Detection and analysis for microplastics originating from the textile industry
Tekstil endüstrisinden kaynaklanan mikroplastiklerin tespiti ve analizi
- Tez No: 776678
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İPEK YALÇIN ENİŞ, PROF. DR. BAHATTİN YALÇIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yenilikçi Teknik Tekstiller Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Nispeten yakın geçmişe sahip bir malzeme olan plastik, hemen hemen her sektörde modern yaşamın vazgeçilmezi olmayı başarmıştır. Plastik malzemeler, ambalajdan giysiye, ekipman parçalarından yapı malzemelerine kadar geniş bir ürün yelpazesinde kendine yer bulmuştur. Bu artan üretimler plastiklerin, özellikle mikroplastiklerin ve nanoplastiklerin, çevresel etkilerine ilişkin endişeleri de beraberinde getirmiştir. Günümüzde, insanların farkındalığının da artması ile birlikte mikroplastik problemi daha da önemli bir hale gelmiştir. Mikroplastik kirliliği, çevrede genellikle 1 milimetreden küçük plastik parçacıkların varlığını içeren bir kirlilik türü olduğu için önemli bir çevresel sorundur. Bu parçacıklar, daha büyük plastik parçaların parçalanması, kişisel bakım ürünlerinde mikroboncukların kullanımı ve sentetik giysilerden plastik liflerin salınması dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan gelebilir. Mikroplastikler havada, suda ve toprakta bulunabilir ve bitkiler, hayvanlar ve insanlar üzerinde zararlı etkileri olabilir. Bu sebeple hayatımızda kaçınılmaz bir problem haline gelmiştir. Hatta bunun da ötesinde yapılan bazı çalışmalarda mağaralarda, yeraltı sularında ve içme sularımızda bile rastlanmıştır. Mikroplastik kirliliğiyle ilgili en büyük endişelerden biri, bu küçük parçacıkların kontamine su ve yiyeceklerin yutulması yoluyla besin zincirine kolayca girebilmesidir. Bu durum uzun vadede hayvanların ve insanların vücutlarında mikroplastik birikmesine sebep açabilir. Mikroplastiklerin toksinleri emme ve yayma özelliği, çevreye ve insan ve hayvanların sağlığına zarar verme potansiyellerini daha da artırabilmektedir. Mikroplastikler insan vücuduna süt, bal, tuz, deniz ürünleri ve balık gibi yiyeceklerle olduğu gibi, içme suyu ve hava yoluyla da girerek ciddi sağlık riskleri oluşturabilir. Yapılan araştırmalarda çoğu hayvan ve insanda rastlanmış olan mikroplastiklerin sağlık sorunlarına yol açtığı net bir şekilde gözlemlenmiştir ama uzun vadede etkilerinin ne dereceye ulaşacağı hala bilinmemekte ve endişe yaratmaktadır. Tekstil sektörü birçok alanda dünyayı en çok kirleten sektörlerden biridir. Kullanılan zararlı kimyasallar, yoğun miktarlardaki enerji ve su tüketimi, çevreye salınan zararlı gazlar, suya deşarj edilen kimyasallar, toprağa gömülen veya yakılan tekstil atıkları tekstil sektörünün doğaya verdiği zararları gözler önüne sermektedir. Bu zararların yanında, mikroplastik kirliliğinin en büyük kaynaklarından biri de tekstil sektörüdür. Tekstil sektörü üretim hacmi oldukça büyük olan sektörler arasında yer alır ve hızlı moda akımının da etkisi ile günden güne katlanarak büyümektedir. Artan talebi karşılamak için yenilikçi ve çeşitlendirilmiş ürünler sunan tekstil sektörü, ne yazık ki çevreye verdiği zararla da ön plana çıkmaktadır. Petrol türevlerinden elde edilen sentetik liflerin tekstil sektörüne hakim olduğu modern dünyada makro, mikro ve nano ölçekteki plastik atıkların tüm canlıların sağlığını riske attığı aşikardır. Polyester, poliamid ve akrilik gibi birçok sentetik lifin üretim, kullanım ve imha aşamalarında mikro elyaf salınımı oldukça yüksek oranda olduğundan, tekstil endüstrisi mikroplastik kirliliğine neden olan başlıca sektörler arasında yerini almaktadır. Tekstil endüstrisinin mikroplastik kirliliğine yol açtığı prosesler şu şekilde özetlenebilir: Üretim: Sentetik kumaşların üretimi, yan ürün olarak mikrolifler üretir. Bu lifler, üretim işlemi sırasında havaya veya suya salınabilir. Kumaşlara uygulanan yaş işlemler de mikrolif salınımını artırmaktadır. Kumaşların boyanması mikrolif oluşmasına neden olan başlıca işlemlerden biri olarak değerlendirilmektedir. Kumaşlara uygulanan çok sayıda fiziksel ve kimyasal bitim işlemi, liflerin kumaş yüzeyinden daha kolay ayrışmasına sebep olmakta, desarj suyuna aktarılan mikro ve nano boyutlu liflerin sayısında artışa neden olmaktadır. Kullanım: Sentetik kumaşlar, yıkandıklarında veya giyildiklerinde doğaya mikrolif salabilmektedir. Bu lifler atık su arıtma tesislerinden çevreye karışabilir. Şehir hayatının da getirisi olarak, kıyafetler sıklıkla yıkanmakta, bunun için farklı programlar içeren yıkama makineleri kullanılmaktadır. Bu programlar farklı su sıcaklığı, süre ve devir özelliklerine sahiptir. Her yıkamada binlerce mikro boyutlu lif atık sular yardımıyla deşarj edilmekte ve bu sular denizlere ve okyanuslara karışmaktadır. Öte yandan, günlük giyilen kıyafetler mekanik etkiler yardımıyla mikro lif salınımına sebep olur. Kullanılan tül perdeler güneş altında zamanla bozunarak her çekişte binlerce mikrolifi havaya saçar. Dolayısıyla kumaşların günlük hayatta kulanımı da en az üretimi aşamasında olduğu kadar mikrolifin suya ve havaya karışmasına sebep olur. Bertaraf: Sentetik kumaşlar doğada çok uzun sürede bozundukları ve genellikle de imha edildikleri için plastik kirliliğine sebep olurlar. Her ne kadar tekstil malzemeleri %90'ın üzerinde bir oranda geri dönüştürülebilir nitelikte olsa da, çok kısıtlı bir miktarı geri dönüştürülmektedir. Geri dönüştürülmeyen kısım ise ya yakılmakta ya da gömülmektedir. Yakılan sentetik kumaşların toksik gaz açığa çıkardığı bilinmektedir. Gömülen tekstil atıkları ise hem atık sahalarında ciddi bir yer kaplar hem de zamanla toprağa nano ve mikro boyutta lifler karışmasına sebebiyet verir. Tüm bu aşamalar değerlendirildiğinde, tekstil sektöründe hammaddeden son ürüne, ürünün kullanımından bertarafına her aşamasında milyonlarca mikrolif ayrışmakta ve bu lifler doğada kaybolmadan bir başka döngünün içerisinde yerini almaktadır. Mikroplastikleri içeren atıksu arıtma tesisleri (AAT), mikroplastiklerin su ortamına sızdığı önemli bir yol olarak karşımıza çıkmaktadır. AAT'ler şu anda tam anlamı ile mikroplastiklerin ayrıştırılması için konumlandırılmamış olsalar da, bazı araştırmalar gelişmiş arıtma yöntemlerinin uygulanması sayesinde mikroplastiklerin bu sahalardan ayrıştırılmasına yardımcı olabileceğini öne sürmektedir. Genellikle, AAT'lerdeki mikroplastikleri tanımlamak için sulara ön işlem uygulanması, atık sudan mikroplastiklerin ayrıştırılması ve yakalanan mikroplastiklerin karakterizasyon/nicelleştirme işlemlerinden geçirilmesi gerekmektedir. Ancak, şu anda bahsi geçen aşamalar için kullanılmakta olan yöntemlerin hiçbir standardizasyonu yoktur. Bu tez, henüz yeterince çalışmanın yer almadığı tekstil sektörü kaynaklı mikroplastiklerin tespiti ve analizi süreçlerine odaklanmaktadır. Tez kapsamında yer alan çalışmalarda, tekstil atıksularından mikroplastiklerin uzaklaştırılması için en etkili ön arıtma ve ayrıştırma tekniklerinin belirlenmesi söz konusu olmuştur. Ayrıca çeşitli yapısal bileşenlere ve farklı hammaddelere sahip tekstil kumaşlarının yıkama sırasında ürettikleri mikroplastiklerin miktarları araştırılmış, sürece etki eden parametreler belirlenmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalar üç ayrı bölümde incelenmiştir. İçerisinde bulunduğumuz probleme bir çözüm üretebilmek için öncelikle onu doğru bir şekilde tespit etmek gerekmektedir. Karşı karşıya kalınan ve çok büyük sorunlara yol açan mikroplastiklerin saptanması, ayrıştırılması ve analiz edilmesiyle ilgili henüz net bir standart metod bulunmamaktadır. Buna istinaden bu çalışmanın ilk kısmında, tekstil sektöründen kaynaklanan mikroplastiklerin, en etkili şekilde saptanıp, ayrıştırılıp analiz edilmesi için gerekli adımların ne olduğu üzerine odaklanılmıştır. Yapay olarak elde edilen tekstil atık sularının çeşitli kimyasallar ile muamele edilmesi ile organik maddelerin uzaklaştırılması süreci tezin ilk deneysel aşamasını oluşturmaktadır. Bu kapsamda, çeşitli sentetik liflerin (akrilik, polyester ve poliamid) değişken sıcaklıklarda ve sürelerde, uygun şartlar altında boyanması sağlanmış, ekstra mikrolifler ile zenginleştirilen boyama suyundan yapay bir atıksu elde edilmiştir. İçeriğinde yer alan organik maddelerin uzaklaştırılması için çeşitli oranlarda Fenton reaktifi, H2O2, HCI, KOH ve NaOH kimyasalları kullanılmıştır. Bu aşamada elde edilen sonuçlar, liflere en az hasar veren ön işlemin %15 H2O2 olduğunu göstermiştir. Bu kimyasallarla iki farklı sıcaklık ve sürede muamele edilen numunelerin sonuçları değerlendirildiğinde, oda sıcaklığında 5 gün muamele süresinin enerji tüketimi açısından daha verimli olduğu sonucuna varılmıştır. Tezin ikinci aşamasında ise, ilk aşamada seçilen en etkili ön işlemin ardından bu kez endüstriyel tekstil atıksuyundaki mikroliflerin uzaklaştırılması ve analizi süreçlerine geçilmiştir. Bu kapsamda kullanılacak olan endüstriyel atıksular Kadifeteks firmasından temin edilmiştir. Bu aşamada, ön işleme tabi tutulan atık sulara, mikroliflerin ayrıştırılması için santrifüjleme, yoğunluk ayırma ve filtreleme yöntemleri uygulanmış ve en uygun ayrıştırma yöntemi olarak filtrasyon yöntemi seçilmiştir. Diğer iki yönteme göre avantajları ile ön plana taşınan filtrasyon yönteminde cam lifi içerikli filtreler kullanılmış, ön işleme maruz bırakılan atık sular bu filtre yardımıyla vakum altında süzülmüş, filtre üzerinde biriken mikrolif atıklarının görsel ve fiziksel analizleri yapılmıştır. Tezin son aşamasında ise, üretim sürecinden sonra en az onun kadar etkili olan kullanım süreci için değerlendirme süreci başlatılmıştır. Tekstil sektöründen kaynaklanan mikroplastiklerin çevreye salınmasının sebepleri arasında üretim, kullanım ve elden çıkarma süreçleri bulunmaktadır. Çalışmanın ilk iki kısmı üretim safhasına odaklanmışken, üçüncü kısım kullanım safhasına odaklanmaktadır. Bu kapsamda öncelikle kumaşların yapısal özellikleri dikkate alınmış, kumaşların örgü yapısı, gramajı, kalınlığı ve hammaddesi gibi özelliklerin lif salınımı için ne denli etkili olabileceği irdelenmiştir. Bu çalışmalar için poliamid, polyester, geri dönüştürülmüş polyester, akrilik ve polipropilen kumaşlar temin edilmiş, kumaşların değişen gramajı, örme veya dokuma olması, gibi özellikleri incelenerek bunların mikrolif salınımına etkisi değerlendirilmiştir. Bu kapsamda sentetik kumaşların yıkama süreçleri, laboratuvar imkanları çerçevesinde taklit edilmiş ve yıkamada kullanılan ön yıkama programının etkisi de incelenmiştir. Bu son aşamanın temel amacı, tüketicilere farkındalık kazandırabilecek sonuçların elde edilmesidir. Çamaşır makinelerinde ön yıkama programı isteğe bağlı olarak seçilebilen bir program olduğundan, bu programın etkisi ile salınan mikrolif miktarının belirlenmesi tüketici farkındalığı açısından önem teşkil etmektedir. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, özellikle dokuma kumaşların örme kumaşlardan daha fazla mikrolif salınımına sebebiyet verdiği, polyesterden ziyade geri dönüştürülmüş polyesterin mikrolif salınımını artırdığı, ön yıkama işleminin ise en az yıkama-durulama süreci kadar mikrolif salınımına neden olduğu gibi oldukça önemli bulgulara ulaşılmıştır. Çalışmanın bu kısmındaki amaçlardan biri de sentetik kıyafetlerin yıkandığında ne kadar lif saldığını görmek ve bu sayede tüketicilerin farkındalığını arttırarak yapacakları tercihleri değiştirmeyi sağlamaktır. Ayrıca, daha önce hiçbir çalışmada yapılmamış ve bu çalışmanın özgünlüğü gözler önüne seren kısım ise yıkama sırasında tercihe bağlı olarak seçilen ön-yıkama prosesinin çevreye mikrolif salınımını ne kadar attırdığının gözlenmesiydi. Yalnızca satın alma alışkanlıklarımızı değil aynı zaman da kullanım alışkanlıklarımızın da değişmesi gerekmektedir. Bu doğrultuda, çamaşırlarımızı ön yıkamasız ve kısa programla yıkamanın mikrolif salınımını azaltacağı gözlemlenmiştir. Tez kapsamında yer alan deneysel süreçlere ait tüm sonuçlar değerlendirildiğinde, tekstil atık sularındaki mikroliflerin tayini, ayrıştırılması ve analizi açısından önemli adımlar atıldığı söylenebilmektedir. Atık suyun içerisinde bulunan ve en çok rastlanan mikroliflere (akrilik,polyester, poliamid) zarar vermeden kullanılabilecek ve en etkili organik kirleticileri uzaklaştırabilecek kimyasal belirlenmiştir. Ardından farklı ayrıştırma işlemleri denenmiş, bu sayede mikroliflerin atık sulardan en etkili olarak ve herhangi bir kayıp olmadan nasıl ayrıştırılacağı saptanmıştır. Çalışmanın ilk iki kısmı tekstil atık sularından çıkan mikrolifleri yakalamak ve analiz etmek için bir metod niteliği taşır. Bunun önemi de henüz konuyla ilgili standart bir metod bulunmamasıdır. Çalışmanın üçüncü kısmı ise, yalnızca bu konuda araştırma yapanları değil bütün kullanıcıları ilgilendirmektedir. Her bir insan kullanıcı alışkanlıklarıyla çevreye zarar verebilmektedir, dünyada yaşayan insan sayısını düşündüğümüzde zararın miktarı küçümsenemeyecek kadar çok olmaktadır. Bu sebeple kullanıcıların bilinçlenmesi ve satın alma alışkanlıklarını bu doğrultuda değiştirebilmesi için bu çalışma bir ön ayak olmuştur. Dahası, yıkama esnasında çamaşır makinesinde seçtiğimiz program da doğaya ne kadar mikrolif saldığımızı belirlemektedir. Bu çalışmada, ön yıkama ve yıkama durulama süreçleri ayrıştırılarak, ön yıkamanın etkisine odaklanılmıştır. Bu çalışmanın çıktısı olarak, yıkama esnasında ön yıkama programını tercih etmemenin ve uzun programlara kıyasla yıkama işlemlerinin kısa programda gerçekleştirilmesinin mikroliflerin salınımını azaltacağı söylenebilmektedir.
Özet (Çeviri)
The textile industry is one of the most polluting industries in the world in many areas: harmful chemicals used, high energy and water consumption, harmful gases released into the environment, chemicals discharged into water, and textile wastes buried or incinerated in the ground. Nowadays, we are faced with a new problem whose awareness is increasing, and that is microplastics. Microplastic pollution emerges as a critical environmental problem resulting from the decomposition of large-sized plastics into smaller micro- or nano-plastics in nature. There are many sectors that cause the formation of microplastics. At the beginning of these, the textile sector took its place. Petroleum-derived textiles are generally produced from various raw materials such as polyester, polyamide and acrylic, and synthetic fabrics produced from these fibers generate a large amount of microfiber wastes from their production to consumption and even disposal processes. While the wet and dry processes that synthetic fabrics are exposed to in their production processes cause microfibers to mix with air and water, it is a known fact that these fabrics emit a substantial number of microfibers both during the washing process and during daily use from the day they meet the consumer. Each washing of synthetic fabrics in household washing machines causes thousands of microfibers to separate from the fabric. Therefore, the textile industry is one of the leading sectors that cause significant microplastic pollution. These microfibers can then be ingested by marine life and enter the food chain, posing a potential risk to human health. Microplastics are found not only in marine life, but also in areas such as air and soil. For this reason, it has become an inevitable problem in our lives. In fact, in some studies carried out beyond this, it has even been found in caves, underground waters and drinking water. Microplastics, which are found in most animals and people around the world, are known to be bad for health, but how much their effects will get worse over time is still unknown, which is a cause for concern. Studies have proven that microplastics can be reached even in human blood. Therefore, the determination and analysis of microplastics, the number of which is increasing exponentially every day, is very important. There are several ways in which the textile industry can contribute to microplastic pollution: Fabric production: The production of synthetic fabrics generates microfibers as a byproduct. These fibers can be released into the air or water during the manufacturing process. Fabric use: Synthetic fabrics can shed microfibers when they are laundered or worn. These fibers can enter the environment through wastewater treatment plants. Fabric disposal: Synthetic fabrics do not break down easily in the environment and can contribute to plastic pollution when they are discarded. This thesis focuses on the detection and analysis processes of microplastics originating from the textile industry, for which there are not enough studies yet. Within the scope of the studies, the most effective pretreatment and separation techniques were determined for the removal of microplastics from textile wastewater. In addition, the amount of microplastics generated by textile fabrics with various structural components and different raw materials during washing were investigated, and the parameters affecting the process were determined. Experimental studies carried out within the scope of the thesis are examined in three separate sections. We must first correctly identify the problem in order to produce a solution. There is not yet a clear standard method for the detection, separation, and analysis of the microplastic problem we are facing. Based on this, part of this study focused on the necessary steps for the most effective detection, separation and analysis of microplastics originating from the textile industry. The process of removing organic substances by treating artificially obtained textile wastewater with various chemicals constitutes the first experimental stage of the thesis. In this context, various synthetic fibers (acrylic, polyester and polyamide) were dyed at varying temperatures and times, under suitable conditions, and an artificial wastewater was obtained from the dyeing water enriched with extra microfibers. Fenton reagent, H2O2, HCl, KOH and NaOH chemicals were used in various ratios to remove the organic substances in its content. The results obtained at this stage showed that the least damaging pretreatment to the fibers was 15% H2O2. When the results of these chemicals treated at two different temperatures and times are evaluated, it is concluded that the treatment period of 5 days at room temperature is more efficient in terms of energy consumption. After the most effective pretreatment selected in the first stage, second stage starts. This time the processes of removal and analysis of microfibers in industrial textile wastewater were realized. In this context, industrial wastewater was supplied from Kadifeteks company. Centrifugation, density separation and filtration methods were tried to separate microfibers from the pre-treated industrial textile wastewater and as a result, filtration method was chosen as the most suitable separation method. Production, use, and disposal are among the reasons for the release of microplastics originating from the textile industry into the environment. While the first two parts of the study focus on the production phase, the third part focuses on the use phase. Hence in the last stage of the thesis, the evaluation process has been started for the consumption process, which is at least as effective as the production process. In this context, first of all, the structural properties of the fabrics were taken into account, and it was examined how the properties such as the fabric type, thickness, basis weight and raw material type of the fabrics could be effective for microfiber release. For these studies, polyamide, polyester, recycled polyester, acrylic and polypropylene fabrics were provided, and their effects on microfiber release were evaluated by examining the properties of the fabrics. In this context, the washing processes of synthetic fabrics were imitated within the framework of laboratory facilities and the effect of the pre-wash program used in washing was examined. The main purpose of this last stage is to achieve results that can raise awareness among consumers. Since the prewash program is a selectable program in washing machines, determining the amount of microfiber released by the effect of this program is important in terms of consumer awareness. When the results obtained were evaluated, it was found that woven fabrics cause more microfiber release than knitted fabrics, utilizing recycled polyester rather than virgin polyester increases microfiber release, and pre-washing process causes microfiber release at least as much as the washing-rinsing process. One of the aims of this part of the study was to see how much fiber is spread when we wash the synthetic clothes we wear, thus increasing the awareness of consumers and enabling them to change their preferences. Moreover, no study has ever been done before, and the uniqueness of this study was the observation of how much we actually increased the microfiber release into the environment when we chose to pre-wash. Not only do our purchasing habits need to change, but so do our usage habits. Accordingly, it has been found that washing our laundry without a prewash and with a short program will reduce the release of microfibers. When all the results of the experimental processes within the scope of the thesis are evaluated, it can be said that important steps have been taken in terms of the determination, separation and analysis of microfibers in textile wastewater.
Benzer Tezler
- Bursa sahil kesimlerinde sediment ve plaj kumu örneklerinde mikroplastik kirliliğinin araştırılması
Investigation of microplastic pollution in sediment and beach sand samples in the coastal areas of Bursa
EMEL KAYNAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SAADET HACISALİHOĞLU
- Marmara denizi istanbul kıyılarında mikroplastik kirliliğinin tespiti ve karakterizasyonu
Detection and characterization of microplastic pollution on the shores of istanbul of the Marmara Sea
SEREN KARAÇAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANİFE SARI ERKAN
- Yüzeysel sularda mikroplastikler ve mikroplastiklere ilintili poliklorlu bifeniller
Microplastics and associated polychlorinated biphenyls in surface waters
ŞEVVAL GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Çevre MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SENAR AYDIN
- Seçici ftalat tayini için kuantum noktalar içeren rasyometrik akıllı nanohidrojel sensörlerin geliştirilmesi
Development of imprinted fluorescent hydrogels containing quantum dots for phthalate analysis
HÜMA FİLİZ YILDIRIM
- Tekstil endüstrisi proses atık sularında mikroplastik varlığının tespiti ve döngüsel ekonomi modeli yaklaşımı ile gideriminin değerlendirilmesi
Detection of the presence of microplastics in textile industry process wastewater and evaluation of their removal using the circular economy model approach
GÖZDE ABACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNAY YILDIZ TÖRE
DR. CAN BURAK ÖZKAL