Characterization And Treatability Studies Of Metal Finishing Industry Wastewater

Abstract

Sucul ortamdaki kirliliğin önlenmesinde arıtma tesislerinin oynadığı rolün büyüklüğü tartışılmaz ölçüde büyüktür. Ancak arıtma tesisinin verimli olarak işletilmesi hem çevre kirliliğinin önlenmesinde hem de tesisi işleten tarafın yüklendiği mali sorumluluk dikkate alındığında tesisin kurulmasından çok da önemli olduğu görülmektedir. Bu amaçla; bir metal son işleme tesisinde mevcut arıtma tesisinin arıtma verimliliği incelenmiştir. Seçilen işletmenin özellikle üç prosesinde yoğunlukla su tüketimi yapılmakta ve atıksu oluşumu gözlenmektedir. Bu prosesler; işlenmek üzere gelen metal plakaların üzerindeki koruyucu yağ tabakasının arındırılması işlemi olan metal yüzeyi yıkama, işlenen parçaları renklendirme işlemi olan boyama ve ısıya dayanıklı olması gereken parçalar için uygulanan emaye kaplama işlemleridir. Bu proseslerden miktarca en fazla debide su tüketen proses yıkama prosesi iken, yıl bazında değişmekle birlikte kirlilik yükü en fazla olan proses emaye kaplamadır. Tesisin atıksu kaynaklarının incelenmesiyle birlikte atıksu arıtma tesisinin belirlenen noktalarından bir yıl boyunca dört kez numune alınarak, karakterizasyon çalışması yapılmıştır. Alınan numunelerden ilk alınan numuneler grab numune olup, diğer üç numune alımında kompozit numune türü seçilmiştir. Arıtma tesisinde endüstriyel atıksuların ve evsel nitelikli atıksuların arıtıldığı iki farklı aktif çamur ünitesi bulunmaktadır. Evsel nitelikli atıksular sadece aktif çamur sistemi ile arıtılırken, proses kaynaklı endüstri suları ise, koagülasyon ve flokülasyonu kapsayan kimyasal bir arıtımdan geçirildikten sonra farklı bir aktif çamur ünitesinde biyolojik arıtımdan geçirilmektedir. Endüstriyel atıksu arıtma ünitesi, kesikli ve sürekli arıtım ünitelerinden oluşmaktadır. Kesikli arıtımda, boyama ve emaye kaplama proseslerinden kaynaklanan kirlilik yükü yüksek atıksular arıtılırken, sürekli arıtım ünitesinde daha düşük kirlilik yüküne sahip durulama atıksuları ve kimyasal arıtımdan çıkan atıksular arıtılmaktadır. Evsel ve endüstriyel atıksular ayrı ayrı arıtıldıktan sonra bir noktada birleşerek alıcı ortama deşarj edilmektedir. İşletmenin endüstriyel atıksuyunun karakterizasyonunda daha önceki yıllarda yüksek miktarda KOİ ve yağ gres kirliliği görülürken, işletmenin üretim prosesinde daha çevreci teknolojilerin kullanımına geçmesiyle, atıksu karakterizasyonundaki kirlilik yükü azalmıştır. Bu durum da atıksu karakterizasyonuna uygulanan arıtım proseslerinin değerlendirilmesini gündeme getirmiştir. Arıtma tesislerinin verimliliğinin incelenebilmesi için, öncelikle gelen atıksu karakterizasyonunun belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada metal işleme tesisinin atıksu kaynakları tespit edilmiş ve karakterizayonu yapılarak, mevcut arıtma tesisinin verimliliği araştırılmıştır. Atıksu karakterizasyonu için; işletmenin arıtımdan geçen atıksuyunun alıcı ortama deşarj edilmesi sebebiyle sorumlu olduğu Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği Deşarj Limitleri’nde yer alan kirlilik parametrelerinin tespitine öncelik verilmiştir. Geleneksel parametreler dışında atıksuyun sulama suyu olarak kullanımının uygunluğunun araştırılması için Atıksu Arıtma Tesisi Teknik Usuller Tebliği’nde yer alan sulama suyu parametreleri olan iletkenlik, klorür, toplam çözünmüş madde, ve bulanıklık parametreleri de incelenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları dahilinde, endüstriyel ve evsel biyolojik arıtma havuzlarından çamur numuneleri alınmıştır. Özellikle endüstriyel biyolojik havalandırma havuzunda var olan köpük problemi incelemek için alınan çamur numunesi mikroskop altında incelenmiştir. Bunlara ek olarak, atıksuyun biyolojik arıtılabilirliğinin belirlenmesi kapsamında emaye, boyahane ve yıkama atıksularının inert KOİ değerleri belirlenmiştir. İnert KOİ değerlerinin belirlenmesi için, üç ham atıksu kaynağının ve aynı atıksuların süzülmüş örneklerinin konduğu reaktörlerin içine 30-40 mg UAKM/L biyokütle ilavesinden sonra oksijen sınırlaması olmadan uzun süre reaktörlerin KOİ giderimi takip edilmiştir. Deneyler sistem tamamen mineralize olana kadar devam ettirilmiştir. Karakterizasyon çalışmalarının sonuçlandırılmasıyla birlikte arıtma tesisinden alınan evsel, boyahane, emaye ve yıkama atık sularından oluşan dört farklı ham atıksu numunesinde biyolojik arıtıma uygunluğunun tespit edilmesi için respirometrik çalışmalar yapılmıştır. Biyolojik arıtılabilirlik deneyleri esnasında kullanılan çamurlar mevcut atıksu arıtma tesisinin evsel ve endüstriyel atıksuyun arıtıldığı aktif çamur ünitelerinden alınan çamur numuneleri ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan respirometrik çalışmalarda, iki farklı çamurda bu dört ham atıksu ve laboratuar şartlarında kimyasal yöntemle arıtılmış atıksu örnekleri karşılaştırılmış ve oksijen tüketim hızlarındaki değişim takip edilmiştir. Respirometrik çalışmalar sırasında yapılan her sette KOİ giderimi de izlenmiştir. Tesiste uygulanan kimyasal arıtım için optimum pH, kimyasal dozajı ve türünün uygunluğunun değerlendirilebilmesi için laboratuar koşullarında “Jar Testi” ile kimyasal arıtılabilirlik çalışmaları yapılmıştır. Yapılan kimyasal arıtılabilirlik çalışmalarında atıksu karışımı laboratuar ortamında tesisin mevcut durumunu karakterize edecek şekilde, debisel oranlar dikkate alınarak hazırlanmıştır. Kimyasal arıtılabilirlik için hazırlanan atıksu karışımına, düşük kirlilik yüküne sahip ancak debisel yükü yoğun olan yıkama suları katılmamıştır. Böylelikle arıtılabilirlik çalışmasında kullanılacak atıksuyun sistemdeki en kötü durumu temsil edecek kirlilik yüküne sahip olması hedeflenmiştir. Çalışmalarda koagülant olarak; laboratuardaki saflık oranı yüksek olan FeCl3 kimyasalından hazırlanan çözelti, işletmeden alınan saflık oranı düşük olan ticari FeCl3 çözeltisi ve alum olarak bilinen Al2SO4 çözeltisi kullanılmıştır. Bunlara ek olarak; pH ayarlaması için HCl, NaOH çözeltileri ve flokülasyon için anyonik polielektrolit çözeltisi kullanılmıştır. Toz kimyasallardan hazırlanan koagülantlar için jar testinde 1-10-25-50-75-100 ve 150 mg/L dozajları, sıvı ticari FeCl3 çözeltisi için ise 1-10-25-50-75-100 ve 150 µL/L dozajları denenmiştir. Bütün koagülant dozajlarının denemelerinin tam karışımında AKM parametresinin, çamur hacminin ve çöktürme sonrası üst fazda ise pH, KOİ, bulanıklık parametrelerinin takibi yapılmıştır. Hem belirtilen parametrelerin değerlendirilmesi hem de çamur faz ayrımının en iyi 50 mg/L ve 50 µL/L dozajlarında görülmesi sebebiyle, bu dozajların uygulandığı numunelerde demir, toplam krom, alüminyum ve çinko gibi ağır metallerin takibi yapılmıştır. Yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda, yıl içinde arıtma tesisine gelen KOİ değerlerinde değişimlerin olmasının yanında, genel olarak ham atıksu kaynaklarında kirlilik yükünün çok yüksek olmadığı görülmektedir. Bununla beraber deşarj edilen atıksuda ise yasal gereklilikler kapsamında istenilen değerlerin altında olduğu tespit edilmiştir. Inert KOİ değerlendirmeleri sonucunda ise; emaye, boyahane ve sürekli arıtıma gelen ham atıksu numunelerinde sırasıyla çözünmüş inert KOİ değerinin %7, %6.4 ve %12 oranlarında iken partikül inert KOİ değerinin ise %14.4, %10.2 ve %0 oranlarında olduğu görülmüştür. Respirometrik çalışmalar sonucunda; boyahane, emaye ve sürekli arıtıma gelen atıksuyun evsel biyolojik arıtma çamuru üzerinde inhibe edici etki gösterdiği görülürken, endüstriyel çamurun bu atıksu türüne aklime olması sebebiyle az da olsa bu atıksuda faaliyet gösterebildiği görülmüştür. Kimyasal arıtım ile arıtılan atıksudaki KOİ miktarının çok düşük olması sebebiyle aktif çamur sisteminin tüketilebilecek besin bulamaması nedeniyle sisteme atıksu ilavesi yapıldığında OTH değerinde bir artışa neden olmamıştır. Bu durumdan dolayı atıksu ilave edildikten sonra oksijen tüketiminde bir değişiklik görülmemiştir. Atıksu arıtma tesisine gelen atıksu karakterizasyonu, kimyasal arıtım çıkışındaki arıtım verimliliği ve respirometrik çalışmaların sonuçları dikkate alındığında ciddi enerji tüketimine neden olan endüstriyel biyolojik arıtımın çok gerekli olmadığı ön görülmüştür.

Role of treatment facilities in the prevention of pollution in the aquatic environment is substantially important. Operating the wastewater treatment plant efficiently is more sensitive issue than the entity of treatment plants. In order to evaluate the efficiency of a wastewater treatment plant, raw wastewater characterization have to be known. In this study, the wastewater sources of the metal finishing industry have been investigated, characterized and the efficiency of the operating wastewater treatment plant have been evaluated. Especially three processes in the facility intensively consumes water and produce wastewater. These processes are metal surface pre-treatment, painting and enamel coating processes. Between these processes, pollution load of enamel coating process is the most intensive one. The process that produce the highest amount of wastewater is surface metal pretreatment process. After determination of wastewater sources of the facility, samples are taken and characterized during the year. In the wastewater treatment plant, while domestic wastewater have been treated by conventional activated sludge process, industrial wastewater have been treated both by chemical treatment and activated sludge processes. The chemical treatment for industrial wastewater contains coagulation and flocculation processes followed by the activated sludge process. The parameters in characterization studies have been determined according to “Water Pollution and Control Regulation”. In addition to these regulation parameters, irrigation parameters which takes place in the “Wastewater Treatment Plant Technical Procedures Communication” have been also identified. In addition to the characterization studies, respirometric analyses were conducted to evaluate biological treatability of the wastewater. In continuation of the studies, chemical treatability studies were performed, the optimum pH and chemical dosages were determined according to the wastewater character. Regarding to these performed studies, it is observed that discharged wastewater is complied with the values of the legal requirements. In addition, inert Chemical Oxygen Demand (COD) concentrations were determined in order to evaluate the biological treatability of the wastewater. In this experiment, the COD removal of three types of raw wastewater and the filtered samples of the same wastewater were monitored in the aerated reactors. 30-40 mg VSS/L biomass was added in the reactors and the COD removal in reactors were analyzed until the complete mineralization was observed in the system. Biological treatability studies were continued using four different type wastewaters as domestic, painting, enamel and rinsing wastewater, and they were respirometrically analyzed using industrial and domestic activated sludge. Besides these four raw wastewater types, that are wastewater samples chemically treated in the laboratory were also respirometrically analyzed using industrial and domestic activated sludge samples. In all respirometric analyses, oxygen consumption rate and COD removal were monitored. Jar test experiments were performed in order to determine optimum coagulant dosages. The wastewater samples were prepeared in the laboratory by mixing painting and enamel wastewaters with a ratio of 3:1. Rinsing wastewater was not added in the prepared wastewater for jar test, to prevent the dilution of pollution load. In this study, FeCl3 solution, FeCl3 containing commercial solutions and Al2(SO4)3 solution were used as coagulant, while HCl, NaOH solution in pH adjustment, and polyelectrolyte as flocculant. 1-10-25-50-75-100 and 150 mg/L were chosen as coagulant concentrations during jar test. Total Suspended Solids (TSS) of mixed solution, pH, COD and Total Dissolved Solids (TDS) of supernatant were monitored. According to sludge separation quality and the other parameter’s concentration, 50 mg/L dosage was choosen as the optimum dosage. Also some of the heavy metals concentrations (e.g., ferrous, total chrome, aluminium, and zinc) in the effluent for these dosages were analyzed. In the consequence of inert COD evaluation experiments, soluble inert COD value of enamel, painting and rinsing wastewater were determined as 7%, 6.4% and 12% while particular inert COD values were determined as 14.4%, 10.2% and 0%, respectively. Painting, enamel and rinsing wastewater showed inhibitory effect on domestic activated sludge, while the organic matter removal was observed for painting, enamel and rinsing wastewater with the acclimated industrial activated sludge. Hence chemical treated wastewater had very low pollution load, oxygen uptake rate did not increased when wastewater was added in the system. In summary, as a result of the observed low pollution load in the raw wastewaters and respirometric analyses, biological treatment step of industrial wastewater which constitue a significant percentage of the the overall energy requirement of wastewater treatment plant may not be a necessary step in the operating wastewater treatment plant.