Tekstil boyahane atıksularının nanofiltrasyon membranları ile geri kazanımı ve renk giderimi

Abstract

Tekstil endüstrisi atıksuları, yüksek konsantrasyonlarda inorganik - organik kimyasalları ve renkli boyar madde kalıntılarını içerdiğinden, önemli bir kirletici kaynaktır. Üretilen atıksularda mevcut olan kirletici maddeler, tuzlar, boyar maddeler, enzimler, surfektantlar, yıkama kimyasalları, yağ ve gres, oksidasyon ve redüksiyon ajanları gibi geniş bir yelpazeye yayılırlar. Bu kirleticiler çevresel terimlere, askıda katı madde, KOİ, BOİ, yüksek pH ve kuvvetli renk olarak yansır. Biyolojik arıtma, kimyasal çöktürme, membran teknolojisi, aktif karbon adsorpsiyonu ve evaporasyon tekstil endüstrisinde kullanılan başlıca arıtma teknikleridir (Koyuncu ve diğ., 2000). Membran teknolojileri üretilen atıksu miktarını azaltıp, atıksu akımlarından değerli maddelerin geri kazammını ve yemden kullanımım sağlarken, sıcak atıksulardan da termal enerji kazanır. Bunlara ek olarak bu prosesler az alan ihtiyacına sahiptir. Bu durum, İstanbul'daki fabrikaların sınırlı alana sahip olmalarından dolayı önemlidir. Elde edilen süzüntü suyu, yıkama suyu vs. olarak yeniden kullanıla bilirken konsantre akım da yeniden kullanılabilir yada oksidasyon ve yakma gibi işlemlerden geçirilip deşarj edilir. Bu çalışma, tekstil endüstrisi atıksuları ile yapılan deney sonuçlarını içermektedir. Deneylerde, maliyeti daha düşük tuttuğu için, ters ozmos membranlan yerine nanofiltrasyon membranlan kullanılmıştır. Deneyler tekstil boyahane atıksuları ile yapılmıştır. Aquaset 9712 nolu membran pilot tesiste deneyler gerçekleştirilmiştir. Pilot tesis 1-70 bar basınç aralığında çalışabilmektedir. Tesiste 2m2 toplam membran alanına sahip spiral sargılı membran modülleri kullanılır. Bir soğutucu vasıtası ile filtrasyon deneylerinin 20-25 °C aralığında gerçekleşmesine müsaade edilmiştir. Tekstil boyahane atıksulannın arıtımı için, Fluid System tarafından üretilen, (TFCS-S) nanofiltrasyon membranlan kullanılmıştır. Membran pilot tesisi iki farklı konumda çalıştınlmıştır. Birinci konum olan, kararlı halde çalışırken süzüntü ve konsantre akımlan her ikisi de besleme tankına geri devir ettirilmiştir. Kararsız hal olan ikinci konumda çalışırken, konsantre akım besleme tankına geri devir ettirilip, süzüntü akımı ayn bir tankta biriktirilmiştir. Renk Hach marka colormetre ile ölçülmüştür. KOİ standart metotlar göre ölçülmüştür (APHA, 1989). pH Orion SA 720 iyon ölçer ile ölçülmüştür. Sıcaklık ve iletkenlik ölçümlerinde AGB- 10001 Laboratory Data Logging kullanılmıştır. Prosesin performansı membran modüle uygulanan işletme basıncına bağlı olarak değişen süzüntü akısı ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak tekstil boyahane atıksulannda nanofiltrasyon membranlan, KOİ, renk ve iletkenliği gidermede gösterdikleri basan ile değerlendirilmiştir. KOİ, renk ve XI iletkenliğin toplam giderim verimi %96'nın üzerindedir. Besleme suyu KOİ değeri 400-720 mg/1 arasındadır ve süzüntü KOİ' si artan basınçla azalmıştır (şekil 1.). 12 bar basınçta süzüntü KOİ' si 10 mg/1' den küçüktür. %80 geri kazanım sağlandığında süzüntü KOİ'si 30 mg/1 civarında çıkmıştır. Tüm giderim işlemleri tamamlandığında renk 500 Pt.Co. unit değerinden 20 Pt.Co. unit değerine düşmüştür. Renk, KOİ ve iletkenlikteki bu kayda değer düşüş, süzüntü suyunun boya banyoları ve diğer proseslerde yeniden kullanımın mümkün olduğunu göstermiştir. Şekil 1. Basınca karşı KOİ değerleri 100 90 80 = 70 "3)60 f-50 §40 30 20 10 0 ? 1.NUM 12. NUM A3. NUM ~3P~ 12 15 P.bar Mevcut model, basıncın süzüntü akısı üzerindeki etkisini anlatmaktadır. Limit akı hesaplanmamasına rağmen, limit akının basınçla arttığı açıkça gözlenmiştir. Fakat, yüksek basınçlarda akı basınçla orantılı olarak artmaz. Bu durum, basınç kontrollü ve kütle transfer kontrollü iki farklı bölgenin var olmasıyla açıklanmıştır (Koyuncu ve diğ., 2000). Akı, aynızamanda artan geri kazammla da azalmıştır. Geri kazanım artarken besleme akımı konsatrasyonu da artmıştır. Membran tıkanmasının yarattığı ciddi bir problemle karşılaşılmamış, tıkanma olmamıştır. Bunun sonucunda, yüksek geri kazanımlarda, yüksek basınçta yüksek akı, düşük basınçta düşük akı elde edilmiştir. 100 m /gün'lük tesis kapasitesinde toplam su maliyeti 0.81 $/m olarak tahmin edilmiştir. Bu maliyet değeri, İstanbul gibi endüstriyel su tarifeleri yüksek olan bir şehir için çok ekonomik görülmüştür.

Textile industry wastewater is an important pollution source that contains high concentration of inorganic and organic chemicals and is highly colored from the residual dyestuffs. Thus, the effluents generated contains a wide range of contaminants, such as salts, dyes, enzymes, yeasts, surfactants, scouring agents, oil and grease, oxidizing and reducing agents. In environmental terms, these contaminants mean suspended solids, COD, BOD, as well as high pH and strong color. Because color removel is not yet a concern for discharge to sanitary sewer in Turkey, COD; BOD removel becomes the major objective in wastewater for the textile indutsry. Biological treatment, chemical precipitations, membrane technology, activated carbon adsorption and evaporation is the common waste water treatment techniques of textile industry effluents ( Koyuncu et al., 2000). Membrane technology can reduce the volume of wastewater generated, recover and recycle valuable components from the waste streams and/or recover the thermal energy in hot wastewater. In addition, such process occupies only small portion of floor space. It is important for the space limited factories in Istanbul. The permeate is reused as wash- water and the concentrate can be either reused or discharged after post treatment such as wet oxidation and combustion. This study contains the results of experiments textile industry effluents. Nanofiltration membranes have been used during experimental runs for cost effective solutions instead of reverse osmosis (RO) membranes. Experimental studies have been carried out on dyehouse effluents of textile industry. Experiments have been performed on pilot scale Aquaset 9712 membrane filtration equipment. This system operates over the pressure range of 1-70 bar and contained a spiral wound module which housed membranes with 2 m2 total membrane area. A heat exchanger permitted all filtration experiments to be controlled at 20-25 °C. Nanofiltration membranes (TFCS-S) manufactured by Fluid System were used for the dyehouse effluents. Pilot membrane system was operated in two different modes. In semi-batch, steady state operation, both retante and permeate is recycled to the feed tank. In semi-batch, unsteady state operation which is the second mode, retante is recycled to the feed tank and permeate is collected separately. Xlll Color was measured by a colormeter (Hach) in Pt.Co. units. COD was measured according to Standart Methods (APHA, 1989). pH was measured by an ion analyzer (Orion SA 720). AGB- 10001 Laboratory Data Logging type was used to measure temperature and conductivity. The process performance was evaluated by measuring the permeate flow against the operating presure of module during each experiment. In conclusion, nanofiltration membranes were evaluated for their suitabilty in removing COD, color and conductivity from textile industry dyehouse effluents. The overall removel efficiency of COD, color and conductivity were greater than 96 %. Feed COD value was between the 400-720 mg/1 and permeate COD decreased with increasing pressure (Figure 1.). COD was lower than 10 mg/1 at 12 bar pressure. Permeate COD was 30 mg/1 with 80 % of recovery. Almost complete removel was achieved with nanofiltration membrane. Color value was decreased from 500 Pt.Co. to 20 Pt.Co. unit. This significant reduction in color, COD and conductivity makes possible the reuse of the permeate in the dyehouse or other processes. Figure 1. COD versus pressure The resistance model described the effect of pressure on permeate flux. Altough the limiting fluxes were not calculated, the limiting flux clearly increased with pressure. However, flux did not increase proportionally with pressure at high pressures. This was defined with two distinct regions as pressure controlled region and mass transfer controlled region (Koyuncu et al., 2000). Also, flux decreased with the increasing recovery. The feed stream concentration increased, while recovery was increasing. Fouling should not be a serious problem and may not occur inside the membrane. So that, in high recovery rates, flux was higher with high pressure and lower with low pressure. The total estimated cost will be 0.81 $/m3 for 1000 m3/day of capacity and this value is very economical for Istanbul City due to higher industrial water tariffs.