tutunmasini saglayan kismidir. Azo boyalar bir veya daha fazla azo bagi (- N=N-) içermeleriyle karakterize edilen boyar maddelere verilen genel addir.

Boyama prosesi sirasinda kullanilan boyanin tipine bagli olarak % 50”ye kadar olan miktari elyafa tutunmaz ve boya geri kazanimi yapilsa dahi boru sonu atiksuda boya bulunabilir. Azo boyar maddeler alici su ortamlarinda renk, bulaniklik ve toksisiteye neden olur ve besin zinciri yoluyla insanlara kadar ulasabilir.

Tekstil endüstrisi ülkemizde yaygin bir sektör olup, oldukça yogun su kullanimina sahip bir sektördür. Üretilen atiksu yogun kirleticiler içermekte olup, uygun sekilde aritilmadan desarj edilmeleri halinde çevreye olumsuz etkileri olmaktadir. Bu tür atiksularin aritilarak alici ortama verilmeleri yerine uygun tekniklerle aritilip proseste tekrar kullanimlari oldukça önemlidir.

Ulkemiz giderek su fakiri bir 'ülke olma yolunda ilerlemekte olup, su kaynaklarimizin daha etkin kullanimi zorunludur. Bu nedenle yüksek su tüketimine sahip endüstrilerde uygun aritma tekniklerinin gelistirilmesi de gerekmektedir.

Yüksek konsantrasyonlarda renk ve kirlilik y'uk'une sahip tekstil endüstrisi atiksulari, günümüzde genel olarak aktif çamur sistemleri ile aritilmaktadir.

Ancak aktif çamur sistemleri asiri çamur üretimi ve oksijen transferi için yüksek enerji ihtiyaci gibi olumsuzluklarinin yani sira atiksudaki özellikle azo grubu boyalarin gideriminde etkisiz kalmaktadir. Azo boyar maddeler gibi sentetik boyalarin aerobik sartlar altinda mikrobiyal parçalanmaya karsi dirençli olmasinin nedeni boya malzemelerinin, kimyasal ve isik kaynakli oksidatif etkiler sonucu renklerinin solmamasini saglayacak sekilde sentezlenmeleridir. Boyar maddelerin aerobik biyodegredasyonunu zorlastiran diger bir faktör ise moleküler agirliklarinin yüksek olmasi nedeniyle biyolojik hücre zarindan geçislerinin zor olmasidir. Atiksudaki azo boyar maddeler gibi reaktif boyalarin ortalama %10'u aerobik biyokütleye adsorbe olmakta, geri kalani ise aktif çamur tesisinden herhangi bir degisime ugramadan geçmektedir.

Literatürdeki birçok çalismada azo boyalarin anaerobik biyoproseslerle biyolojik olarak parçalanmasi ve renksizlestirilmesinin mümkün oldugu gösterilmistir. Azo boyalarin indirgenmesi agirlikli olarak fermantasyon bakterileri tarafindan gerçeklestirilmektedir. Ancak azo grubundaki boyar maddelerin bir kismi anaerobik ortamda hem insanlar hem de aritma tesislerindeki mikroorganizmalar 'üzerindeki toksik etkisi bilinen aromatik aminlere dönüsmektedir. Aerobik kosullar altinda aromatik bilesikler hidroksil (OH) grubunun ayrilmasi ve halkanin kirilmasi ile parçalanabilmektedir.

Aerobik mikroorganizmalar anaerobik reaktörde ayrismadan kalan diger organik maddelerin yani sira aromatik aminleri de karbon kaynagi olarak kullanabilmektedir. Aromatik aminler, aromatik bilesigin halkasinin kirilmasiyla ve hidroksilasyonla aerobik ortamda mineralize olabilmektedirler.

Bu yüzden anaerobik aritma sonucu olusan ve muhtemelen toksik ve kanserojen olan aromatik aminlerin nihai ayristirilmasi için aerobik kosullarin saglanmasi gerekmektedir. Literatürdeki çalismalarda tekstil atiksuyunun anaerobik/aerobik sistemle aritilmasinin renk, KOI ve aromatik amin giderimi açisindan kullanilabilir oldugu bildirilmistir.

Su Kirliligi Kontrolü Yönetmeligi (SKKY)'nde tekstil sektörü gibi renkli atiksu üreten birçok sektör için renk standardi getirilmis olup iki saatlik kompozit numunelerde bu deger 280 Pt-Co olarak belirlenmistir. Yukarida bahsedilen nedenlerden dolayi istenilen düzeyde renk giderilememekte ve gelecekte daha da sikilasacak desarj standartlari ve suyun yeniden kullanim gereksinimleri nedeniyle membran biyoproseslerle aritimin yayginlasmasi beklenmektedir.

Membran Biyoreaktörler (MBR), membran ekipmani sayesinde aritilmis su ve biyokütlenin fiziksel olarak ayrildigi süspansiyon büyüme modundaki biyolojik proseslerdir. Konvansiyonel aktif çamur prosesinde iki ayri tankta gerçeklesen biyokimyasal oksidasyon ve su/biyokütle ayrimi, MBR'de tek tankta gerçeklesmektedir.

EP156866281 sayili patent dokümaninda MBRller evsel atiksularin aritilmasinda ve biyolojik aritimi gerçeklestiren mikroorganizmalarin sistem içerisinde tutulmasinda kullanilmistir.

CN102101738(A) sayili patent dokümaninda ise atiksu aritmak amaciyla düz tabaka MBR ve ters osmoz membran sistemi entegre olarak kullanilmistir.

Atiksu aritma prosesinde tekstil atiksularinin aerobik aritmaya tabi tutulmasindan sonra düz tabaka bir MBR aritimindan geçirilmistir. MBR sonrasinda ise ters osmoz membrani kullanilarak ileri aritma islemi uygulanmistir.

Renkli atiksularin artiminda membran biyoreaktörler ve membran filtrasyon prosesleri yaygin olarak kullanilmaktadir. Zhu ve arkadaslarinin CN102101738(A) numarasi ile almis olduklari patentte renkli atiksu aritimi için düz tabaka mikrofiltrasyon membran biyoreaktör ve ters osmoz entegre membran sistemi kullanmislardir. Membran biyoreaktör sonrasinda ters osmoz membrani ile aritmaya tabi tutulan atiksuyun fabrikada geri kullanilabilir nitelikte oldugu rapor edilmistir. 2012/12150 numarali patent dokümaninda ise renkli tekstil atiksulari anaerobik reaktörde aritilmis, daha sonra ozon uygulanmis ve ardindan ise aerobik MBR'dan geçirilerek entegre bir aritima tabi tutulmustur. Yapilan çalismadaki filtrasyon çikisi geri kazanilmaktadir.

Son yillarda hem aritimi zor atiksularin aritilarak desarj edilmesi ve hem de geri kullanim olanaklari olusturmasi nedeniyle membran biyoreaktörler (MBR) üzerine yogun çalismalar yürütülmektedir. Membran biyoproseslerin en düsük akidir. Dinamik membran teknolojisi bu sorunlarin çözümü için bir alternatif teskil etmektedir. Dinamik membran; tasiyici bir destek malzeme (membran, mesh ya da tekstil ürünü) üzerinde gelisen kek tabakasindan (mikrobiyal hücreler, floklar, inorganik ve partikül halindeki organik maddeler) olusur. Geleneksel membran sistemlerinde membranin tikanmasina sebep olan organik ve kolloidal parçaciklar biyokütle filtrasyon tabakasinda (kek tabakasi) yakalanir ve tasiyici destek malzemenin tikanmasi engellenir. Bu sayede destek malzeme 'üzerinde olusan kek tabakasi biyofloklar ve partiküller için geçirimsiz bir yüzey olusturarak alttaki destek tabakasi üzerinde ikincil bir membran (dinamik membran) olusturur. Sistemin bir dizi avantaj ve dezavantaji vardir, ancak geleneksel membran sistemlerine kiyasla sahip oldugu avantajlar büyük ölçekte kullanimi için ümit vaat etmektedir.

Dinamik membran biyoreakt'orlerde mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon yerine (gözenek çapi: 0,02-0,45 um), gözenek boyutlari daha yüksek (gözenek çapi: -200 pm) ve oldukça ucuz malzemeler kullanilabilmektedir. Bunlar genel olarak: filtre bezi, örülmüs kumas, örülmemis (non-woven) kumas, kaba filtre (mesh)'dir.

Fan ve Huang (2002) tarafindan yapilan çalismada 100 um gözenek çapli Dakron kumastan kullanilarak dinamik membran ile gerçek evsel atiksu aritimi çalisilmistir. Reaktörde bakteri konsantrasyonu 7500 mg/L'de ve aki -33 LMH gibi yüksek degerlerde tutulmustur. Bu sartlarda KOI konsantrasyonu genel olarak 28 mg/L civarinda kalmis olup, çikis AKM konsantrasyonu da genel olarak 0 mg/L ölçülmüs olup toplam 43 ölçümde en yüksek 4 mg/L tespit edilmistir. Kek tabakasinin “ilk olusum” ve “yeniden olusum” safhalarinda yüksek çikis AKM konsantrasyonu gözlense de, sirasiyla, 100 dakika ve 20 dakika sonra kabul edilebilecek çikis AKM konsantrasyonlarina ulasilmistir. Yapilan çalismada “ilk olusum” safhasinda 3-5 gün boyunca çikis AKM konsantrasyonunun 20-30 mg/L oldugu ve sonrasinda bu degerin düstügü, “yeniden olusum” safhasinda ise çok kisa bir sürede çikis AKM konsantrasyonunun O mg/L'ye düsebildigi belirtilmistir.

Alibardi vd. (2016) tarafindan anaerobik dinamik membranda evsel atiksu aritimi için yapilan çalismada, çamur filtrelenebilirligini arttirmak ve enerji tüketimini azaltmak amaciyla yüksek gözenek boyutuna (200 um) sahip dinamik membran kullanilmis olup, yüksek oranda organik giderimi saglanmistir. Çalisma genelinde düsük TMP (<50 mbar) degerlerinde çalisilmis olup, 15-20 LMH'Iik akilar elde edilmistir. Ancak 20 LMH'nin üstündeki akilarda yüksek AKM çikislari gözlenmistir. Çalismada 15 LMH'in altindaki akilarda TMP daima 50 mbar altinda kalirken, akinin 15 LMH'in üstüne çikarilmasi ile TMP artmaya baslamis ve akinin 28 LMH'a çikarilmasi ile TMP neredeyse 200 mbar'a ulasmistir. Çalismada %90'niin üzerinde KOI giderimi saglanmis olup, HRT'nin 0,5 güne düsürülmesi ile KOI giderimi %50 civarina düsmüstür. Bununla birlikte filtrelenerek yapilan çözünmüs KOI ise filtrelenmeden yapilan toplam KOI'den biraz daha düsük konsantrasyonlardadir. Çözünmüs KOIide giderim orani, 0,5 gün HRT'de ise dinamik membran sayesinde sirasiyla 40-80 mg/L ve 20-60 mg/L seviyelerine kadar düsürülmüstür. Akinin arttirilmasi ve buna bagli olarak da basincin artmasiyla çikis TSS ve VSS degerleri artmis ve bazi istisnalar disinda bu asamada 200 mg/L civarinda elde edilmistir.

Bulusun Amaci Bulusun asil amaci; renkli tekstil endüstrisi atiksularinin kesikli havalandirmali dinamik membran biyoreaktörde aerobik ve anaerobik olarak aritilmasini saglayan bir proses gelistirmektir.

Bulusun diger amaçlari ise; 1. Tek reaktörde hem anaerobik hem de aerobik kosullar olusturularak etkili renk giderimi ve etkili organik madde (KOI ve aromatik amin) giderimi saglanmasidir. 2. Proseste reaktöre kesikli havalandirma yapilacak olup, bu sayede aerobik sistem için gerekenden daha az oksijen transferi saglanmasi ve enerji maliyetinin azaltilmasidir. 3. Reaktörde düsük gözenek boyutuna sahip klasik mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranlarinin yerine, gözenek boyutlari daha yüksek ve oldukça ucuz malzemeler kullanarak klasik membran biyoreaktörlerin dezavantajlarini elimine etmektir.

Gelistirilen dinamik MBR prosesinde kullanilacak membranlarda fiziksel yikama (tersten hava ile) yeterli olup, kimyasal yikamaya gerek yoktur.

Dolayisiyla, klasik mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranlariyla kurulan MBR lere kiyasla kimyasal kullanimi elimine edilmis ve ayrica daha uzun membran ömrü elde edilmis olacaktir.

Sekillerin Açiklamasi Tekstil endüstrisi atiksularinin giderilmesini saglayan proses, ekteki sekilde gösterilmistir.

Sekil 1: Dinamik membran biyoreaktöre ait sematik gösterim Bulusun Detayli Açiklamasi Bu sistemde, tekstil atiksularinin aritilmasi; kesikli havalandirma yapilarak tek bir reaktör içerisinde anaerobik ve aerobik kosullarin olusturulmasi ile gerçeklestirilir. Havanin verilmedigi süreçte ortamda anaerobik kosullar hakim olarak (oksidasyon redüksiyon potansiyelinin -200 mV'a kadar düsmesine izin verilecek kadar uzun anaerobik sürelere izin verilir) atiksudaki rengin tam olarak parçalanmasi ve yüksek oranda renksizlestirilmesi saglanir. Bu asamada belli oranda organik madde giderimi saglansa da tam giderim gerçeklesmez. Daha sonra reaktöre hava verilerek hem yüksek oranda organik madde giderimi saglanir hem de dinamik membran üzerinde olusan tabakanin bir kismi temizlenerek membran tikanmasi ertelenir.

Aritimi yapilacak olan su öncelikle besleme haznesine (1) gelir. Buradan su besleme pompasi (2) yardimiyla biyoreaktör (5) içerisine basilmaktadir.

Biyoreaktör (5) içesindeki su seviyesinin düsmesi seviye sensörü (4) sayesinde belirlenir, seviyenin düstügü besleme kontrolörüne (3) iletilir.

Seviye kontrolörü (3) ise besleme pompasinin (2) çalismasi saglar ve biyoreaktöre (5) su girisi saglanir. Biyoreaktör (5) içerisinde atiksu ile mikroorganizmanin homojen bir sekilde karismasi hava pompasinin (7) sagladigi hava sayesinde olur. Tam karisimli biyoreaktör (5) içerisinde renk ve organik maddenin biyolojik oksidasyonundan sonra vakum pompasi (8) ile aritilmis su dinamik membrandan (6) süzülerek mikroorganizmadan ayrilmasi saglanir. Dinamik membrandan (6) su süzülmesi sirasinda, dinamik membranla (6) vakum pompasi (8) arasindaki basinç farki, basinç sensörü (9) vasitasiyla ölçülür ve bilgisayarli izleme ve kontrol sistemine (11) anlik olarak kaydedilir. Kaydedilen basinç degerinin izin verilen maksimum çalisma basincini asmasi durumunda ise bilgisayarli izleme ve kontrol sistemi (11) araciligiyla vakum pompasi (8) durdurulur ve bu sayede membranlarin zarar görmesi engellenir. Biyoreaktör (5) içerisinde aritilan su vakum pompasi (8) ile dinamik membrandan (6) süzüldükten sonra çikis suyu haznesinde (10) toplanir.

Bulusun Sanayiye Uygulanma Biçimi Yukarida detayli açiklamasi yapilan sistem, yine yukarida bahsedilen amaçlara hizmet edecek nitelikte olup, renkli atiksularin aritilmasi amaciyla kullanilabilecek niteliktedir. Bu nedenle, özellikle yüksek hacimlerde ve yüksek konsantrasyonlarda renk içeren tekstil endüstrisi atiksularinin aritilmasi amaciyla sanayiye uygulanabilir. Yapilan bulus sadece tekstil sanayisinde degil, ayni zamanda kagit, gida endüstrileri gibi renkli atiksu üreten diger endüstri atiksularinin aritilmasi amaciyla da kullanilabilir.

Claims (1)

ISTEMLER

1- Tekstil endüstrisi atiksularindan renk giderilmesi için bir aritma sistemi olup özelligi, aritilacak suyun depolandigi bir besleme haznesi (1), beslemenin yapilabilmesi için besleme pompasi (2), için besleme kontrolörü (3), seviye sensörü (4), biyoreaktör (5), dinamik membran (6), hava pompasi (7), vakum pompasi (8), Basinç sensörü (9), çikis suyu haznesi (10) ve bilgisayarli izleme ve kontrol sisteminden (11) olusmasidir.