Küresel ısınma ve mevsimlerdeki değişiklik zaman içinde su kaynaklarına erişimi sınırlı hale getirecek ve devletlerin su tüketimlerinin sınırlanması gibi dolaylı ya da dolaysız önlemler almasına neden olacaktır. Ayrıca, muhtemel deşarj düzenlemeleri de üreticileri yeni çözümler bulmaya sevk edecektir. Bundan dolayı kağıt üretim sektöründe de gelecek için şimdiden hazırlıklara başlanması stratejik olarak önem arz etmektedir. Yani, anlayacağınız yeni bir mücadele konusu önünüzde sizi beklemektedir.
Kağıt makinelerinde maksimum su tasarrufu, proses içindeki su döngüsünün kapatılması anlamına gelmektedir. Kağıt endüstrisinin nihai hedefi, çevre üzerinde olumsuz bir etkisi olmayan deşarjı olmayan bir fabrika olmuştur. Su tasarruf için sistemin kapalı duruma getirilmesinin her bir aşaması üretimde karşınıza bir çok problem getirecektir. Kapalı su döngüsünde elek altı suyu içindeki elyaf, ölü elyaf, dolgu maddeleri, koloidal yapılar, yüksek moleküler ağırlıklı çözünmüş bileşenler ve düşük moleküler ağırlıklı çözünmüş bileşenlerden oluşan kirlilikleri görmeniz muhtemeldir. Bu da, proses dışı elementlerin (örneğin Al, Si, K, Cl, Mg, Mn), askıda katıların, çözünmüş katıların ve diğer kirleticilerin birikmesiyle sonuçlanır. Belirtilen birikimlerin olumsuz etkileri, korozyon, elek ve keçeler başta olmak üzere süzme elemanlarında tıkanıklar, prosesteki su ile temas eden boru ve ekipmanların cidarlarında kireç taşı oluşması, yapışkan özellikteki kirliliklerin(deposit) oluşumu şeklinde üretiminizi olumsuz etkileyebilecektir. Kapalı sisteme yaklaşılan her adımda belirtilen olumsuz etkilerde artmanın gözlenmesi de kaçınılmazdır.

Bu nedenle öncelikle muhtemel olumsuzlukları bir irdelemek ve sonrasında su döngüsünde kapalı sisteme nasıl gidileceğini düşünmek gerekecektir.

Kağıt fabrikalarındaki trend, elek altı suyunu geri kazanarak taze su (fresh water) tüketimini minimize etmektir. Kapalı sistemi su döngüsünde oluşacak risklerin yanı sıra, doğru bir kazanım olması halinde faydalarının da olduğu görülmektedir.

Yukarıda da belirttiğimiz gibi, kağıt prosesindeki su döngüsü ne kadar kapalı duruma getirilirse, zararlı maddelerin birikimi de o kadar artmaktadır. Bu zararlı maddeleri, anyonik ve anyonik çözünmüş maddeler ve koloidal maddeler olarak belirtebiliriz. Anyonik kalıntı(trush) elek üzerinde tutunum amacıyla verilen retensiyon kimyasalı ile etkileşerek verimliliğin azaltır ve elek üzerinde tutunuma olumsuz etki ederler. Elyaf, ölü elyaf ve dolgu yüzeyleri tarafından absorblanarak liflerin bağlanmasını ya da proseste ilave edilen diğer kimyasalların etkinlini azaltırlar.

Özellikle OCC gibi geri kazanılmış atık kağıttan elde edilen ikincil elyaflar söz konusu olduğunda, geri kazanılmış atık kağıt yoluyla proses suyuna giren yapışkan ve yapıştırma etkisine sahip partiküllerin(tutkal ve stickies) giriş oranlarını belirlemek için takip analizleri zorunlu olmaktadır. Tutkal ve yapışma etkisine sahip olan parçacıkların birleşerek zift parçacıklarına benzer topaklar(deposit) yaparak, kağıt makinesi üzerinde kopmalara neden olarak üretim süresini azaltır ve kalitesiz kağıt çıkmasına sebebiyet verirler. Ayıca, kapalı sisteme sahip su döngülerinde Sülfat seviyesinin de takip edilmesi, yaş kısım boru ve ekipmanlarını su ile temas eden yüzeylerinde tabakalaşma(scaling) oluşturacağından takip edilmelidir. Yüksek sülfat seviyeleri ayrıca kağıt makinesindeki kimyasal arıtma programlarını da etkiler.
Organik çözünmüş ve kolloidal maddeler mikrobiyolojik büyüme için mükemmel besinlerdir ve proses suyundaki çözünmüş oksijen (DO) seviyesine göre aerobik veya anaerobik biyolojik aktivite, şlaym( biriken sümükümsü kirlilik) ve koku ile sistem temizliğinin azalmasına neden olur. Anaerobik aktivite ile şlaym( biriken sümükümsü kirlilik) birikimleri, işlem sırasında hidrojen sülfür salınımı nedeniyle korozyonu oluşumuna da neden olmaktadır. Bu olumsuz etkileri biraz inceleyelim:

Mikrobiyolojik büyüme:
Kapalı bir akarsu sisteminde ortaya çıkan sorunların çoğu mikroorganizmalardan kaynaklanmaktadır. Su sistemi kapalı hale getirildiğinde, organik bileşikler elek altı suyunda birikir ve koku emisyonlarına neden olan mikrobiyolojik büyüme için alt yapı görevi görür. Büyüme suda ve ayrıca elek altı su sisteminde su ile temas eden yüzeylerde bir biyofilm olarak başlar. Zamanla film kalınlaşır ve yüzeyden ayrılabilir. Elek altı suyundaki kopmuş olan bu biyofilm parçaları hamur kasasına girer ve hamurla birlikte elek üzerine yayılır. Safiha üzerinde, elyafların arasına girerek yer kaplar. Kurutma grubunda ısı işlemi biyofilm parçalarını küçültür ve kağıtta bir delik bırakır. Bu da üretilen kağıdın kalitesinin bozulmasına sonucun doğurur. Çözüm olarak son zamanlarda çok adlandırılan, mekaniksel ve kimyasal arıtma içeren böbrek teknolojileri ile en aza indirilebilir. Biyositler, şlaym birikimlerini kontrol edecek ve kokuları azaltacaktır. Kimyasal biyositler, kağıt hamuru ve kağıt fabrikalarının elek altı sularının arıtılması için olağan kimyasallar olmasına rağmen, enzimler de giderek artan bir şekilde potansiyel alternatifler olarak görülmektedir. Enzimler, karakter olarak toksik olmadıkları ve biyolojik orijinli oldukları için potansiyel olarak biyofilm kontrolü için faydalı görülmektedir, ancak diğer şlaym kontrol kimyasalları ile birleştirildiğinde elde edilebilecek etki biçimleri, sınırlamaları ve artan sinerjistik etkilerinin daha kapsamlı bir şekilde anlaşılması gereklidir. Kağıt makinelerindeki biyofilmler, mikrobiyolojik kökenli hücre dışı polimerik maddeler, elyaflar, inorganik çökeltilmiş madde ve mikrobiyolojik hücreler içerir. Bakteriyel polisakkaritleri parçalayan enzimler, biyofilm matrisinin oluşumu ve bütünlüğü üzerinde veya mikrobiyolojik hücrelere zarar vermede etkilere sahip olabilir ve tortu kontrolünde potansiyel araçlar olarak görülebilmektedir. Biyofilm bileşenlerinin yapısal çeşitliliği nedeniyle, çoğu durumda muhtemelen proteazlarla birlikte birkaç spesifik enzimin kombine etkisine ihtiyaç duyulabilmektedir. Enzimlerin bir kağıt makinesinin çalışabilirliği üzerindeki etkisi ve optimal arıtma stratejisi, duruma göre değerlendirilmelidir.
Elek altı su sistemi, çok sayıda boru ve farklı ekipmanlarla birlikte çok büyüktür. Prosesteki bazı pozisyonlarda elek altı suyu havaya maruz kalır ve oksijen suda çözülür. Elek altı suyundaki mikroorganizmalar bu oksijeni tüketir ve anaeroblar için uygun oksijensiz bir ortam oluşturulur. Oksijen tükendiğinde ve nitrat veya sülfat gibi başka elektron alıcısı olmadığında, beyaz su sistemindeki anaerobik koşullar mikroorganizmalar için çalışmaya başlar. Bu işlemde farklı uçucu yağ asitleri (VFA'lar) üretilir. Bu VFA'ların bazıları çok hoş olmayan bir kokuya sahiptir. Bu tür bileşiklerin elek altı suyunda birikmesi, kötü bir çalışma ortamına yol açabilir. Büyük miktarlarda VFA'ların oluşumu aynı zamanda elek altı suyunun kimyasını da etkiler. VFA konsantrasyonundaki artış tutunumu olumsuz etkilediğinden retensiyon kimyasalı dozaj miktarı artırılmak zorunda kalınır.

Korozyon:
Elek altı su sisteminin kapanması, hem inorganik iyonların birikmesine hem de enerjinin korunmasına yol açar, bu da elek altı suyunda daha sıcaklık yükselmesi sonucunu doğurur. Yüksek sıcaklık, yüksek konsantrasyondaki anyonik iyonlarla birlikte korozif koşullar yaratır. Klorür, sülfat ve tiyosülfat gibi farklı inorganik iyonların artan seviyeleri ile elek altı suyundaki ortamın korozif yapısının arttığı tespit edilmiştir. En agresif elek altı suları, molar klorür miktarının sülfatınkini aştığı sulardır. Mikroorganizmaların metabolik aktivitesi de korozyona neden olabilir. Elek altı suyunda anaerobik koşullar altında asetik asit, propiyonik asit ve bütirik asit gibi VFA'lar üretilir ve hepsi aşındırıcı bileşiklerdir. Başka bir aşındırıcı bileşik olan hidrojen sülfür, Elek altı su sisteminde anaerobik koşullar altında da üretilebilir. Bu nedenle, üretim tesislerinin tasarımında korozyona karşı dayanıklı malzemelerin kullanılması gerektiği sonucu ortaya çıkmaktadır.

Patlamalar:
Kapalı sistemlerden dolayı nadir de olsa, ölümcül sonuçlara sahip patlamalar geçmişte meydana geldi ve farklı kağıt fabrikalarında rapor edildi. Birkaç fabrikadaki kazalardan bakteriyel hidrojen oluşumunun sorumlu olduğu biliniyordu. Bu patlamaların bir kısmı sıcak çalışma ile başlamış ve tüm patlamalar fabrikalar durduğunda meydana gelmiştir. Durgun proses suyu bulunan tanklarda ve kaplardaki ortam, hidrojen üreten bakterilerin eylemi için ideal olan oksijensiz bir ortama çok hızlı bir şekilde değiştirilir. Normal çalışma koşulları sırasında, elek altı suyu, suyu yeterince havalandıran, hidrojen üreticileri için elverişsiz hale getiren hava ile temas halinde sürekli hareket eder. Bu nedenle kazaların duruşlarda olması açıklanabilmektedir.

Diğer Olumsuzluklar:
Elek altı su sistemine birçok farklı madde eklenir ve bunların bazıları doğrudan veya dolaylı olarak üretim sürecine olmsuz etki eder. Bunlar farklı tiplerdedir ancak en yaygın olanları ufak yapışkan parçacıklar(stickies), zifte benzer topaklar(pitch) ve anyonik(trush) kalıntılardır. Fabrikalarda geri kazanılmış kağıt kullanılarak stickies oluşturulur. Atık kağıt kullanımı sisteme çeşitli maddeler getirerek farklı sorunlara neden olabilir [8]. Bu tür maddelerin örnekleri, yapışkan artıkları, bantlar, kauçuk benzeri parçacıklar ve hidrolize boyutlandırma ajanlarıdır. Birincil elyaftan oluşan yağ asitleri veya reçine asitleri, hidrolize tutkallama maddeleri ile birlikte zift(pitch) adı verilen topaklar oluşturabilir. Bu kirlikler, belirli koşullar altında makine elek veya pres keçesinde birikebilir ve kağıt yapım sürecini olumsuz etkiler.

Kağıt Üretimine Etkileri:
Elek altı suyunda hem üretim sürecini hem de kağıdın kalitesini etkileyen bir takım maddeler vardır. Bu bileşikler genellikle iki kategoriye ayrılır: çözünmüş maddeler ve koloidal maddeler.
Çözünmüş maddeler polisakaritler ve iyonlar olabilirken kolloidal maddeler lignin ve lipofilik ekstraktiflerden oluşur. Bu bileşiklerin tümü, elek altı su sistemi kapatıldığında birikir ve bu, üretim sürecini ve nihai ürünü etkiler. Kombine mantar-enzim sistemi, kapalı bir su sistemi içinde bulunan zararlı maddeleri azaltmanın bir yolu olarak umut vaat ederken, farklı enzim preparatları ile yapılan işlemler, mantar lakkazlarının beyaz su ekstraktiflerinin giderilmesinde önemli bir rol oynadığını ortaya koyduğu bilgileri alınmaktadır. Kağıt kalitesi etkilenmediği sürece, kalan kirleticiler yaş kısım kimyası kontrolü ile kapalı sistem elek altı suyu yönetimi yapılabilmektedir.
Beyaz sudaki katyonların kağıt gücünü etkilediği gösterilmiştir [14]. Bu gözlem kraftliner üretimi sırasında yapılmıştır. Yüksek katyon konsantrasyonlarında, lifler saf sudaki kadar şişmez ve bu, lifler arası bağların sayısını azaltır ve bu da kağıdın mukavemetini düşürür. Tatlı su tüketimini ve kirleticilerin deşarjını en aza indirmek için ıslak son kimya programı ve arıtma tekniğinin bir kombinasyonu uygulanabilir. Süreci stabilize etmek ve kontrol etmek ve tatlı su tüketimini minimuma indirmek daha uygundur. Kağıt kalitesi etkilenmediği sürece, kalan kirleticiler ıslak son kimya kontrolü ile ağ üzerinde sabitlenebilir [15].

Tutunum:
Ayrıca, beyaz suda, genellikle anyonik çöp olarak adlandırılan bir anyonik organik bileşik birikimi de vardır. Bu bileşikler, tutma sistemi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Birkaç tip tutma sistemi mevcuttur ve iyonik olmayan tutma sistemlerinin organik bileşiklerin birikmesinden en az etkilendiği, katyonik sistemlerin ise daha yüksek derecede etkilendiği gösterilmiştir [18]. Pektinaz enzimi, özellikle peroksit ile ağartılmış mekanik kaliteler durumunda, anyonik çöp ve katyonik kimyasal talebin etkisini azaltmak için de çalışılmıştır [19]. Pektinaz uygulaması BTMP veya BPGW içeren hamurların katyonik talebini sırasıyla %46 ve %36 oranında azaltmıştır. Bu, her iki değirmenin bir güç maddesi, nişasta ve pıhtılaştırıcı dahil olmak üzere katyonik kimyasalların kullanımını azaltabilmesiyle sonuçlandı. BTMP kullanan değirmende pektinazın kullanılması, bir kuvvet ajanının uygulanmasından önce katyonik talebi azaltmak için şap ihtiyacını da ortadan kaldırdı. Pektinaz kullanımı, tek başına katyonik kimyasallarda önemli ölçüde tasarruf sağlamıştır.

Diğer Etkiler
Makinenin elek altı su sisteminin kapanmasıyla sıcaklık ve iletkenlik artabilir ve pH dalgalanabilir, bu da yaş kısım katkı maddeleri arasındaki tipik dengeyi bozar. İnce parçacıkların birikmesi de köpüğü stabilize edebilir. Birikmiş kirlilik ve fıskiye memesinde tabaka oluşumu, fıskiye memelerini tıkayabilir. Isı ve enerji tasarrufları ve giren ve çıkan su arıtma maliyetlerinin düşürülmesi, artan işletme zorluklarını dengelemeye yetecek kadar yüksek olduğunda, suyun kapatılması daha yüksek bir öncelik olacaktır. Yş kısım kimyasalların uçucu organik bileşiklerin (VOC) emisyonları üzerindeki etkisi, herhangi bir elek altı suyu döngüsünü kapatma stratejisinde dikkate alınmalıdır. Azaltılmış su tüketimi ile, çözünür ve çözünmeyen malzemelerin denge konsantrasyonlarına daha hızlı ulaşılır ve yaş kısımdaki kirleticilerin seviyesi artar. Çoğu katkı maddesinin yaş kısım elektrik yükü üzerinde bir etkisi olduğundan, iletkenlik ve elektrik yükü ölçümleri faydalı olabilir. Kapalı sistemlerde tipik kağıt kalitesi kaybı şunları içerir:
-daha düşük parlaklık,
-iç tutkallama ile ilgili zorluklar,
-mukavemet özellikleri kaybı,
-hacim ve kalınlık kaybı.

Potansiyel Çözümler
Elek altı suyunun geri kazanımı için yeni çözümler arasında membran filtrasyonu, biyofilm prosesleri ve teofilik biyolojik arıtma bulunmaktadır. Kahverengi kağıt fabrikalarının su döngülerini kapatmak için mikroflotasyon, biyolojik işlemler ve membran filtrasyonu kullanılmıştır. Membran filtrasyonu kullanımında, pres atık suyunun yeniden kullanılması konusuna dikkat etmek gerekir. Sıfır deşarj hedefi olan fabrikalarda yeni bir çözüm, iki bağımsız böbrek sistemini kullanmak olarak açıklanabilmektedir. Hamur hazırlamada biyolojik bir böbrek kurulması ve yüksek kaliteli fıskiye suyu ve kimyasal seyreltme suyu, kağıt makinesi berrak filtrat olarak elde edilen suyun membran filtrasyon ile elde edilmesidir. Hamur hazırlama için arıtılmış su, hamur hazırlamada geri kullanılır. Ultrafiltrasyon, mikro yapışkanları ve bakterileri uzaklaştırmak ve katyonik talebi azaltmak için kullanılabilir. Ultra filtrelenmiş su, elek temizliği için yüksek basınçlı duşlar için uygundur. Biyolojik arıtma BOİ, KOİ ve tuz içeriği üzerinde çok daha büyük bir etkiye sahiptir. Buna rağmen, biyolojik olarak arıtılmış suyun su giderebilme özelliği zayıftır. Su kaynakları yönetimine sistematik bir yaklaşım şunları kullanır:
-bir proses denetimi;
-yeniden kullanım ve geri dönüşüm için potansiyel senaryoların kavramsal tasarımı;
-kararlı durum simülasyon modelinin geliştirilmesi;
-önerilen çözümlerin risk ve fayda analizi.

Sonuç olarak
Eğer başarılabildiğinde su döngüsü sisteminin kapatılması, kağıt hamuru ve kağıt fabrikalarına çeşitli avantajlar sağlar. Ancak, su döngüsünün kapatılmasını sadece ürün kalitesinden ödün vermemek ve üretim sürecini olumsuz etkilememek ve ileri dereceye kadar uygulamak için uygun şekilde ele alınması gereken bazı sınırlamalar ve problemler vardır. Sıfır su deşarjlı bir fabrika bile, korozyon veya tortu oluşumunu teşvik edecek istenmeyen maddelerin birikmesini önlemek için ciddi teknik zorluklar yaşayacaktır. Konvansiyonel bir fabrikada olduğu gibi, kapalı çevrim bir tesiste de proses bozulmaları meydana gelecektir. Gerçekten kapalı çevrim olması için, üretimin tüm proses parametrelerini kontrol altına alma ve depolama kapasitesinin yanı sıra filtratı prosese geri döndürme veya atık işlemeye gönderme araçlarına sahip olması gerekir. Kapalı çevrimli bir fabrikalarda kritik süreç değişkenlerinin uygun şekilde izlenmesi için son teknoloji süreç kontrolleri ve bilgi sistemleri zorunlu olacaktır.

Bu bilgiler ışığı altında gelecekte sorunlar yaşanmaması için, su tüketimini azaltma ve hatta kapalı su döngü sistemine geçebilme için yöneticiler tarafından programlarını yavaş yavaş belirlemesi gerektiğini düşünenlerdeniz.