şeker endüstrisinde temiz üretim olanakları

ŞEKER ENDÜSTRİSİNDE
TEMİZ ÜRETİM
OLANAKLARI
E. Alkaya, T.H. Ergüder, G.N. Demirer
Sunan:
Prof. Dr. Göksel N. Demirer
Çevre Mühendisliği Bölümü, ODTÜ
Şeker Fabrikalarında Atıksu Problemleri, Çözüm
Yolları, Atıksu Arıtma Alternatifleri, Verimli Su
Kullanımı Semineri
12 Aralık 2006, Ankara
İÇERİK
√
Temiz Üretim Kavramı
√
Türkiye’de Şeker Endüstrisi
√
Şeker Endüstrisinde Temiz Üretim Yaklaşımı
√
Şeker Üretim Proses Şeması
√
Prosesi Oluşturan Temel İşlemler
√
Üretilen Yan Ürünler ve Atıklar
√
Temel İşlemlerde Temiz Üretim Olanakları
√
Örnek Uygulamalar
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM NEDİR ?
Birleşmiş Milletler Çevre Programı (UNEP):
Bütünsel önleyici bir çevre stratejisinin ürün ve
süreçlere sürekli olarak uygulanması ile insanlar ve
çevre üzerindeki risklerin azaltılması.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
KİRLİLİK ÖNLEME NEDİR ?
Prosesler için;
•Hammadde ve enerji kullanımının
•Toksik madde kullanımının
•Üretim ve hizmet süreçlerinden kaynaklanan tüm
emisyon ve atıkların miktar ve toksisitelerinin
Ürünler için;
•Olumsuz çevresel etkilerinin yaşam döngüsü boyunca
(hammadde eldesinden nihai bertarafa kadar)
önlenmesi/azaltılması demektir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Kirlilik Önleme
İşçiler
Halk
Tüketiciler
Gelecek kuşaklar
 üzerindeki çevresel riskleri azaltır.
Üretim
Arıtma
Sağlık
 giderlerini azaltır.
Verimliliği
Ürün ya/ya da hizmet kalitesini
 yükseltir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM’İN ARAÇ VE METODLARI:
√ İşletme Verimliliğinin Arttırılmasına Yönelik Çevre Yönetimi,
√ Ekoverimlilik,
√ Atık Denetleme,
√ Enerji Denetleme,
√ Risk Denetleme,
√ Çevresel Yasa Yönetmeliklerle Uyum Değerlendirmesi,
√ Çevresel Etki Değerlendirme,
√ Yaşam Döngüsü Analizi,
√ Teknoloji Değerlendirme,
√ Kimyasal Değerlendirme,
√ Endüstriyel Ekoloji,
√ Çevre için Tasarım,
√ Çevre için ya da “Yeşil” Satın Alma,
√ Çevre Yönetim Sistemleri,
√ Çevresel Performans Değerlendirmesi
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Firma
CFI, Kuzey Karolina, ABD.
Alt Sektör
Boyama, Ağartma
Uygulanan Kirlilik
Önleme Yöntemi
Ekipman Modifikasyonu (otomasyon)
Atık Azaltım
Etkinlikleri
◊ Boyama tanklarında varolan ancak kullanılmayan debi metreler, aktif
hale getirildi.
◊ Boyama tanklarına yerleştirilen diferansiyel basınç ileticileri yardımı ile
tanklardaki boyama çözeltisi miktarlarının sürekli olarak ölçümü
sağlandı.
◊ Kullanılan bir bilgisayar programı/otomasyon sistemi yardımı ile
boyama tanklarında uygulanan boyama süreçleri otomatik olarak
izlenebilir/kontrol edilebilir hale getirildi.
◊ Bu otomasyon sistemi, farklı nitelik ve miktarlardaki kumaşların
boyanması için gerektiği kadar boya/boyama çözeltisi kullanımına
olanak verdi.
Atık Azaltımı
Su, ısı ve kimyasal kullanımında % 6-16 arasında azaltım sağlandı.
Toplam 53.374 m3/yıl su ve 407,8 ton/yıl kimyasal tasarrufu sağlandı.
Su kullanımı ve ayrıca arıtılması gereken atık su miktarı da ciddi ölçüde
azaldı.
Tasarruf
172.755 Dolar/yıl (Amortisman süresi: 4 ay)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Firma
Danimarka, Finlandiya, Norveç ve İsveç’teki
15 tekstil firması
Uygulanan Atık Yıkama işlemlerinde yapılan gelişmiş süreç
Azaltım
kontrolleri ve otomasyon uygulamaları
Etkinlikleri
Sağlanan Atık
Azaltımı
Su kullanımında ortalama % 25’lik bir
azaltım sağlanmıştır
Tasarruf
Belirtilmemiş
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Firma
Açıklanmamış.
Alt Sektör
Dokuma tekstil ürünleri
Uygulanan Atık
Azaltım
Etkinlikleri
Sağlanan Atık
Azaltımı
Kapalı devre ultrafiltrasyon sistemi ile tesiste
kullanılan polivinil alkolün (PVA) geri
kazanımı ve yeniden kullanımı sağlanmıştır
Belirtilmemiş.
Tasarruf
540.000 Dolar/yıl (Amortisman süresi: 13 ay)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TÜRKİYE’DE ŞEKER ENDÜSTRİSİ
√ Türkiye’de, ılıman iklim koşullarının etkisiyle şeker üretiminin ana
ham maddesi şeker pancarıdır.
√ Türkiye, 2004 verilerine göre 13.965.000 ton/yıl pancar üretimi ile
toplam Dünya üretiminin %5.6’sını oluşturmaktadır.
√ 2001-2002 kampanya sonuçlarına göre ülkemiz, pancardan şeker
üreten ülkeler arasında 1.630.000 ton/yıl ile Dünyada 8. Avrupa da 4.
durumdadır.
√ Ülkemizde kişi başına şeker tüketimi yaklaşık 30 kg/yıl dır.
√ Şeker sanayiinin, GSMH olarak Türkiye genelindeki payı % 0,2,
imalat sanayii içindeki payı ise % 0,8 düzeyindedir.
√ Üretim, ihracat ve ithalat değerleri olarak sırasıyla;
• Gıda sanayii içindeki payı ; % 11,6, % 11,5, % 2,1,
• İmalat sanayii içindeki payı ; % 2,2, % 1,3, % 0,07,
• Türkiye geneli içindeki payı ; % 1,6, % 1,2, % 0,06
Kaynak: SEKİZİNCİ BEŞ YILLIK KALKINMA PLANI GIDA SANAYİİ ÖZEL İHTİSAS
KOMİSYONU RAPORU -ŞEKER SANAYİİ ALT KOMİSYON RAPORU- ANKARA-2001
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ŞEKER ENDÜSTRİSİNDE TEMİZ ÜRETİM
√ Şeker fabrikası atık suları, çeşitli organik ve inorganik
maddeler içererek, alıcı ortamlar için önemli derecede
kirlilik meydana getirmektedir.
√ Fabrikalar şeker pancarını işledikleri kampanya
döneminde 1 ton pancar için 14-16 m3 su kullanırlar. Bu
kadar suyun temini ve kullanıldıktan sonra arıtılması
önemli bir problemdir.
√ Şeker endüstrisi yoğun biçimde enerji kullanır. Fosil
yakıtların kullanımıyla ciddi miktarlarda sera gazı
salınımına neden olur.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ŞEKER ENDÜSTRİSİNDE TEMİZ ÜRETİM
√ Üretim prosesi, ciddi miktarlarda “kireç” gerektirdiği
için, şeker endüstrisi, önemli bir doğal kaynağın
tüketicisi konumundadır.
√ Pancardan şeker üretimi prosesinde, doğru
değerlendirildiğinde ciddi ekonomik getirileri olan değerli
yan ürünler ortaya çıkmaktadır.
Bütün bu unsurlar göz önüne alındığında
“Temiz Üretim Yaklaşımı”, şeker endüstrisi için hem
çevresel yükümlülüklerini yerine getirmek hem de
verimliliğini arttırarak, üretim maliyetlerini azaltmak
için gerekli görülmektedir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ŞEKER ÜRETİM PROSESİ ve YAN ÜRÜNLER
TEMEL İŞLEMLER
• Pancarın Fabrikaya İletimi (Yüzdürme)
• Pancarın İçindeki Yabancı Maddelerin Ayrılması
• Pancarın Yıkanması
• Pancarın Kıyılması
• Haşlama ve Difüzyon
• Şerbetin Arıtılması(Kireçleme ve Karbonatlama)
• Tephir (Şerbetin Koyulaştırılması)
• Pişirim (Kristalizasyon)
• Bekletme ve Santrifüj
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Pancarın Fabrikaya İletimi (Yüzdürme)
√ Silolarda depolanan pancarların fabrikaya naklinde,
su ile yüzdürerek nakil sistemi kullanılmaktadır.
√ Su ile nakil sisteminde pancarlar, silolamadan sonra
çeşitli şekillerde yüzdürme kanallarına alınırlar ve
fabrikaya kadar bu yüzdürme kanallarında su ile
taşınırlar.
√ Yüzdürme kanallarındaki su-pancar karışımının hızı
yaklaşık 1m/sn kadardır ve 1 ton pancarı fabrikaya
taşımak için 8-10 m3 su gereklidir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Pancarın İçindeki Yabancı Maddelerin Ayrılması
√ Yüzdürme kanallarına alınan pancarlar arasında
%5-10 kadar ve bazen daha fazla ot, yaprak, sap, taş,
toprak, kum gibi yabancı maddeler vardır.
√ Bu maddelerin fabrikaya girmeden önce
temizlenmesi gerekir. Pancarların yıkanmasından önce
bu yabancı maddeler temizlenir.
Bu amaçla kullanılan sistemler:
• Ot tutucular
• Taş tutucular
• Kum tutucular
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Pancarın Yıkanması
√ Pancarın işlemeye alınmadan önce üzerinde yapışık
haldeki tüm toprak ve kumun ayrılması gerekir. Aksi
halde daha sonraki aşamalarda çeşitli sorunlar ortaya
çıkar.
√ Yüzdürme kanallarında yüzeyindeki çamur büyük
ölçüde temizlenen pancarın tamamen temizlenmesi için
özel yıkama sistemlerinden yararlanılır. Bu sistemler üç
grup altında toplanabilir:
• Pancar yıkama tekneleri
• Tamburlu tipte yıkayıcılar
• Basınçlı su püskürten yıkama sistemleri
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Pancarın Kıyılması
√ Pancar hücrelerinde bulunan şeker, difüzyon metodu
ile sıcak suda çözündürülerek alınmaktadır. Sıcak suyun
pancar hücrelerine girebilmesi için hücreleri çevreleyen
tabakaların parçalanması gereklidir.
√ Bu nedenle, difüzyon işleminin etkin olarak yapılması
için önce pancarı doğrayarak ince kıyımlar haline
getirmek gerekir.
√ Yıkama sisteminde iyice yıkanan pancarlar, kıyılmak
üzere bir elevatörle pancar bıçaklarına verilirler.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Haşlama ve Difüzyon
√ Bıçaklarda kıyılan pancar, difüzöre gitmeden önce
haşlama teknesine girer. Haşlama teknesinde kıyımlar,
kule difüzörden döndürülen % 300-350 oranındaki 68 72 oC sıcaklığındaki ham şerbetle karıştırılarak haşlanır.
√ Burada şerbetin bir bölümü çekilerek arıtılmak üzere
şerbet arıtım istasyonuna gönderilirken kalan kısım
kıyımla birlikte difüzyon kulesinin altından kuleye verilir.
√ Difüzyon kulesinde kıyımlar yukarı doğru çıkarken,
yukarıdan verilen difüzyon besleme suyu ile temas eder.
Ters akım prensibi ile sürekli ve etkin bir kütle aktarımı
gerçekleştirilir.
√ Bu işlem bir döngü içerisinde devam eder.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Şerbetin Arıtılması
√ Difüzörden gelen ham şerbet, içerisinde şeker
dışı yabancı maddeler de bulunduran %12-15 şeker
içeren bulanık bir sıvıdır.
√ Şerbet arıtımının temel amacı, ham şerbette
bulunan kolloid ve diğer şeker dışı maddeleri
uzaklaştırmaktır.
√ Arıtım, kireçleme ve ardından karbonatlama
olmak üzere iki temel işlemden oluşur.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
A-Kireçleme
√ Kireç, kireç taşının kireç ocaklarında yakılmasıyla
elde edilir. Ortaya çıkan sönmemiş kireç, suyla
söndürülerek kireç sütü haline dönüştürülür. Kireç
sütü ham şerbetle karıştırılarak kireçleme işlemi
gerçekleştirilir.
√ Kireçlemenin amacı kolloidal bir çözelti elde etmek
ve şeker dışı maddeleri çöktürmektir.
√ Kirecin çöktürücü etkisi:
I.
Kalsiyum iyonları ile organik asitleri çöktürmesi
II. Hidoksil iyonları ile pektin ve proteinlerin koagülasyonunu
sağlaması
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
B-Karbonatlama
√ Karbonatlamanın amacı kireçli şerbetteki kireç
fazlasını CO2 yardımı ile, çözünmeyen CaCO3 a
dönüştürüp onu şerbetten ayırmaktır.
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3
√ Bu sırada şeker dışı maddeler de CaCO3 kristallerinin
yüzeyine tutunarak CaCO3 ile birlikte çöker.
√ Sistemde kullanılan saf CO2, kireç ocağında kireç sütü
elde etmek için kireç taşının yakılmasından çıkan CO2
gazının arıtılması ile elde edilir.
√ Karbonatlama sonrası sulu şerbet, filtreden geçirilerek
tephir bölümüne gönderilir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Tephir (Şerbetin Koyulaştırılması)
√ Şeker sanayiinde sulu şerbetin koyulaştırılmasında
kademeli buharlaştırıcılar kullanılmaktadır. Filtre edilmiş
sulu şerbet ısıtıcılardan geçirilerek sıcaklığı 120-125
oC 'ye çıkarılır.
√ Isıtılan şerbet I. Kademe tephire gönderilir. Şerbet
burada yoğunluğu artarak kendi akışıyla daha düşük
basınçtaki bir sonraki kademeye geçer. Bu kademeye
ısıtma buharı olarak birinci kademenin şerbet buharı
beslenmektedir.
√ İşlem bu şekilde devam ederek son kademede şerbet
yoğunluğu % 60-65 'e ulaşır. Sıcaklığı ise 88-90 oC
civarındadır. Bu şerbete koyu şerbet adı verilir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Pişirim (Kristalizasyon)
√ Pişirim işlemi şeker fabrikalarının rafineri ünitelerinde
yapılır. Bu amaçla vakum kazanı diye isimlendirilen
silindirik aparatlar kullanılır.
√ Vakum kazanı içerisinde vakum oluşturularak
standart şurup vakum kazanına alınır. Buhar kamarasına
buhar açılarak pişirim işlemine başlanır.
√ Rafineri ünitesinde kristal şeker pişirimi işlemi koyu
şerbetin, kristal beyaz şurubu, orta şeker ve rafine şeker
ilavesini takiben hazırlanan standart şurubun kuru
madde içeriği % 92-93 oluncaya kadar koyulaştırılması
işlemidir. Bu işlem sırasında şeker kristallenir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMEL İŞLEMLER
Bekletme ve Santrifüj
√ Pişirim işlemi sonucunda elde edilen lapa,
tevzii(dağıtma) teknesine ve buradan da refrijerant
denilen bekletme kazanlarına alınır.
√ Daha sonra santrifüjlerde işlenerek kristal şeker
şuruptan ayrılır. Santrifüjlerde aynı anda yıkama da
yapılır.
√ Santrifüjlerden elde edilen kristal şeker kurutulup
elendikten sonra piyasaya verilmek üzere 50 kg. lık
polipropilen torbalara doldurularak ambalajlanır.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÜRETİLEN YAN ÜRÜNLER VE ATIKLAR
Yan Ürünler
A- Melas
√ Melas, artık içerisinden ekonomik olarak daha fazla
şeker alınamayan şeker fabrikası yan ürünüdür. Santrifüj
sonunda elde edilen kristal şekerin yanı sıra üretilir.
Kaynak: MOLASSES - GENERAL CONSIDERATIONS (1983)
B- Küspe
√ Difüzyondan çıkan
şekeri alınmış pancar
kıyımlarına küspe adı
verilir. Küspenin preslenme
öncesi kompozisyounu
aşağıdaki gibidir.
Kaynak: ANAEROBIC BIODEGRADATION OF SUGAR BEET PULP (2000)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÜRETİLEN YAN ÜRÜNLER VE ATIKLAR
C- Karbonatlama Çamuru
√ Karbonatlama çamuru, kireçleme ve karbonatlama
sonucu oluşup çöken çamurun pres filtrelerden geçirilmiş
son halidir. Karbonatlama çamurunun fiziko-kimyasal ve
besiyer madde (nutrient) içeriği aşağıdaki gibidir.
Kaynak: SURVEY OF WASTES SPREAD ON LAND - EU COMMISION (2001)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÜRETİLEN YAN ÜRÜNLER VE ATIKLAR
Atıklar
A- Atık Sular
√ Türkiye’deki bir şeker fabrikasının, bir kampanya
döneminde alınmış sonuçlara göre atık su
kompozisyonu:
6,81
KOİ
(mg/L)
4700
BOİ
(mg/L)
3500
TAKM
(mg/L)
-
N (toplam)
(mg/L)
55
P(toplam)
(mg/L)
2,60
7,2
8400
5200
450
-
-
9,7
7,4
8100
6900
5100
4500
550
58,5
1,45
Atıksuyun Cinsi
pH
Pancar Toprağı Sevk Suyu
Çöktürülmüş Filtrasyon Çamuru Suyu
(Çöktürme Sonrası)
Filtre Torbası Yıkama Suları
Fabrika Temizlik Suları
Kaynak: ŞEKER FABRİKALARINDA PROSESTE KULLANILAN SULAR,FABRİKALARIN
KİRLİ ATIKSULARI VE ARITIM STRATEJİLERİ, D.SÜRAL
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÜRETİLEN YAN ÜRÜNLER VE ATIKLAR
B- Baca Gazı Emisyonları
√ 425.000 ton/yıl pancar işleyen ve yakıt olarak fuel-oil
ya da doğal gaz kullanan bir şeker fabrikasının baca gazı
emisyonları aşağıda verilmiştir.
Kaynak: IMPROVING THE ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL PERFORMANCES
OF THE BEET SUGAR INDUSTRY IN SLOVENIA (2006)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÜRETİLEN YAN ÜRÜNLER VE ATIKLAR
√ Aşağıdaki şekilde bir şeker fabrikasının yan ürün ve
atık miktarları görülmektedir.
kt/a: bin ton/yıl
Kaynak: IMPROVING THE ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL PERFORMANCES OF THE
BEET SUGAR INDUSTRY IN SLOVENIA (2006)
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
Yüzdürme ve Yıkanma
√ Pancarın depolanması ve yüzdürme kanallarına
taşınması sırasında üzerinde, kırıklar veya çatlaklar
meydana gelebilir. Yüzdürme ve yıkanma esnasında bu
çatlaklardan yıkanma sularına şeker kaybı gerçekleşir. Bu
sular daha sonra atıksu arıtma tesisine iletildiği için,
içerisindeki şeker miktarı arıtma tesisine fazladan organik
yük gelmesine neden olur.
√ Depolanma ve taşınma esnasında pancara verilen
zarar azaltılırsa, şeker kaybı azaltılır. Bu azalma arıtma
tesisine gelen organik yükün azalması anlamına
gelmektedir. Arıtma tesisine gelen organik yükün
azaltılması da arıtımı kolaylaştırmanın yanı sıra arıtma
maliyetini de azaltacaktır.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Yüzdürme ve yıkama öncesi pancara verilecek zararın
azaltılabilmesi için kamyonlardan pancar boşaltılmasında
ve silolarda saklanması esnasında gerekli özen
gösterilmelidir.
√ Taşıma ve yıkama suları çöktürme tanklarında
çöktürülüp tekrar kullanılabilir.
√ Taşıma ve yıkama sularından gelip çöktürme
tanklarında biriken maddeler (taş, toprak vs.) yol
yapımında ya da inşaat işlerinde değerlendirilebilir.
Kıyılma ve Difüzyon
√ Difüzyon besleme suyu olarak ham su kullanmak
yerine, tephir aşamasında oluşan kondanse suyu ve
küspenin preslenmesinden sisteme geri döndürülen su
IPPC REFERENCE DOCUMENT ON BEST AVAILABLE TECHNIQUES IN
kullanılabilir. Kaynak:
THE FOOD, DRINK AND MILK INDUSTRIES (2006)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Difüzyon esnasında kullanılan ısıl işlemin yerini
alabilecek ve bu sayede enerjiden tasarruf sağlanabilecek
sistemler geliştirilmektedir. Bu teknolojilerden birisi de
“electroporation”dır.
√ Konvansiyonel sistemlerde difüzyonun yüksek
sıcaklıklarda (68-72 oC) yapılmasının nedeni, şekerin
pancar hücrelerinin dışına çıkışını kolaylaştırmaktır.
Electroporation sisteminde, kıyılma öncesinde pancar
hücrelerini parçalamak için bütün haldeki pancarlara
“elektrik akımı” uygulanır. Bu sayede difüzyon
aşamasında yüksek sıcaklıklara gerek kalmadan difüzyon
besleme suyuna şeker transferi kolaylıkla sağlanabilir.
Kaynak: INNOVATIVE EXAMPLES OF ENERGY EFFICIENCY IN GERMAN SUGAR
INDUSTRY (2002)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Aşağıdaki resimde sırasıyla electroporation uygulanan
ve uygulanmayan pancarlar karşılaştırılmıştır.
Kaynak: INNOVATIVE EXAMPLES OF ENERGY EFFICIENCY IN GERMAN SUGAR
INDUSTRY (2002)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
Şerbetin Arıtılması
√ Şerbetin arıtılmasında kullanılan kireç, kireç ocağında
kireç taşının yakılması ile elde edilir. Bu işlem için fosil
yakıtları kullanılır ve baca gazı emisyonları salınır.
√ Kireç kullanımını minimuma indirmek, enerji tüketimini
ve emisyon miktarını azaltacak ve arıtma verimini
yükseltecektir.
√ Fabrikanın Çevresel Performans Göstergeleri
incelenerek, sistemin verimliliğini ve ürün kalitesini
etkilemeden kireç kullanımı optimuma çekilmelidir.
√ Proses kontrol ekipmanlarının düzenli kontrol, bakım
ve onarımları sistemde gereğinden fazla kireç kullanımını
engelleyerek kaynak kullanımını ve oluşan atık
(karbonatlama çamuru) miktarını azaltacaktır.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ İtalya’daki bir şeker fabrikasında yapılan çalışmada,
proseste ciddi bir modifikasyon yapmaksızın gerekli
önlemler alınmış ve kireç kullanımı %25 mertebelerinde
azaltılabilmiştir.
Kaynak: ERIDANIA – FERRARA, ITALY
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Şerbetin arıtılmasından arta kalan karbonatlama
çamuru, yüksek miktarda kalsiyum karbonat (CaCO3)
içerir. Ve kireç kullanımı gerektiren birçok endüstride
kullanılabilir.
√ Karbonatlama çamuru ‘toprak iyileştirici’ olarak ve
asidik toprakların nötralizasyonu için de kullanılabilir.
√ Karbonatlama çamuru, ayrıca toprak için yararlı ‘besin
maddelerinden’ magnezyum, fosfat ve potasyum içerir.
Bu nedenle gübre katkı maddesi olarak da kullanılabilir.
√ Çamur, mantar üretiminde dahi denenmiş ve başarılı
sonuçlar alınmıştır.
Kaynak: www.britishsugar.co.uk
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Karbonatlama çamuru, aynı zamanda kağıt endüstrisi
için ham madde olarak da kullanılabilmektedir.
√ İngiltere’de 2003 yılında yapılan bir araştırmanın ilk
aşamasında kağıt üretim ham maddesi olarak, %16
oranında karbonatlama çamuru kullanılmıştır.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Aynı çalışmanın ikinci aşamasında ise kagıt üretimi ana
ham maddesi olan selülozun yanı sıra, %23 karbonatlama
çamuru ile %10 kurutulmuş küspe kullanılmıştır
Kaynak: OVERVIEW OF THE ENVIRONMENTAL PROBLEMS IN BEET SUGAR
PROCESSING: POSSIBLE SOLLUTIONS (2005)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Araştırmanın sonucu olarak her iki denemede
de, 1. kalitede beyaz kağıt olmasa bile,
kullanılabilir kalitede kağıt üretilebilmiştir.
√ 10 ton/gün pancar işleyen bir işletmenin bir
yılda ambalajlama ve paketleme amaçlı 400 ton
kağıt tükettiği düşünüldüğünde, kendi atıklarını
kendi kullanımı için işlemesi olası görülmektedir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Şerbetin arıtılması için günümüzde kullanılan
kireçleme-karbonatlama prosesinin yerini alabilecek,
inovatif teknolojiler içeren çevre dostu prosesler
geliştirilmektedir.
√ Bu prosesler:
•
•
•
•
Direct crystallization of raw juice
Crystallization of the micro-filtered raw juice
Chromatographic separation
Combination of the two previous technologies
√ Prosesin tamamen değiştirilmesi hususunda daha
detaylı araştırmalar ve fizibilite çalışmaları yapılmalıdır.
Kaynak: OVERVIEW OF THE ENVIRONMENTAL PROBLEMS IN BEET SUGAR
PROCESSING: POSSIBLE SOLLUTIONS (2005)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
Tephir (Şerbetin Koyulaştırılması)
√ Tephirden çıkan kondanse suyu yıkama ve taşıma
proseslerinde yeniden kullanılabilir.
√ Literatürdeki bir çalışmada '5-6 m3/ton pancar'
miktarındaki kondansör soğutma suyu prosesin
başına verilerek yüzdürme ve yıkama suyu olarak
kullanılabilmiştir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Santrifüj
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
√ Santrifüj işleminin yan ürünü olarak üretilen melas
bir çok endüstride kullanılabilecek değerli bir üründür.
√
Melasın kullanım alanları:
•
•
•
•
•
•
Fermantasyon endüstrisi
İlaç yapımı
Bio-alkol üretimi
Maya üretimi
Sitrik asit üretimi
Hayvan besini
√ Farklı kullanımların farklı kazanımlara yol açacağı
çerçevesinde, olası alternatifler için fizibilite çalışmaları
gerçekleştirilmelidir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
Küspenin Preslenmesi
√ Küspenin preslenmesinden kazanılan su,
difüzörlere besleme suyu olarak döndürülebilir.
√ Küspe kurutularak ya da kısmen melas ile
karıştırılarak çiftlik hayvanları için besin olarak
kullanılabilir.
√ Şerbetin arıtılması kısmında da bahsedildiği gibi
küspe karbonatlama çamuru ile birlikte kullanılarak
kağıt üretimi için değerlendirilebilir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
TEMİZ ÜRETİM OLANAKLARI
Küspenin Preslenmesi
√ Difüzyon kısmında vurgulanan ‘electroporation’
teknolojisinin, küspenin preslenmesinde de
verimliliği büyük ölçüde arttırdığı kanıtlanmıştır.
√ Konvansiyonel sistemlerde, preslenerek küspenin kuru
madde içeriği maksimum %30-35 seviyelerine
arttırılabilirken, electroporation uygulanan sistemlerden
çıkan küspe, preslenerek kuru madde içeriği %45
seviyelerine arttırılabilmektedir.
√ Bu sayede küspe preslenmesinden sisteme
döndürülen su miktarı %30-40 oranında arttırılmış
olur.
Kaynak: INNOVATIVE EXAMPLES OF ENERGY EFFICIENCY IN GERMAN SUGAR
INDUSTRY (2002)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
CST Şeker Fabrikasında
Proses Optimizasyonu
Projesi
Tunus
1993 Tam Ölçek
√ 1993’te başlayan “Tunus Temiz Üretim Programı” nın
bir parçası olan proje, United States Agency for
International Development (USAID) ve United Nations
Environment Program(UNEP) desteği ile sürdürülmüştür.
√ CST Şeker Fabrikası, 658 çalışanı ile yılda 70 işgünü
işletilmektedir.
√ 36.000 ton/yıl şeker üretim kapasitesine sahip olan
işletme, proje döneminde 18.000 ton şeker üretimi
gerçekleştirmiştir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
√ İşletmenin üretim prosesi genel anlamda Türkiye’de
kullanılan prosesler ile paralellik göstermekte ve 7 ana
üniteden oluşmaktadır:
• Yüzdürme ve Yıkanma: Şeker pancarları, yüzdürme
kanalları ile yıkama teknelerine ulaştırılmaktadır.
• Kıyılma: Yıkanmış pancarlar pancar bıçakları ile
difüzyona hazır kıyımlar haline getirilmektedir.
• Difüzyon: 85 oC sıcaklıkta ters akım prensibiyle
difüzyon gerçekleştirilmektedir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
• Şerbetin Arıtılması: Kireçleme-karbonatlama
işleminden sonra, ion-exchange yöntemi ile şeker dışı
maddeler sistem uzaklaştırılmaktadır.
• Şerbetin Koyulaştırılması: Arıtılmış şerbet 4 kademeli
bir tephir sisteminde koyulaştırılmaktadır.
• Kristalizasyon: 3 aşamalı kristalizasyon sistemi
kullanılmaktadır.
• Santrifüj: Kristal şeker, son aşama olan santrifüj ile
elde edilmektedir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
√ CST Şeker Fabrikası, çevresel problemlerini çözmek,
üretim prosesini optimize etmek ve atıklarını azaltabilmek
için “Temiz Üretim” programı başlatmayı karar almıştır.
√ Temiz üretim olanaklarını belirlemeye yönelik yapılan
“Atık Denetimi” sonucu fabrikanın sorunları 4 ana
başlıkta listelenmiştir:
•
•
•
•
Atık suda standartların üzerinde BOİ ve KOİ değerleri
Aşırı enerji ve su kullanımı
Tehlikeli madde (hazardous material) kullanımı
Düşük üretim verimliliği
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
√ Gerekli çalışmalar yürütülerek, temel işlemlerin bir
bölümünü kapsayan “Temiz Üretim Olanakları” belirlenmiş
ve belirlenen opsiyonlar kısa sürede uygulamaya
konulmuştur.
• Geri Kazanım: Çalışmaz durumdaki geri kazanma
sistemi sistemi onarılarak devreye alınmıştır. Bu sayede
üretime iletilemeyen ve şeker içeren pancar parçaları atık
olmaktan çıkmıştır.
• Difüzyon ve Şerbet Arıtımı: Difüzör sıcaklığı gibi bazı
işletim parametreleri kontrol edilerek optimizasyonu
sağlanmıştır.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
• Eşanjör ve Buharlaştırma: işletim parametrelerinin
düzenli izlenmesi ve kontrolü sayesinde tephir işlemi
optimize edilerek proses etkinliği arttırılmıştır.
• Şeker Saflık Kontrolü: melasın saflığı
kristalizasyon prosesinin optimize edilmesi ile
azaltılmıştır.
• Bilinmeyen kayıplar: Boruların ve pompaların
bakımları yapılarak sızıntılar engellenmiştir. Bu
sayede kayıplar önlenmiştir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
Sonuçlar
A- Çevresel Kazanımlar
√ Belirtilen önlemlerin alınması sonucunda 1.690
ton/yıl şeker, geri kazanılarak atık olmaktan kurtulup,
şeker üretim verimliliğinde %6.5 artışa neden
olmuştur.
√ Yıllık fuel-oil tüketimi 150 ton azaltılabilmiş, bu
sayede enerji tüketiminde %2.1 azalma
gerçekleştirilmiştir.
√ 2000 ton/yıl pancar parçasının atık olarak katı atık
depolama sahalarına gönderilmesinin önüne geçilmiştir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÖRNEK UYGULAMALAR - CST Şeker Fabrikası
B- Ekonomik Kazanımlar
√ Toplam 35.000 USD yatırım maliyeti gerektiren
projenin, fabrikaya yıllık getirisi 1.400.000 USD
olmuştur.
√ Bu getirinin %85 civarı proses ve ürün
verimliliğinin arttırılmasından kaynaklanmıştır.
√ Geri kalan %15’lik pay ise ham madde ve enerji
kullanımındaki tasarruftan kaynaklanmaktadır.
Kaynak: MANUFACTURE OF FOOD PRODUCTS AND BEVERAGES # 41 UNEP IE
(1997)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ENERJİ VERİMLİLİĞİ- Almanya
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Şeker Üretiminde “Sıfır Atık” Kavramı- Slovenya
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Şeker Üretiminde “Sıfır Atık” Kavramı- Slovenya
kt/a: bin ton/yıl
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Şeker Üretiminde “Sıfır Atık” Kavramı- Slovenya
Toprak (36300 ton/yıl)
Taş (4800 ton/yıl)
Yaprak, sap, kabuk, vb.
(4500 ton/yıl)
Küspe (19100 ton/yıl)
Melas (12400 ton/yıl)
?
Karbonatlama Çamuru
(21500 ton/yıl)
Atıksu (546500 ton/yıl)
Sıcak su
Hava Emisyonları
(12400 ton/yıl)
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Şeker Üretiminde “Sıfır Atık” Kavramı- Slovenya
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Entegre Kirlilik Önleme ve Kontrolü Direktifi
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Entegre Kirlilik Önleme ve Kontrolü Direktifi
Yiyecek, İçecek ve Süt (YİS) Endüstrileri için
En İyi Teknikler (EİT) Referans Dökümanı
Tüm YİS Endüstrileri
için genel EİTler
Sektörel EİTler
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Entegre Kirlilik Önleme ve Kontrolü Direktifi
Yiyecek, İçecek ve Süt (YİS) Endüstrileri için
En İyi Teknikler (EİT) Referans Dökümanı
◊Şeker pancarının temizlenmesi (üzerindeki
toprağın azaltılması)
◊ Küspenin kurutulması
◊ Su ve enerji kullanımının azaltılması
◊ Su ve hava emisyonlarının düşürülmesi
◊ Suyun proses içinde yeniden kullanılması
Konularında En İyi Teknikler içermektedir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÇEVRESEL PERFORMANS İNDİKATÖRLERİ (ÇPİ)
∆ Herhangi bir Temiz Üretim Çalışmasının ilk aşaması ilgili
sektör için ÇPİ’lerin belirlenmesidir.
∆ Şeker Endüstrisi için birkaç ÇPİ aşağıdaki tablolarda
verilmektedir.
Prof. Dr. Göksel N. Demirer, Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
ÇEVRESEL PERFORMANS İNDİKATÖRLERİ (ÇPİ)
TEŞEKKÜRLER
Prof. Dr. Göksel N. Demirer
Çevre Mühendisliği Bölümü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Tel: 210 58 67, 210 26 41
Faks: 210 26 46
e.posta: goksel@metu.edu.tr