Organize Sanayi Bölgeleri İçin Atıksu Arıtımında Optimizasyon: Analitik Hiyerarşi Prosesi İle Kavramsal Tasarım Seçeneklerinin Belirlenmesi

Abstract

Endüstriyel faaliyetlerdeki proses çeşitliliği üretilen atıksuya yansımakta ve endüstriyel atıksu karakterinde büyük değişkenlikler yaratmaktadır. Bu durum gerek deşarj limitleri ve gerekse endüstriyel kategorizasyon ile standart geliştirmede problem oluşturmaktadır. Endüstrilerin alt kategori proseslerinden gelen farklı karakteristiklerdeki atıksular için en uygun ve ekonomik arıtma seçeneğine karar vermek, arıtma sistemi performansları ile ilişkilendirildiğinde çok sayıda kriterin göz önüne alınması gerektiğini ortaya çıkarmaktadır. Atıksu arıtma sistemlerinin kavramsal tasarımında en önemli faktörler sistemde kullanılan prosesler ile giderilmek istenen kirletici parametreler arasındaki uygunluğu ortaya koyabilmektir. Farklı karakterizasyonlara sahip ve yüksek sayıda kirletici içeren endüstriyel atıksulara karşın sınırlı sayıda arıtma ünitesi veya sistemi ile en uygun ve ekonomik arıtma sistemi seçiminde çok kriterli karar analizleri yöntemleri ile çözümleme yapılması mümkün görülmektedir. Çok kriterli karar analizi yöntemleri, karmaşık problemlerin çözümü için sistematik bir yaklaşım getirmektedir. Bu çalışmada, farklı endüstrilere özgü atıksu karakterizasyonu, atıksuda bulunan spesifik kirletici parametreler ve spesifik parametrelerin giderimine ilişkin arıtma üniteleri arasında teknik, ekonomik ve çevresel kriterler açısından değerlendirmeler yapılarak en uygun arıtma ünitesinin bulunması amaçlanmıştır. Bu amaç kapsamında, “deri endüstrisi, tekstil endüstrisi, yemeklik yağ endüstrisi ve metal son işlemleri endüstrisi” olmak üzere 4 farklı endüstri ve her bir endüstriye özgü atıksuda bulunan spesifik kirletici parametreler incelenerek; deri endüstrisi için sülfür parametresi, tekstil endüstrisi için fenol parametresi, yemeklik yağ endüstrisi için yağ-gres parametresi ve metal son işlemleri endüstrisi için de siyanür parametresi esas alınmıştır. Sülfür parametresi için “Elektrokoagülasyon, Kimyasal Çöktürme, Katalitik Oksiadasyon ve Hava ile Sıyırma” giderim yöntemleri; fenol parametresi için “Ozonlama, Anodik Oksidasyon, Adsorbsiyon ve Fotokatalitik Bozunma” yöntemleri; yağ-gres parametresi için “Gravite ile Ayırma, Çözünmüş Hava Flotasyonu (DAF) ve Filtrasyon” yöntemleri; siyanür parametresi için de “INCO Prosesi, Alkali Klorlama, Ozonlama ve Hidrojen Peroksit ile Siyanür Giderimi” yöntemleri teknik, ekonomik ve çevresel kriterler açısından incelenmiş ve yöntemlerin avantaj ve dezavantajları ortaya konmuştur. Teknik, ekonomik ve çevresel kriterlerin her biri de kendi alt kriterlerine ayrılmış ve arıtma ünitelerinin birbirlerine göre üstünlükleri “Çoklu Kriter Analizi” yöntemlerinden biri olan “Analitik Hiyerarşi Prosesi” ve “Expert Choise” yazılımı kullanılarak belirlenmiştir. AHP uygulaması özellikle en uygun atıksu arıtma sistemine karar verme sürecinde, en iyi alternatifin bulunması için dikkate alınması gereken teknolojik, çevresel ve ekonomik tüm faktörlerin birada değerlendirilmesine olanak sağlamıştır. Böylelikle, organize sanayi bölgeleri atıksularında bulunan ve arıtımı esnasında sorun teşkil eden farklı kirletici parametrelerin giderimine yönelik uygulanabilecek en uygun ve ekonomik arıtma sistemlerinin kavramsal tasarım seçenekleri belirlenmiş ve karar vericiler için yardımcı olabilecek bir yaklaşım ortaya konulmuştur. Çalışma sonuçları incelendiğinde, ü Deri endüstrisi atıksularından sülfür giderimi için incelenen Hava Sıyırma, Katalitik Oksidasyon, Kimyasal Çöktürme ve Elektrokoagülasyon yöntemlerinden “Elektrokoagülasyon” yönteminin % 44’ lük oran ile en uygun arıtma teknolojisi olduğu, ü Metal son işlemler endüstrisi atıksulardan siyanür giderimi için incelenen Alkali Klorlama, Ozonloma, Hidrojen Peroksit ve INCO yöntemlerinden “Ozonlama” yönteminin % 32’lik oran ile en uygun arıtma teknolojisi olduğu, ü Tekstil atıksulardan fenol giderimi için incelenen Adsorbsiyon, Fotokatalitik Bozunma, Ozonlama ve Anodik Oksidasyon yöntemlerinden % 37’ lik oranla “Anodik Oksidasyon” yönteminin en uygun arıtma teknolojisi, ü Yemeklik yağ endüstrisi atıksularından yağ-gres giderimi için incelenen Filtrasyon, API Seperatör ve Çözünmüş Hava Flotasyonu (DAF) yöntemlerinden % 38’lik oranla DAF teknolojisinin en uygun arıtma teknolojisi olduğu sonuçları elde edilmiştir. Tüm spesifik kirleticilerin yukarıda belirtilen yöntemlerle arıtılması sağlandıktan sonra OSB yaklaşımı ile birleşik atıksu arıtma tesisi atıksuyunun arıtılması için ise Uzun Havalandırmalı Aktif Çamur Sistemleri ve MBR sistemleri teknolojik, ekonomik ve çevresel tüm ana ve alt kriterler açısından incelenmiş ve % 55’ lik oranla MBR sistemlerinin birleşik atıksuların arıtımı için daha uygun yöntemler olduğu sonucuna varılmıştır. Alternatiflerin tercih edilme yüzdelerinin çok yakın olması da karar vericilerin en doğru kararı vermesinde AHP gibi yöntemlerin ne kadar yararlı olduğunu göstermektedir.

The process varieties in industrial activities affect the produced wastewater and makes in a large variation in characterization of the industrial wastewaters. This state poses problems both compliance with discharge limits and improving standards with industrial categorization. Deciding on the most appropriate and economical treatment option for the process wastewaters from sub-categories of industries, reveals that in a large number of criteria should be taken into consideration especially associated with the treatment system performance. The most important factors of the conceptual design of the waste water treatment systems are to be able to execute the compatibility between the processes used in waste water treatment systems and polluted parameters that is supposed to be removed. Despite the industrial wastewaters which have different characterization and a large number of pollutants, the selection of the most appropriate and economical treatment system with the limited number of treatment units or systems is possible to be solved by the multi-criteria decision analysis methods. Multi-criteria decision analysis methods present a systematic approach to solving the complex problems. In this study, in line with the aim of finding the most appropriate treatment unit, the wastewater characterization, pollutant parameters and treatment units removed specific polluted parameters were evaluated in terms of the technical, economic and environmental criteria and were investigated the specific pollutant parameters result from four different industries containing specific wastewaters. Within the scope of the aim, four different industries and specific parameters of each industry were examined including "the leather industry, textile industry, edible oil industry and metal finishing industry” and also sulphur parameters for the leather industry, phenol parameters for the textile industry, and the oil-grease parameters for the edible oil industry and cyanide parameter for the metal finishing industry was based on in this study. “Electrocoagulation, Chemical Precipitation, Air Stripping and Catalytic Oxidation" removal methods; "Ozonation, Anodic Oxidation, Adsorption and Photo catalytic Degradation" removal methods; Gravity Separation, Dissolved Air Flotation (DAF) and Filtration" removal methods and “INCO Process, Alkaline Chlorination, Ozonation and Removal of cyanide with Hydrogen Peroxide” removal methods were examined for the sulphur parameter; phenol parameter, oil-grease parameter and cyanide parameter were examined respectively in terms of technical, economic and environmental criteria. Additionally, advantages and disadvantages of these methods have been revealed. The criteria in hand were separated its own sub-criteria and superiorities of treatment units relative to each other have been determined by the Analytic Hierarchy Process that is one of the multi-criteria analysis methods using "Expert Choice" software. Expert Choice software was used so that AHP method requires a great number of mathematical calculations. Analytical Hierarchy Process is one of the most efficient decision making and weighting methods. This method is established based on paired comparison and allows the managers to evaluate and compare various alternatives. AHP application, especially in the process of deciding the most appropriate wastewater treatment systems, provides an evaluation in order to find the best alternative to be considered of all the factors together. Thus, conceptual design options of the most appropriate and economical treatment systems for the treating of the Organized Industrial Estate (OIE) wastewaters were determined and an approach that can help for the decision-makers has been demonstrated. According to the conclusions of study; ü “Electrocoagulation" method with especially superiority in “performance, operation and formation of secondary pollutant criteria” and 44 % rate is the most appropriate treatment technology according to the “Air Stripping, Catalytic Oxidation, Chemical Precipitation” methods examined for the removal of sulphur from tannery wastewater, ü "Ozonation" method with especially superiority in “performance and formation of secondary pollutant criteria” and 32 % rate is the most appropriate treatment technology according to the “Alkaline Chlorination, Hydrogen Peroxide and INCO methods” examined for the removal of cyanide from the metal finishing industry wastewater, ü "Anodic Oxidation" method with especially superiority in “performance and formation of secondary pollutant criteria” and 37 % rate is the most appropriate treatment technology according to the “Adsorption, Photocatalytic Degradation and Ozonation” methods examined for the removal of phenol from textile wastewater, ü “DAF” technology with especially superiority in “performance, and adaptation of various conditions criteria” and 38 % rate is the most appropriate treatment technology according to the “Filtration, API Separator” methods examined for the removal of oil-grease from edible oil industry wastewater, After the treating of all specific pollutants with the methods mentioned above, Active Sludge System and MBR systems were analysed for the treatment of combined wastewater by the OIE approach hand in hand all main and sub criteria of technological, economic and environmental and it is concluded that MBR systems with 55% rate is more suitable method for the treatment of combined wastewater. MBR systems are not preferred due to the high investment and operating costs in our country but in the recent years; investment and operating costs are decreasing gradually with the participation new membrane manufacturers to market depending on developing membrane technology. The increase in popularity of MBRs is mainly due to the ability of these systems to effectively remove pollutant parameters in wastewaters. In process of decision, percentage of preferences is very close that shows AHP how useful it is for the decision-makers while deciding the most accurate decision. The main principal in Organised Industrial Estates, which are developed to manage the industrial activities in controlled and specifically arranged zones, is the minimization and prevention of the unfavourable environmental impacts with collective infrastructure. In conclusion, the necessity of a conceptual design approach stands out to be operated with the industrial facilities in regular and controlled manner to specify the best available and practicable technology and/or to generate systems with a plan specified for the management of the wastewaters produced by industrial activities in Organised Industrial Estates. The requirements of the conceptual design approach in Organised Industrial Estates are to survey each process of the industrial activity, to establish relations between source, product and waste, to display the process and waste surveys, to design the best practicable system for the design of the best suitable treatment system and to develop monitoring and control methodologies for the sustainability of the system.