Uçucu Organik Bileşikler End. Tesislerin Ortak Problemi

Uçucu Organik Bileşikler End. Tesislerin Ortak Problemi

Çevre problemlerine yönelik her geçen gün artan duyarlılık, insanların uçucu organik bileşikler (UOB) ve bunların çevre ve insan sağlığı üzerine etkileri üzerine de bilinçlenmesine yol açmaktadır. Son yıllarda, diğer çevre teknolojileri alan­larında geliştirilen yeni ürünlerin yanı sıra baca gazı arıtma teknolojileri konusunda da ilerlemeler olmuştur. Yeni tekno­lojiler ile temel olarak amaçlanan daha düşük işletme mali­yetleri ile daha iyi giderim seviyelerini yakalamaktır.

Birçok endüstri kolunda kullanılan temel hammaddelerden biri olan UOB’ler için çeşitli tanımlar bulunmakla birlikte, temel olarak oda sıcaklığında hava ile direk temas halinde aniden buharlaşan organik kimyasallar olarak nitelendiri­lebilirler. Literatürde ise Avrupa Birliği yönetmeliklerinde UOB’ler 293,15 Kelvin (20oC) sıcaklığında, 0,01kPa veya daha yüksek buhar basıncına sahip organik maddeler olarak tanımlanmıştır. (European Union, 21.04.2004, Retrieved on 28.09.2010)

UOB’lerin insan vücudu üzerinde ciddi sağlık sorunlarına neden oldukları bilinmektedir. Ancak, bu sorunların boyutu UOB konsantrasyonu, kaynağı ve tipine göre değişebilmek­tedir. UOB’lerin birçok hastalığa neden olduğu belirlenmiştir ve ayrıca kanıtlanandan daha fazlasına sebebiyet verebile­ceği öngörülmektedir. Günümüzde, boya, yapıştırıcı, tutkal gibi solvent ve solvent bazlı maddeler içeren kimyasalların proseslerde kullanımı yaygın olduğu için, sanayi tesislerin­den uzakta yaşayan insanlar bile UOB’nin tehlikeli etkilerine maruz kalmaktadırlar.

Amerikan Çevre Koruma Ajansı (EPA) UOB’nin sağlığa olum­suz etkilerini göz, burun ve boğaz rahatsızlıkları, baş ağrı­sı, koordinasyon bozukluğu, ciğerler, böbrekler ve merkezi sinir sistemi üzerinde hasarlar olarak özetlemektedir. Bazı uçucu organik bileşiklerin ise hayvanlar üzerinde kanser et­kisi yaratığı ve bazılarının da insanlarda kansere neden ola­bileceği belirlenmiştir. UOB ile direk temas halinde gözlem­lenen temel semptomlar ise burun ve boğaz rahatsızlıkları, baş ağrısı, deride alerji, nefes darlığı, bulantı, kusma, burun kanaması, halsizlik ve baş dönmesi olarak sıralanmıştır. (2)

UOB’ler çeşitli ısıl işlemler, üretim prosesinde organik solvent kullanımı, petrol ve petrol türevleri gibi organik bileşiklerin ve sıvı yakıtların taşınması ve depolanması, rafineriler ve or­ganik kimyasal işlemler gibi farklı faaliyetler sonucu oluşa­bilir. Aslında, solvent ve organik kimyasal ürünler kullanan tüm sanayi kolları UOB emisyonuna neden olmaktadırlar.

Aşağıda verilen grafikte, temel UOB emisyonu kaynakları ve­rilmiştir. Bu grafikte de görülebileceği gibi, UOB emisyonu­na neden olan kaynaklar arasında solvent kullanımı ve sana­yi aktiviteleri ilk sıralarda yer almaktadır. Solvent ve solvent bazlı maddeler sanayi tesislerinin temel hammaddelerinden birini oluşturmakla birlikte, ayrıca temel UOB emisyonu kay­naklarından biridir. Dolayısıyla, bu bileşiklerin ciddi etkilerini ortadan kaldırmak için uygun teknolojiler kullanılmalıdır.

Bir sanayi tesisi içerisinde, UOB emisyonuna neden olabilecek kaynaklar iki ana grup içerisinde değerlendirilebilir. Bunlardan ilki, karıştırıcılar, depolama tankları gibi prosesin gerçekleştiği yerlerdir. Bunlar noktasal emisyon kaynağı olarak değerlendi­rilir ve bu kaynaklardaki UOB emisyonunu belirlemek görece çok daha kolaydır. İkinci kaynak ise proses ekipmanlarındaki sızıntılardır ve bu sızıntı emisyonları kimyasal ve solventlerin tesis içerisinde taşınması sonucu oluşan emisyonları da kap­samaktadır. Dolayısıyla, bunlar noktasal kaynaklar olmayıp direk olarak iç ortam UOB konsantrasyonunu etkilemektedir. Bu sebeple, sızıntı emisyonlarının bertarafı için öncelikle tesis içerisinde iyi bir havalandırma sistemi şarttır.

Birçok sanayi kuruluşunun solvent bazlı hammaddeler veya petrokimyasal bileşikler kullandığı dikkate alındığında, bu sek­törler için UOB’nin de ortak bir problem olduğu açık bir ger­çektir. Bu sektörlerden bazıları şu şekilde sıralanabilir:

• Boya endüstrisi ve boyahaneler,

• Solvent üreticileri,

• PET be PET film üreticileri,

• Ambalaj sanayi,

• Matbaa ve laminasyon yapan sanayi kuruluşları,

• Kimya endüstrisi,

• Teneke kaplama ve boyama tesisleri,

• Bobin kaplama,

• Eczacılık ürünleri üreten tesisler,

• Metal endüstrisi ve metal geri dönüşümü yapan tesisler,

• Plastik endüstrisi ve plastik geri dönüşümü yapan tesisler,

• Yüzey temizleyici üreticileri

Türkiye’de UOB ile İlgili Yasal Mevzuat

Hızlı sanayileşme ile birlikte, uçucu organik bileşiklerin sağlık ve çevre üzerine olan etkileri önemli bir husus haline gelmekte ve bu konuda kamu bilinci her geçen gün artmaktadır. Bu durum, üretim sonucu oluşan çevre kirliliğinin azaltılması ko­nusunda bazı önlemlerin alınmasını da gerekli kılmıştır. Bu amaçla, bir takım yönetmelikler oluşturulmuş ve zaman içeri­sinde günün koşullarına göre bu yönetmelikler revize edilmiş­tir. Türkiye’de, 1986 yılında yürürlüğe giren Hava Kalitesinin Korunması Yönetmeliği (HKKY) uçucu organik bileşikler hak­kında ilk düzenleme olmakla birlikte bu yönetmelik ile havaya salınan organik gaz ve buhar emisyonlarına sınırlama getiril­miştir. Ayrıca, bu yönetmelikte yer alan faaliyetleri gösteren te­sisler emisyon iznine tabi tutulmuştur. Ancak, bu yönetmelikte belirtilen hükümler çok genel olduğu ve artık dönemin ihtiyaç­larını karşılamadığı için 2004 yılında Endüstriyel Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği (EKHKKY) çıkarılmış ve çözücü kullanılan ve VOC emisyonlarına neden olan tesislerin kapsamı genişletilmiştir. EKHKKY’nin yürürlüğe girmesi ile birlikte mo­torlu araçların boyandığı tesislerden, metal ve ahşap yüzeylerin boyandığı tesislerden, petrol ve akaryakıt dolum ve depola­ma tesislerinden kaynaklanan UOB emisyonlarının azaltılması hakkındaki düzenlemeler yürürlüğe girmiştir. Bu yönetmelik ile birlikte yapılan değişiklikler UOB emisyonlarının azaltılması yönünde yapılan çalışmaları önemli ölçüde olumlu bir şekilde etkilemiştir. 2006 yılında, EKHKKY’nin bazı maddeleri değişti­rilerek izine tabi tesislerin çevresel yatırımlarını bitirmeleri için gereken sürelerin verilmesi hususu yönetmeliğe eklenmiştir.

UOB emisyonları Türkiye’de EKHKKY ile düzenlenirken Avrupa Birliği’nde bu emisyonlarla ilgili olarak halen yürürlükte olan EU 1999/13/EC ile düzenlenmekte idi. Bu direktif ile belirli sanayi tesislerinden kaynaklanan uçucu organik bileşiklerin, insan sağlığı için muhtemel risklerinden ötürü temel olarak havadaki, çevredeki emisyonlarının doğrudan ve dolaylı etki­lerini, uygulanacak olan önlemler ve usulleri yerine getirerek engellenmesi veya azaltılması amaçlanmaktadır (European Union, 11.03.1999). EU 1999/13/EC otomotiv sektörü için UOB emisyonlarını Kütle Bilanço Yöntemi ile sınırlandırma yapmaktadır. 2006 yılında değişikliğe uğrayan EKHKKY’ye bu hususta dahil edilerek adaptasyon sürecinde ilerleme sağlan­mıştır. 2009 yılında yönetmelik bir kez daha yenilenerek sınır değerlerde güncellemelere gidilmiştir ve ismi Sanayi Kaynak­ları Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği (SKHKKY) olarak de­ğiştirilmiştir. SKHKKY’nin kapsamı 2010 yılında genişletilmiş ve 2012 yılında Ek 1’de verilen sınır değerler tekrar güncel­lenmiştir. AB çevre mevzuatı kapsamında yer alan 2004/42/EC ve 1999/13/EC sayılı direktiflerin uyumlaştırılması ve uy­gulamasına yönelik olarak VOC direktifi kapsamında yer alan sektörleri bilgilendirmek amacıyla Çevre ve Şehiricilik Bakanlığı tarafından 2007 ve 2008 yıllarında çeşitli seminer ve toplan­tılar gerçekleştirilmiştir. 1999/13/EC sayılı Solvent Emisyonları Yönetmeliği ve 2004/42/EC UOB Boya Yönetmeliği için tam uyumluluk sürecinin bu yıl içerisinde tamamlanması ve 2015 yılına kadar yürürlüğe girmesi beklenmektedir.

Mevcut durumda SKHKKY Ek 7 Tablo 7.2.2’de verilen UOB sı­nır değerleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:



UOB Arıtma Teknolojileri

Son yıllardaki bilimsel, politik, sosyal ve ekonomik alanlar­daki başarılar ve değişiklikler hava kalitesi ve çevre mev­zuatlarını da etkilemiştir. Bu da uçucu organik bileşiklerin kontrolü konusunda yeni bakış açısı sağlamıştır. UOB gide­rimi için yeni teknoloji arayışlarının temeli işletme maliyet­lerinin düşürülmesine dayanmaktadır.

UOB problemi çözümü ile ilgili olarak başlangıç noktası prosesin kendi içerisinde UOB seviyelerinin düşürülmesi ol­malıdır. Her tesis conta, pompa, borulama ve tanklardaki sızıntıları düzenli olarak kontrol ederek kirlilik önleme kri­terlerini uygulamalıdır. Ayrıca, proses içerisinde alternatif hammadde kullanımı da UOB emisyonlarını düşürmek için değerlendirilebilir. Tüm bu önlemlerin alınmasının ardın­dan, fabrika içerisindeki iç ortam değerleri için ve ayrıca bacada dış ortam değeri için yeni bir UOB emisyon testi yapılmalıdır.

UOB arıtma teknolojileri genellikle noktasal kaynaklar için geliştirilmiştir. Dolayısıyla, iç ortam UOB’lerinin giderimi için öncelikle iyi bir havalandırma sisteminin yapılması ge­rekmektedir. İç ortam havası bir borulama vasıtasıyla top­lanarak prosesten gelen gaz ile birlikte arıtma sistemine yönlendirilmelidir.

Uygulanacak olan teknoloji işletme maliyetleri ile direk olarak ilgili olduğu için UOB arıtımı konusunda teknolo­ji seçimi en önemli basamaklardan biridir. Uçucu Organik Bileşiklerin (UOB) bertarafı için adsorpsiyon ve yakma gibi çeşitli çözümler bulunmaktadır.

Adsorpsiyon prosesinde, kirletici gaz molekülleri aktif kar­bonun yüzeyinde tutularak burada birikirler. Bu proseste aktif karbon çok geniş yüzey alanına sahip olduğu için ter­cih edilmektedir. Kömür, odun ve hindistan cevizi kabuğu gibi çeşitli malzemelerden yapılabilen aktif karbon yüksek sıcaklıkta kontrollü oksidasyon prosesi ile üretilir ve aktive edilir. Adsorpsiyon sistemlerinde, tüm proses fiziksel ola­rak gerçekleşir. Tüm kirleticilerin fiziksel olarak giderimi mümkün olmadığı için sistem verimi oldukça sınırlıdır. İlk yatırım maliyeti düşük olmasına rağmen sürekli olarak aktif karbon tüketimi işletme maliyetlerini oldukça yükseltmek­tedir.

 

Bu teknolojiler arasında yakma sistemleri VOC bertarafı ko­nusunda en etkili çözüm olarak ön plana çıkmaktadır. Yak­ma sistemlerinde bertaraf oranı %100’e kadar ulaşmakta­dır. Yakma (veya incinerator) proseslerinde uçucu organik bileşikler kontrollü bir şekilde yüksek sıcaklıkta kendiliğin­den tepkimeye girmeyen yanma gazlarına dönüştürülürler.

Uçucu organik (VOC) bertarafı için kullanılabilecek birkaç tip yakma sistemi bulunmaktadır. Bunlar;

1. Direkt Yakma,

2. Reküperatif Yakma,

3. RETOX.

Direkt yakma sistemleri kirleticilerin yüksek sıcaklıkta (yak­laşık 850OC) kimyasal oksidasyon prosesi ile UOB’lerin CO2 ve H2O moleküllerine dönüştürülmesi prensibine dayan­maktadır. Bu yöntemde giderim verimi çok yüksek olmakla birlikte yakıt tüketimi de çok yüksek seviyelerdedir. Direk yakma sistemlerinde refrakter malzeme kullanıldığı için, sistemin daha uzun ömürlü olması ve yakıt tüketiminin daha da yüksek seviyelere çıkmaması için sürekli olarak gerekmektedir. Bu sistem, diğerlerine oranla daha yüksek miktarda tozu tolere edebilir.

Direkt yakma sistemlerinde enerji geri dönüşümü yapmak çok kolay değildir. Bu sebeple, tesis içerisinde kullanılmak üzere enerji geri kullanımı daha uygundur. Diğer taraftan, RETOX, enerjiyi sistem içerisinde tekrar kullanarak UOB ile kontamine olmuş gazın gerekli bertaraf sıcaklıklarına yük­seltilmesini sağlamaktadır. Bu proseste, rejenerasyon ısının yeniden kullanılmasını ifade etmekte olup bu sistem Reje­neratif Termal Yakma (RETOX) olarak adlandırılmaktadır.

RETOX her bir kolonu seramik malzeme ile dolu olan iki veya daha fazla kolonlu bir sistemdir. Kolonlardan biri, arı­tılacak gaza ön ısıtma yapılması için kullanılır; diğeri ise yanmadan kaynaklanan baca gazları tarafından ısıtılır. Ön ısıtma ve ısı geri kazanım kolonları arasında değişiklik ya­pılması için, akışkan yönü düzenli olarak tersine döndü­rülür. Bu sistem ile (24 saatte ortalama) 10-20 mg C/Nm3 aralığında emisyon seviyelerine ve %95-99.5 aralığında emisyon giderme verimliliğine ulaşılabilir.

Üretilen fazla enerji tekrar kullanılabilir ve toplamda önem­li ölçüde enerji tasarrufu sağlar. Direkt yakma ve RETOX sistemleri karşılaştırıldığında, giderim seviyeleri birbirine çok yakın olmasına rağmen RETOX’ta yakıt tüketimi direkt yakmaya oranla çok düşük seviyelerdedir. UOB konsantras­yonu yeterli olduğunda RETOX’ta yakıt tüketimi olmamak­tadır. Her iki sistem için yakıt tüketimleri aşağıdaki grafikte verilmiştir.

 







RETOX: UOB Emisyonu için Sıfır Yakıt Tüketimli Çözüm

Şantes düşük işletme ve yatırım maliyetli yüksek verim RE­TOX sistemi ile UOB probleminize yönelik en uygun çözümü sağlar.

RETOX sisteminde seramik malzemenin bulunduğu kolon yanma hücresinden gelen gazın içerisindeki ısıyı tutarak pro­sesten gelen soğuk gazın ısıtılması için kullanır. Bu ısı geri kazanımından gelen enerji yeterli olmadığında, sıvı veya gaz yakıt kullanan bir brülör vasıtasıyla yanma hücresinin içeri­sindeki sıcaklık 750-850 °C’de sabit tutulur. Retox ünitesinin iç kısmı özel seramik malzeme ile izole edilerek ısı kayıpları önlenir. Sistemin çeşitli bölgelerinde sıcaklık ölçeri vasıtasıyla sıcaklıklar ölçülür ve otomasyon sistemi buralardan alınan sı­caklık bilgilerine göre sağlanır. Bu sayede tam yanma garanti altına alınmış olur.Bu sistemde döngü süresi 60 saniye olarak ayarlanmıştır. Diğer bir değişle, her 60 saniyede bir gaz farklı bir kolondan girerek seramik malzemede depolanan ısıyı kul­lanır. RETOX sisteminde ısı transferi verimi %95’tir.

RETOX sistemleri genellikle 2-3 g/m3 üzerindeki solvent konsantrasyonlarında oto-termal olarak çalışabilmektedir. 100.000 Nm3/saate varan atık hava hacimlerinin söz konu­su olduğu durumlarda, tesislerdeki emisyon değerleri < 20 mg C/Nm3 (yarım saatlik ortalama değer) seviyesine ulaşır. Atık gaz arıtma sisteminden çıkan havanın termal enerjisi, ısı transfer kolonlarının değiştirilmesi yoluyla, işlenmemiş gazın ısıtılması için kullanılır. 4-6 g/m3 konsantrasyon seviyelerine ulaşılması durumunda fazla ısı geri kazanılabilir ve üretim proseslerinde kullanılabilir. RETOX tekniği genellikle >1.500-70.000 Nm3/saat aralığındaki hava debilerinde çift kolonlu sistem olarak uygulanmaktadır. 70.000 Nm3/saatten fazla olan hava debileri için üç veya daha fazla kolonlu sistemle­rin kullanılması daha ekonomiktir. Maksimum giriş sıcaklığı 400oC’dir. Maksimum UOB giriş konsantrasyonu, güvenlik nedeniyle % 25 LEL değeri ile sınırlandırılmakta olup, bu yak­laşık olarak 12 g/m3’tür.

1. UOB içeren gaz fan vasıtası ile sisteme gönderilir.

2. Özel olarak tasarlanmış olan yön değiştirme damper­leri gazı enerji geri kazanımın yapıldığı ve gazın ısıtıldı­ğı birinci kolona yönlendirir. Bu bölümde, atık gaz ve UOB ısıtılır ve yanma hücresine aktarılır.

3. Tam yanmanın ve yüksek verimli giderimin sağlanması için bu hücre içerisinde 850oC sıcaklık sağlanmaktadır.

4. Daha sonra, baca gazı ikinci kolona geçer. UOB içeri­ğinden arındırılmış gaz, ısısını dolgu malzemeye akta­rır. Böylece, sisteme giderimi yapılacak ve fabrika içe­risinden sisteme aktarılacak olan gazın ısıtılması için gerekli enerji burada depolanır.

5. Birinci kolondaki enerji tamamen kullanıldıktan sonra yön verme damperi vasıtasıyla baca gazı ikinci kolona aktarılarak enerji geri kazanımının sürekliliği sağlanmış olur.

6. Arıtılmış olan baca gazı, baca vasıtasıyla atmosfere sa­lınır.

Şantes RETOX Sisteminin Avantajları:

• UOB konsantrasyonunun yeterli olması durumunda SI­FIR yakıt tüketimi,

• %99’un üzerinde giderim verimi,

• Düşük işletme maliyetleri,

• Minimum bakım ihtiyacı,

• Özel ısı değiştirici medya sayesinde düşük elektrik tü­ketimi,

• %95’e varan ısıl verim,

• Uygun maliyetli tasarımlar sayesinde düşük yatırım maliyetleri,

• 2 kolonlu ve 3 kolonlu tasarım seçenekleri,

• Entegre PLC sistemi ile birlikte kullanım kolaylığı.