LEE- Tekstil Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19465

Gözat

Konu "atık su" ile LEE- Tekstil Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Ev tipi yıkamalarda suyun tekrar kullanımı için yıkama atık suyundan renk giderme sisteminin geliştirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-11-23) İlkiz Arslan, Başak ; İridağ Beceren, Yeşim ; Candan, Cevza ; 503062802 ; Tekstil Mühendisliği
    Son yıllarda temiz su kaynaklarının hızla kirlenmesi nedeniyle su geri kazanımının önemi günden güne daha da artmaktadır. Bu tez çalışması öncelikle su kaynaklarının sürdürülebilir olmasını desteklemek ve kullanılan atık suyu tekrar kullanabilmek amacıyla tetiklenmiştir. Pazarda yaygın bulunan yüksek kapasiteli ve önden yüklemeli ev tipi çamaşır makinelerinde her çevrimde yıkama ve durulama adımlarının tamamında minimum 50 L ve üzerinde su tüketimi gerçekleşmektedir. Sunulan tez çalışmasında, ozonlama yöntemi kullanılarak renkli çamaşırların yıkanmasıyla ortaya çıkan çamaşır makinesi atık sularındaki rengin giderilmesi ve rengi giderilen suyun bir sonraki yıkamada tekrar kullanılması hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda, çamaşır makinesi atık suyundaki boyarmadde konsantrasyonunu tahminleme, ozon ile renk giderme sistemine sahip makine prototipinin hazırlanması çalışmaları ve bu makinede renk giderme testleri yürütülmüştür. Çamaşır yıkama sonucunda oluşan atık su, gri su kategorisindedir, hanelerde evsel aktiviteler için kullanılan toplam su içerisinde yüksek bir paya sahip olup (%27) geri kazanım ve tekrar kullanım için potansiyel oluşturmaktadır. Günümüzde yaygın olarak tercih edilen pamuk içerikli tekstil ürünleri çamaşır makinelerinde sıklıkla yıkanmakta olup, bu ürünlerin renklendirilmesinde çoğunlukla reaktif boyarmaddeler kullanılmaktadır. Bu reaktif boyarmaddeler içerisinden azo ve antrakinon boyarmaddeler yaygınlık, suda yüksek çözünürlük göstermeleri, life fikse oranlarının düşük olması ve atık suda risk oluşturmaları nedeniyle tercih edilmiştir. Yıkamaya karşı renk haslığı düşük ve lekeleme konusunda problemli olarak bilinen kırmızı ve mavi renkler belirlenerek, bu renklerin elde edilmesi için azo boyarmadde sınıfından reaktif kırmızı 195 ve antrakinon boyarmadde sınıfından reaktif mavi 19 boyarmaddeleri seçilmiştir. Çalışmada yaygın kullanılan ve sık yıkama ihtiyacı bulunan örme kumaşlar tercih edilmiş ve ticari koşullarda üretilip boyanmıştır. Tekstil atık sularında organik kirleticilerin fazla bulunmasından dolayı, bu sulardan reaktif boyarmaddelerin giderilmesinde oksidasyon yöntemlerinden ozonlamanın ve ozon ile diğer yöntemlerin kombinasyonlarının sıklıkla tercih edildiği belirlenmiştir. Teknolojisinin olgunlaşmış olması, yan ürün açığa çıkarmaması, yerinde renk giderimini hızlı şekilde gerçekleştirebilmesinden dolayı çamaşır makinesi için ozonlama yöntemi tercih edilmiştir. Çamaşır makinesinde renk giderimi için yıkama çevrimindeki uygun yıkama adımının -hedef atık su çözeltisinin- belirlenmesi için yapılan deneysel çalışmada, yapılan ölçümlerde deterjan konsantrasyonu düşük olan ve yumuşatıcı içermeyen birinci durulama adımının renk giderim için daha uygun olduğuna karar verilmiştir. Literatür araştırması sırasında renk giderimi çalışmalarında çoğunlukla konsantrasyonu bilinen yapay çözeltiler ile çalışıldığı saptanmıştır. Oysa, çamaşır makinesinde yapılan yıkamalar sonunda ortaya çıkan atık suların içeriği farklı (lif, hav, deterjan vb.) ve oldukça kaotiktir. Literatürde rastlanmaması nedeniyle tezin yenilikçi yönü olarak yapay çözeltiler yerine "evsel çamaşır makinesi atık suları" ile çalışılmıştır. Ev tipi çamaşır makinesinden kaynaklı boyarmadde içeren atık suyun renginin giderilmesi için ozonlama ile renk giderme sistemi önerisi yapılmıştır. Yaşanan en büyük zorluk, yıkama sırasında boyalı kumaşlardan elde edilen atık suların boyarmadde konsantrasyonunun bilinememesidir. Bu atık suların boyarmadde konsantrasyonunun tahmin edilmesi için iteratif bir yaklaşım geliştirilmiştir. Boyarmadde konsantrasyonunun belirlenebilmesi için VIS spektrofotometre cihazı ile renkli atık su çözeltilerinin absorbans taraması yapılmış ve spektrumda maksimum absorbans değerini veren dalgaboyu tespit edilmiştir. Ancak, çamaşır makinesi atık suyunda yapılan ölçümlerde maksimum absorbans değeri elde edilememiştir. Boyarmadde konsantrasyonunun tahmin edilebilmesi için geliştirilen yaklaşımda, birinci adımda, saf su ile yapay olarak hazırlanan kontrol boya çözeltilerinin spektrum taramalarından maksimum absorbans değerlerinin elde edildiği dalgaboyları Reaktoset Red RFT (C.I. RR 195) için 540 nm, Reaktoset BRL Blue R Spec (C.I. RB 19) için 592 nm olarak belirlenmiştir. İkinci adımda, boya konsantrasyonları ve deterjan konsantrasyonları, sırasıyla, ana yıkama adımı için 10 –– 100 mg/L aralığında ve 4,6 g/L olarak; durulama adımı için 1 – 40 mg/L aralığında ve 0,5 g/L olarak hazırlanmış ve çözeltilerin absorbans ölçümlerinden kırmızı (RR 195) ve mavi (RB 19) boyalar için ana yıkama ve durulama kalibrasyon eğrisi denklemleri elde edilmiştir. Üçüncü adımda, renkli atık su çözeltileri tergotometer cihazında boyalı kumaşların yıkanması sonucunda elde edilmiştir. Bu çözeltiler ilgili dalgaboyunda net bir absorbans değeri vermediğinden, boyarmadde konsantrasyonunun hesaplanması için adım 2'de elde edilen kalibrasyon eğrilerine ait denklemlerin (kırmızı atık su için: A=0,0186C+0,0427, R² = 0,9997; mavi atık su için: A=0,0115C+0,0540, R² = 0,9966) kullanılmasına karar verilmiştir. Doğrulama testlerinde, denklemlerden hesaplanan boya konsantrasyonuna en yakın konsantrasyondaki deterjanlı yapay boya çözeltilerinin spektrumları ile renkli kumaşlardan elde edilen spektrumların karakteri farklı olmasına rağmen belirlenen dalgaboyunda üst üste çakıştığı saptanmıştır. Çamaşır makinesi ve tergotometer cihazından elde edilen atık su çözeltilerinin absorbans ve konsantrasyon değerleri arasında güçlü bir ilişki olduğu belirlenmiş ve tergotometer cihazının su ve kumaş sarfiyatını azaltmak amacıyla çamaşır makinesi yerine kullanılabileceği kanaatine varılmıştır. Renk giderme sistemine sahip makine prototipi için, bir ozon düzeneği kurularak çalışmalara başlanmıştır. Kurulan düzenekte hava kompresörü, hava kurutucu, akış ölçer, ozon jeneratörü, ventüri, su haznesi, iki adet su pompası ve debimetre yer almaktadır. Ozon düzeneğinde yapılan deney tasarımı sonucunda renk giderme etkinliği üzerinde en etkili faktörlerin sırasıyla %22,0 ile boyarmadde*ozon jeneratörü ikili etkileşimi, %15,4 ile ozon jeneratörü*ozonlama süresi ikili etkileşimi ve %14,8 ile tek başına ozon jeneratörü olduğu saptanmıştır. 500 mg/sa kapasiteli (500-B kodlu) ozon jeneratörü ile en yüksek renk giderme oranlarına ulaşıldığından bu ozon jeneratörünün kullanılmasına karar verilmiştir. Ventüri sistemi ve geri kazanılan suyun bulunacağı depoya sahip 9 kg kapasiteli çamaşır makinesi prototipi hazırlanmıştır. Sistemin çalışma prensibi şu şekildedir: Dışarıdan hava kompresörü yardımıyla çekilen ortam havası ozon jeneratöründen geçirilerek ozon üretilmekte ve ventüri elemanına taşınmaktadır. Pompalar yardımıyla ventüri elemanında renkli su ve ozon buluşmakta, belirli süre yapılan sirkülasyon sonrasında ozonlama yoluyla renksiz su elde edilmektedir. Önerilen denklemler kullanılarak boya konsantrasyonları hesaplandığında, renkli kumaşların farklı tüketici koşullarında yıkanması sonucu atık su boya konsantrasyonunun 15 mg/L ile 90 mg/L arasında değişkenlik gösterdiği saptanmıştır. Çamaşır makinesinde ozonlama testleri iki aşamada yürütülmüştür. Birinci aşamada, çamaşır makinesinde 14 L olarak deterjanlı, 20 – 40 – 60 – 80 mg/L boya konsantrasyonuna sahip yapay çözeltiler hazırlanmış ve ozonlanmıştır. İkinci aşamada, gerçek yıkama koşulunu temsilen ticari koşullarda üretilen kumaşların (1 kg) Beko 9 kg çamaşır makinesinde pamuklu 40 programında 52 g standart deterjan ile yıkanmasından elde edilen birinci durulama suları toplanarak ozonlanmıştır. Kırmızı ve mavi yapay boya çözeltilerinde renk giderme oranı %95 ve üzerinde gerçekleşmiştir, görsel olarak rengin tamamen giderildiği tespit edilmiştir. Renk giderimi etkinliğinin başlangıç boya konsantrasyonuna ve boyarmadde tipine bağlı olduğu belirlenmiştir. Boya konsantrasyonu arttıkça renk giderimi daha uzun sürede gerçekleşmiştir. Reaktif kırmızı 195 boyarmaddesi ile hazırlanan çözeltilerde renk gideriminin reaktif mavi boyarmadde ile hazırlanan çözeltilere göre daha uzun sürdüğü belirlenmiştir. Kırmızı ve mavi kumaşlardan elde edilen birinci durulamaya ait atık suların boya konsantrasyonu sırasıyla 35,1 mg/L ve 42,3 mg/L olarak belirlenmiştir ve kırmızı ve mavi renkli atık su çözeltilerinde %80 civarında renk giderimi sağlanmıştır. Renk giderimi mavi atık su çözeltisi için yaklaşık üç kat daha hızlıdır. Kırmızı renkli atık sularda 240 dakikada %76 oranında renk giderimi; mavi renkli atık sularda ise 70 dakikada %82 oranında renk giderimi gerçekleşmektedir. Ozonlama ile boyarmaddenin kromofor grubunun parçalanıp parçalanmadığının analizi için, 100 mg/L boya konsantrasyonuna sahip deterjansız çözeltiler ozonlanmış ve dondurularak kurutulmuştur. FTIR cihazı analizleri sonucunda, kırmızı çözeltilerde ozonlama etkisiyle 1540 cm-1 civarında görülen N = N bağının kırıldığı, dolayısıyla azo kromofor grubunun parçalandığı; mavi çözeltilerde ozonlama etkisiyle 1575 cm-1 civarında görülen kromofor grubu temsil eden antrakinon halkasına ait bağların kaybolduğu belirlenmiştir. Ozon ile rengi giderilen suyun kalitesi incelendiğinde, çıkış suyu parametrelerinin giriş suyu parametrelerine göre daha iyi seviyede olduğu saptanmıştır. AKM, bulanıklık, KOİ (%54 düşüş) ve TOK (%35 düşüş) parametrelerinde ozonlama işlemi etkisiyle belirgin düşüş sağlanmıştır. Hazırlanan prototip makinede geri dönüştürülen su bir sonraki çevrimin ana yıkama adımında kullanılmıştır. 10 çevrim süresince ozonlanmış su ile yıkanan çeşitli tekstil numunelerinde herhangi bir tekstil hasarlanma etkisi görülmemiştir. Geri kazanılmış su ve şebeke suyu ile yapılan yıkamaların yıkama performansı değerleri arasında belirgin bir fark tespit edilememiştir. Çamaşır makinesi ozon ile renk giderme sisteminin enerji tüketimi, mavi kumaştan elde edilen suyu ozonlamak için pamuklu 40 programının enerji tüketiminin yaklaşık beşte biri, kırmızı kumaştan elde edilen suyu ozonlamak için pamuklu 40 programının yaklaşık üçte ikisidir. Ozon ile renk giderme sistemine sahip çamaşır makinelerinin yaklaşık dörtte bir oranında su tasarrufu sağlayacağı tahmin edilmektedir. 8-9-10 kg kapasiteli çamaşır makinelerinde çevrim başı yaklaşık 14 L'lik su tasarrufunun bir yılda yaklaşık 1,24 hm3'lük su tasarrufu sağlaması beklenmektedir. Çamaşır makinesi ortamında atık suyun kendi kaynağında renginin giderilmesi, geri kazanımı ve tekrar kullanımı ile sürdürülebilir yaşam desteklenebilecektir. Geliştirilen ürünün hem ticari açıdan hem çevresel açıdan başarı potansiyeli bulunmakta hem de sürdürülebilir ürün gamında kalıcı bir yer edinmesi beklenmektedir.