FİLTRASYON (SÜZME) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 1

Transkript

1 FİLTRASYON (SÜZME) Partikülün çökelme hızının kendi haline bırakılmadığı en yaygın arıtım yöntemlerden biri olan Filtrasyon, hem içme hem de atıksu arıtma tesislerinde kullanılan bir yöntemdir. Filtrasyon genel anlamda bir katı/sıvı ayırma metodu olarak tanımlanmaktadır. Başka bir deyişle filtrasyon, bir akışkanın katı parçacıklar içerisinden geçirilerek bünyesindeki kirliklerin alınması işlemidir. Filtrasyon işlemi, bir dolgu yatağına konulan filtre materyalinden arıtılacak suyun geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Kullanılan filtre materyalleri, kum, ince çakıl, parçalanmış antrasit, perlit, diatoma toprağı ve aktif karbondur. Bunların içerisinde, istenilen boyutta bulunması ve ucuz olmasından dolayı en çok, kum kullanılır. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 1

2 Filtrasyonun amacı Suda asılı bulunan küçük danecikleri sudan uzaklaştırmak ve bulanıklığı gidermek Organik maddelerin okside olmasını sağlamak Mikroorganizmaları sudan uzaklaştırmak Demir ve manganı okside etmek Amonyumu okside etmek Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 2

3 Giderilen kirleticiler Çevre Mühendisliği uygulamalarında filtrasyon, su kaynağından gelen veya arıtma işlemleri sırasında oluşan kil ve silt taneleri, mikroorganizmalar, kolloid ve çöken humik maddeler, bitki çürümesiyle oluşan parçacıklar, suyun yumuşatılmasında kullanılan kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksit çökeltileri gibi askıda katı parçacıkların gideriminde yaygın olarak kullanılan temel işlemlerden birisidir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 3

4 Kullanım alanları Filtrasyon işlemi özellikle içme sularının arıtılmasında yüksek kalitede içme suyu eldesinde kullanılır. Özelikle içme suyu arıtma tesislerinde çökeltme havuzlarından sonra inşa edilen bir prosestir. Filtre malzemesi olarak çok çeşitli materyaller kullanılabilmesine rağmen çeşitli avantajlarından dolayı genellikle kum kullanılmaktadır. Filtrasyon işlemi su tasfiyesinde yalnız başına veya bir başka tasfiye işlemi ile birlikte kullanılabilir. Yer altı suyundan su temininde demir ve manganı gidermek için hızlı filtreler havalandırmayı müteakip çok yaygın kullanılır. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 4

5 Filtrasyon Hızına göre filtre türleri (1/) Bu filtreleri birbirinden ayıran en önemli özellik filtrasyon hızıdır. Filtrasyon hızı, filtrenin birim yüzey alanından birim zamanda geçen su miktarı olarak tanımlanır. FH1-Yavaş Filtreler (Kek Filtrasyonu): Kentsel içme suyu arıtımında kullanılan en eski filtrelerdir. Bu filtrelerde su, yerçekimi kuvvetiyle ve düşük hızda, bir filtre ortamından (ince kum tabakası) yukarıdan aşağıya doğru süzülür. Bu filtrede filtrasyon hızı 0,1-0,4 m/saat arasında değişir. Yavaş kum filtrelerinde filtre ortamı için etkili çap, 0,15-0,35 mm arasında değişen ince taneli kum malzemesi kullanılır. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 5

6 Filtrasyon Hızına göre filtre türleri (2/3) FH2-Hızlı Filtreler (Derin Yatak Filtrasyonu): Su arıtımında kullanılan en yaygın filtrelerden birisi de hızlı kum filtreleridir. Hızlı kum filtrelerinde su, yerçekimi kuvvetine göre daha yüksek hızlarda ve daha büyük taneciklerden oluşan bir yataktan geçirilerek arıtılır. Hızlı kum filtreleri genellikle üst kısmı açık olan betonarme dikdörtgen havuzlar şeklinde inşa edilirler. Hızlı kum filtrelerinde filtre hızı 5-15 m/saat arasındadır. Filtre ortamı için seçilecek kumun tane çapı 0,5-2 mm arasında olmalıdır. Burada kullanılacak tanecik büyüklüğünün üniform olmasına dikkat edilmelidir. Filtre hızının yüksek olması ve buna bağlı olarak filtre alanından geçen debinin büyüklüğü nedeniyle hızlı kum filtreleri yavaş kum filtrelerine oranla daha çabuk tıkanırlar. Tıkanan hızlı kum filtreleri geri yıkama yapılarak temizlenirler. Geri yıkama süresi filtrede oluşan yük kaybına göre hesaplanır. Geri yıkama işlemi kısaca su akış yönünün ters çevrilmesi ile filtre yatağının genişletilerek taneciklerin filtre yatağında birbirlerine sürtünmeleri vasıtasıyla tanecik yüzeylerinde ve gözeneklerde tutulmuş olan kirleticilerin atılması olarak ifade edilebilir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 6

7 Filtrasyon Hızına göre filtre türleri (3/3) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 7

8 Sürücü Kuvvete göre filtre türleri SK1-Yerçekimiyle çalışan filtreler Yerçekimi ile çalışan filtrelerde suyun yerçekimi kuvveti etkisiyle filtre ortamından süzülüp geçirilmesiyle arıtım sağlanır. Bu filtrelerin üstü açık olup, çıkış suyu basıncı atmosfer basıncına eşittir. SK2-Basınçlı filtreler Bu filtreler genellikle tank şeklinde yapılmaktadır. Su, filtre içerisine basınçla basılır ve basınçla filtre ortamına girer ve filtreden basınçla çıkar. Basınçlı filtrelerde suyu hareket ettiren kuvvet, filtre yatağından önce \ sonraki basınçların farkıdır. Bu filtrelerin en önemli özelliği suyun atmosferle temasının kesilmiş olmasıdır. Basınçlı filtreler silindirik tankın ekseni gereği düşey basınçlı filtreler ve yatay basınçlı filtreler şeklinde yapılır kateden madde miktarı arasındaki ilişki Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 8

9 Filtre malzemesine göre filtre türleri FM1-Kum filtreleri FM2-Antrasit kömürüyle ile oluşturulmuş filtreler FM3-Birden fazla malzemenin bir arada olduğu filtreler FM3-Diatomit filtreler Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 9

10 Filtrasyon mekanizması Mekanik süzme Çökelme Adsorpsiyon Kimyasal reaksiyon Biyolojik faaliyet Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 10

11 FİLTRASYON TASARIMI (1/2) Başlıca Tasarım Değişkenleri: Yatak kalınlığı, malzemesi ve malzeme çapı Filtre hızı Taban drenaj sistemi Geri yıkama şartları Geri yıkamanın başlayacağı yük kaybı Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 11

12 FİLTRASYON TASARIMI (2/2) Tasarımda Göz önüne Alınacak Hususlar: Yerel şartlar Projenin yapıldığı ülke veya şehirdeki şartnameler Arazinin topoğrafyası Tesisin büyüklüğü Hamsu kalitesi Önceki arıtma işlemleri (filtreden önceki) Tercih edilen ve yeni filtre tipi Gelecekte yapılabilecek değişiklik ve ilaveler Geri yıkama sistemi Filtre hızının kontrolü Kimyasal madde dozlama noktası Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 12

13 FİLTRELERİN HESABI (1/8) Genelde uygulamada hızlı kum filtreleri kullanıldığından dolayı, filtre dizaynı için belli başlı bazı hususlara dikkat etmek gerekmektedir. Örneğin: Filtrenin Tipi, Filtre Sayısı, Filtre Yatağının Kalınlığı, Tipi Ve Ebatları, Filtrasyon Hızı Ve Filtre Kontrol Sistemi, Filtre Yıkama Sistemi, Filtre Alt Akıntısının Tipi, Mevcut Yük Kaybı, Filtrenin Tekrar Yıkanması, gibi hususların filtrasyon üniteleri için belirlenmesi gerekmektedir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 13

14 FİLTRELERİN HESABI(2/8) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 14

18 FİLTRELERİN HESABI(6/8) Derinlik (Filtre Yatak Yüksekliği) (L): Hızlı filtrelerde kullanılacak yatak malzemesinin seçiminde aşağıdaki hususlar göz önünde bulundurulmalıdır. Yatak malzemesi olarak sadece kum kullanılacaksa, Tasarlanan filtrasyon hızı 5 ila 7,5 m/sa arasındaysa, kullanılan kumun etkin boyutu 0,5 mm olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Kumun etkin boyutu 0,45-0,55 mm arasında olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Üniformluk katsayısı 1,3 ila 1,8 arasında olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Üniformluk katsayısı tercihen 1,65 olmalıdır (GLUMRB, 2007). Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 18

19 FİLTRELERİN HESABI(7/8) Yatak malzemesi olarak sadece kum kullanılacaksa (devam) Yatak kalınlığı 0,6 ila 0,9 m arasında olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Yatak malzemesi serildikten sonra porozite 0,42 ila 0,47 arasında olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Tasarlanan filtrasyon hızı 10 ila 25 m/sa arasındaysa, kullanılan kumun etkin boyutu 1,0 ila 1,4 mm olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Derin yatak (1,2 ila 1,8 m) tasarlanıyorsa, kullanılan kumun etkin boyutu 0,9 ila 1,5 mm arasında olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Bu kumun üniformluk katsayısı 1,2 ila 1,3 arasında olmalıdır (Randtke ve Horsley, 2012). Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 19

20 FİLTRELERİN HESABI(8/8) Yatak malzemesi olarak sadece antrasit kullanılacaksa, Antrasit etkin boyutu 0,45 ila 0,55 mm arasında olmalıdır (GLUMRB, 2007). Üniformluk katsayısı 1,65 ten küçük olmalıdır (GLUMRB, 2007). Antrasit yoğunluğu 1,4 g/cm 3 ten büyük olmalıdır (GLUMRB, 2007). Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 20

21 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (1/11) Filtrasyonda, özellikle filtre performansını önemli ölçüde etkileyen en önemli parametrelerin başında kullanılan filtre malzemesi gelmektedir. Kullanılan filtre malzemesinin; boyutu, şekli, yoğunluğu, porozitesi gibi özellikler filtre performansını doğudan etkilemektedir. Bu amaçla filtrelerde kullanılan filtre malzemelerinin fiziksel özelliklerinden biri olan boyut dağılımı filtre malzemesi seçiminde önem arz etmektedir. Dane Boyutuna Göre Ayırım (TS1500/2000) İsim Sembol Boyut Elek No Çakıl G mm No. 10 Kum S mm No. 200 Silt M mm Kil C < 2 μm Çöktürme Analizi Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 21

22 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (2/11) Daneli filtre yatağından su akarken bir basınç düşmesi olur. Bu düşüş yük kaybı olarak ifade edilir. Yatak içerisinde yük kaybı debi, basınç, giriş askıda madde konsantrasyonu, askıda maddenin özellikleri, yatak derinliği, filtre hızı ve suyun viskozitesiyle orantılıdır. Yük kaybı aynı zamanda filtre malzemesinin ebat ve şeklinin, yatak porozitesinin de bir fonksiyonudur. Temiz filtre yatağı için yük kaybı 20 m/saat filtre hızına kadar; filtrasyon hızı, suyun viskozitesi, 1 mm ve daha küçük filtre malzemesiyle orantılı olarak artar. Suyun viskozitesi sıcaklığın bir fonksiyonudur. 30 o C deki suyun viskozitesi 3 o C deki suyun viskozitesinin yarısından biraz daha düşüktür. Böylece, aynı filtrasyon hızında temiz filtre yatağı için yaz aylarında filtre yatağında yük kaybı kış aylarında yataktaki yük kaybının yaklaşık yarısı kadar olabilir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 22

23 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (3/11) Filtre sabit hızla işletildiğinde yük kaybı çalışma süresince filtre yatağında floklaşmış partiküllerin tutulmasıyla kademe kademe artar. Yük kaybı verileri filtre içerisinde meydana gelen tıkanmaların derecesini operatöre bildirmede kullanılır. Yük kaybı geliştirme eğilimleri tıkanmanın filtre boyunca mı yoksa yüzeyde mi olduğu hakkında bilgi verir. Filtrasyon hızı sabit ise filtre yatağı yük kaybı eğilimleri derinlik boyunca zamanla lineer olarak artar. Bulanıklık girişimi yerine yük kaybı filtre çalışmasını sonlandırmak için kullanıldığında, operatörler en yüksek yük kaybına ulaşıldığında filtreleri geri yıkarlar. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 23

24 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (4/11) Filtre yatağındaki meydana gelen yük kayıplarını ortaya koymak amacıyla birçok çalışmalar yapılmış olup farklı yaklaşımlarla farklı türden yük kaybı formülleri geliştirilmiştir. Bu formüllerden biri de Poiseuille (1841) tarafından gerçekleştirilmiştir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 24

25 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (5/11) H L kapiler 32* * * g V d kapiler 2 kapiler V kapiler d kapiler L kapiler H ƴ : Kapiler boşluktaki akışkanın hızı, m/sn : Kapiler boşluğun çapı, m : Kapiler boşluğun uzunluğu (yatak yüksekliğine eşittir), m : Kapiler boşluktaki yük kaybı, m :Akışkanın kinematik viskozitesi, m 2 /sn ρ :Akışkanın yoğunluğu, kg/m 3 g : Yerçekimi ivmesi, m/sn 2 Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 25

26 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (6/11) Bir filtrasyon ünitesinde belli başlı en yaygın olarak kullanılan denklemlere bakıldığında, Filtrasyon işlemlerinde yük kaybı hesapları Kozeny-Carman veya Baki Ergun denklemleri yardımı ile hesaplandığı görülecektir. Özellikle Reynold sayısının 5 ten küçük olduğu durumlar (Re<5) için geçerli olan Kozeny-Carman denklemi laminar akım şartlarındaki yük kaybı formülünü aşağıdaki gibi geliştirmiştir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 26

27 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (7/11) Bir filtrasyon ünitesinde belli başlı en yaygın olarak kullanılan denklemlere bakıldığında, Filtrasyon işlemlerinde yük kaybı hesapları Kozeny-Carman veya Baki Ergun denklemleri yardımı ile hesaplandığı görülecektir. Özellikle Reynold sayısının 5 ten küçük olduğu durumlar (Re<5) için geçerli olan Kozeny-Carman denklemi laminar akım şartlarındaki yük kaybı formülünü aşağıdaki gibi geliştirmiştir. Burada h L : Filtre yatağının başlangıçtaki yük kaybı, m υ: kinematik viskozite, m 2 /s Po: temiz filtre yatağı porozitesi (boşluk hacmi / filtre yatak hacmi) V: filtrasyon hızı, m/s d h : filtre malzemesinin hidrolik çapı, m L: filtre yatağı kalınlığı, m Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 27

28 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (8/11) Filtre ortamındaki partiküllerin boyut dağılımları farklılık gösterir ve hidrolik bir çap tanımı gereklidir. Filtre ortamındaki partikül boyut dağılımı elek analizleri yapılarak elde edilir. Hidrolik dane çapı (d h ) tanım olarak: d h =d s *φ Denklemiyle ifade edilmiştir. Burada φ şekil katsayısı ve ds spesifik dane çapıdır. Şekil katsayısı tanımlanırken partiküllerin küresellikten ne kadar uzaklaştığını bildiren bir parametre tasarlanmıştır ve bu parametrenin değeri her zaman 1 den küçüktür. Bu tanıma göre partiküller küreye yaklaştıkça şekil faktörü 1 e doğru yakınlaşmaktadır. Şekil katsayısı: Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 28

29 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (9/11) Örneğin partikülün yüzey alanı ve hacmi Ap ve Vp olsun. Bu durumda eşdeğer kürenin yüzey alanı ve hacmi: Bu denklemler yukarıda tanımlanan şekil faktörü denklemine yerleştirildiğinde: denklemi elde edilir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 29

30 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (10/11) Bir partikül için Ap/Vp (partikülün yüzey alanının hacmine oranı) spesifik alan (Sv) olarak tanımlanır. Bu nedenle küresel bir partikül için Bir filtre yatağında partiküllerin hacimsel oranı (1-Po) ile ifade edildiğinden: Malzeme özelliği Ф Küre Küreye yakın Yuvarlağa yakın Yıpran mış Açılı Kırık Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 30

31 FİLTRASYON HİDROLİĞİ (11/11) Carman Kozeny denkleminin özellikle geri yıkamalarda Reynold sayısının artmasından dolayı akım laminar olmaktan çıkar. Bu hallerde Carman-Kozeny denklemi kullanılmaz. Onun yerine Sabri Ergun denkleminin kullanılması uygundur. Sabri Ergun denklemi laminer geçiş bölgesi ile türbülanslı bölgeyi de içine alan bir denklemdir (Re= civarındaki aralıklarda bile kullanılır). Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 31

32 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (1/8) Filtrelerin işletilmesi süresince filtre yatağında biriken askıda katılar nedeniyle yatak porozitesi giderek azalmakta, yük kaybı artmaktadır. Yük kaybı, işletme boyunca çok yüksek seviyelere ulaştığında ise yatağı temizlemek amacıyla geri yıkama gereği hasıl olmaktadır. Filtrenin inşa ve kontrol şekline göre geri yıkama işlemi belirli aralıklarla ya da yük kaybının belirli seviyeye ulaşmasıyla başlatılabilmektedir. Filtrelerde geri yıkama (temizleme) yapılmaması durumunda askıda katılar yatak malzemesini tıkamakta; filtredeki yük kaybı artmaktadır. Artan yük kaybının muhtelif olumsuz etkileri vardır ki bunlardan en önemlisi yatakta çatlamalar meydana gelmesi ve suyun bu çatlaklardan kısa devre yapmasıdır. Kısa devre neticesinde çıkış suyu kalitesi bozulmaktadır. Hızlı kum filtreleri geri yıkanarak temizlenir. Yavaş kum filtrelerinin temizlenmesi ise filtre yatağının üst kısmı sıyrılarak temizlenir. Geri yıkama aşağıda belirtilen durumlarda yapılır. Yük kaybı tasarımda seçilen değeri geçmiş ise Çıkış bulanıklık değeri bozulmaya başlamış ise Filtre çalışma süresi, seçilen maksimum filtre çalışma süresini aşmış ise hızlı kum filtreleri geri yıkanır. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 32

33 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (2/8) Hızlı filtrelerde geri yıkama, genellikle yukarı akışlı olarak yapılmakta; bununla birlikte geri yıkama esnasında çitileme maksadıyla hava da beslenmektedir. Geri yıkama süresi ve hızı ile hava ihtiyacı arıtılan su kalitesine, su sıcaklığına, geri yıkama suyu kaynağına, muhtelif işletme parametreleri ile geri yıkama sisteminin tasarımına bağlıdır. Geri yıkama esnasında, filtreler akışkan hale getirilmektedirler. Bu durumda, suyun hızı, malzemenin çökelme hızına eşit olmalıdır. Hızlı filtrelerde genellikle üç farklı geri yıkama stratejisi uygulanmaktadır (Randtke ve Horsley, 2012). Bunlardan ilkinde sadece geri yıkama suyu, filtrasyon yönüne ters yönde (yukarı akışlı) uygulanır. Bazı sistemlerde geri yıkama suyuna ek olarak dış kaynaklı su kullanımı ile yüzeyde biriken askıda katıların geri yıkama kanalına sürüklenmesi sağlanır. Üçüncü geri yıkama stratejisinde geri yıkama suyuna ek olarak çitileme maksadıyla hava debisi de kullanılır. Bu sistemlerde geri yıkama işlemlerinin sırası ve süresi değişmekle birlikte genellikle ilk olarak hava ile çitileme, daha sonra su ve hava, en son ise su ile geri yıkama yapılır. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 33

34 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (3/8) Bu stratejilerin arasında en zayıf olanı sadece su ile geri yıkamadır. Yatak malzemesini daha verimli şekilde temizleyebilmek için ikincil bir su ya da hava kaynağına ihtiyaç duyulur (Tobiason vd., 2011). Geri yıkama esnasında yatak malzemesinin genişleyerek biriken askıda katıların yıkanabilmesi için bir minimum geri yıkama hızı sağlanmalıdır. Yatağın genişlemesi için ise bu hızdan daha yüksek bir geri yıkama hızı kullanılmalıdır. Etkili bir geri yıkama için hızlı granüler filtrelerde minimum geri yıkama hızının sağlanması ve yatağın % 15 ila % 30 oranında genişlemesi gerekmektedir (Randtke ve Horsley, 2012). Çok yüksek geri yıkama hızlarında ise yatak malzemesinin su akışı ile birlikte geri yıkama kanalına kaçması ve yatak kaybı söz konusu olmaktadır. Yatak genişlemesinin olduğu geri yıkama hızının ötesinde sürtünme kuvvetlerinin artışı asgari düzeyde olmakta olup, bu durumda geri yıkama esnasında yüzeyden de yıkama yapılarak çitileme gerçekleştirilebilir. Çitileme maksadıyla, geri yıkama esnasında su yerine hava debisi de kullanılabilmektedir. Bu sistemlerde, su ile yıkamadan önce, filtre kapatılarak hava debisi verilir ve ajitasyon sağlanır. Hava debisinin kesilmesinden önce düşük hızlarda geri yıkama suyu sağlanarak ajitasyon işlemi hızlandırılırken, son kademede hava debisi kesilerek sadece su ile geri yıkama yapılır. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 34

35 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (4/8) Muhtelif yatak malzemeleri için çitileme yapılan sistemlerde su ve hava debileri Tablo da gösterilmektedir. Tablo Geri yıkama sistemlerinde tipik hava ve su debileri (Randtke ve Horsley, 2012) Yatak malzemesi Geri yıkama stratejisi Normal şartlarda hava debisi (m 3 /m 2.sa) Su debisi (m 3 /m 2.sa) İnce kum (d10 = 0,5 mm) Hava Su Kaba kum (d10 = 1 mm) Hava+su Su Aynı ya da iki katı Kaba antrasit (d10 = 1,5 mm) Hava+su Su Aynı ya da iki katı Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 35

36 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (5/8) Tablo Çeşitli filtre malzemelerinin akışkanlaşma hızları [Droste, 1997]. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 36

37 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (6/8) Geri yıkama esnasında yatak malzemesi olarak kullanılan malzemenin genişleyerek porozitesinin artması ve akışkanlaşması istenir. Geri yıkama esnasında gerçekleşen yük kaybı aşağıdaki denklemle hesaplanabilmektedir. L e e g e L h 1 e e g : Genleşmiş filtre yatak yüksekliği : Genleşmiş filtre yatağının porozitesi : Danelerin yoğunluğu Burada, h e yatağın akışkanlaşması için gerekli geri yıkama yük kaybı (m), ρ g dane yoğunluğu (kg/m 3 ), L e: Genleşmiş filtre yatak yüksekliği, e: Genleşmiş filtre yatağının porozitesi. Geri yıkama esnasında genişleyen yatak kalınlığı aşağıdaki formülle bulunabilir. 1 0 L e = Lo 1 e Burada L e genişlemiş yatağın kalınlığı, e genişlemiş yatağın porozitesi, diğer parametreler ise daha önce tanımlandığı gibidir. Genişlemiş yatağın porozitesi yatak malzemesinin çökelme hızı (V t) ve geri yıkama hızına bağlı bir fonksiyon olarak şu şekilde ifade edilmektedir: v s e v t 0.22 Burada V s ve V t sırasıyla geri yıkama su hızı ve danelerin çökelme hızı şeklinde tanımlanmaktadır. Kum Temel ve İşlemler antrasit L. için çökelme hızları sırasıyla Filtrasyon aşağıda (süzme) verildiği şekilde de hesaplanabilmektedir. 37 Bunlar ampirik değerlerdir.

38 L e = Lo e Burada L e genişlemiş yatağın kalınlığı, e genişlemiş yatağın porozitesi, diğer parametreler ise daha önce tanımlandığı gibidir. Genişlemiş yatağın porozitesi yatak malzemesinin çökelme hızı (V t) ve geri yıkama hızına bağlı bir fonksiyon olarak şu şekilde ifade edilmektedir: FİLTRELERDE GERİ YIKAMA 0.22 (7/8) Burada V s ve V t sırasıyla geri yıkama su hızı ve danelerin çökelme hızı şeklinde tanımlanmaktadır. Kum ve antrasit için çökelme hızları sırasıyla aşağıda verildiği şekilde de hesaplanabilmektedir. Bunlar ampirik değerlerdir. Kum için Antrasit için v t d 60 v t 10* d60 v t 4,7* d 60 v s e v t : Danelerin çökelme hızı : Danelerin ağırlıkça %60 ının geçtiği elek çapı Bu durumda genişletilmiş yatak yüksekliği yukarıdaki iki denklemin bir bileşkesi olarak aşağıdaki şekilde tekrar ifade edilebilir. V s: Geri yıkama su hızı, m/sn L e: Genleşmiş filtre yatak yüksekliği, m e: Genleşmiş filtre yatağının porozitesi L L 1 e 0 1 vs vt V t : Danelerin çökelme hızı, m/sn 0 : Filtre yatağının porozitesi L 0 : Filtre yatak yüksekliği, m Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 38

39 FİLTRELERDE GERİ YIKAMA (8/8) Denklemler tekrar düzenlenerek ihtiyaç duyulan geri yıkama hızını hesaplamak için uygun bir formül yazılabilmektedir. Buna göre; aşağıdaki denklem, geri yıkama esnasında yatağın akışkanlaştırılması için ihtiyaç duyulan en küçük geri yıkama hızının hesaplanmasında kullanılabilir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 39

40 FİLTRELERDE BASINÇ (1/10) Filtrelerde yük kaybı demek aynı zamanda filtre içinde basınç düşüşü basınç kaybı anlamına gelmektedir (ne kadar yüksek yük kaybı o kadar fazla basınç düşmesi yani negatif basınç. Yük kaybı birimi metredir ve basıncı da m su sütunu şeklinde ifade etmekteyiz. 1 atm= 10,33 metre su sütunu = mmss). Su filtre malzemesi içerisinden geçerken kirleticiler tarafından filtre malzemesini tıkar ve bu durum zamanla suyun filtreden geçerken ki enerjisini kırmaya (düşürmeye) çalışır. Enerjisi düşen su, filtre içinde filtreye girişteki basınca kıyasla basıncın en düşük olduğu noktadan çıkmak isteyecektir. Filtre basıncının filtre kum yatağına göre değişimin veren grafik Lindquist Diyagram diye tanımlanmakta olup aşağıda verildiği gibi gösterilmektedir. Yerçekimi ile işleyen bir filtrede negatif yük, kum yüzeyinden aşağı doğru yük kaybı toplamı söz konusu noktaya kadar olan su derinliğini geçtiği takdirde meydana gelir. Negatif yük, atmosferik basınçtan daha azdır. Kirli bir kum yatağının yukarı kısmının 15 cm sinde, 1 veya 1.5 m lik yük kaybının olması ender görülen bir durum değildir. Bu yüzden, işletme suyu derinliği sığ olduğu takdirde, negatif yük, kum tabakası içinde kısa bir mesafede meydana gelir. Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 40

41 FİLTRELERDE BASINÇ (2/10) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 41

50 Soru ve çözüm(1/4) (Kaynak: Veysel Eroğlu, Su tasfiyesi, 20) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 50

51 Soru ve çözüm(2/4) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 51

52 Soru ve çözüm(3/4) X=(0,5*0,64/0,9)=0,36 m Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 52

53 Soru ve çözüm(4/4) Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 53

54 Diğer Kaynaklar Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4th Ed., McGraw-Hill. Reynolds, T.D., Richards, P.A.,Çevre Mühendisliğinde Temel İşlemler ve Süreçler, İkinci Baskı, Çeviri: Prof.Dr. Ülker Bakır Öğütveren, Efil Yayınevi, Ankara, SLOW SAND FILTRATION, L. HUISMAN Sanitary Engineering, Department of Civil Engiııeering, Technological University, Delft, Netherlands W.E. WOOD, F.I.C.E. formerly Chief.\ Community Water Supply, World Health Organization, Geneua Temel İşlemler L. Filtrasyon (süzme) 54