SU ARITMA TESİSLERİNDE HAVALANDIRMA

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ SU ARITMA TESİSLERİNDE HAVALANDIRMA Dr. Tamer COŞKUN 13 Mart 2012

2 Havalandırma Gerekli gazları suya kazandırmak (gaz halinden çözünmüş forma dönüştürmek) veya su içinde istenmeyen gazların (çözünmüş gazlar ve uçucu organik maddeler) sudan giderilmesini sağlamak amacıyla yapılırlar. Uçucu organik bileşikler ve çeşitli aromatik bileşikler suda koku ve tada sebep olurlar.

3 Havalandırma Suya, kötü tat ve koku veren uçucu organik maddeler ve H 2 S gibi bileşiklerin giderilmesi Demir ve manganın okside edilmesi Suya oksijen kazandırmak veya karbondioksit gidermek veya kazandırmak Su arıtımında eğer giderilmediği takdirde girişim yapabilecek kirleticiler var ise onların uzaklaştırılması (klorlama öncesi H 2 S giderimi, yumuşatma öncesi CO 2 giderimi gibi) Suların dezenfeksiyonu

4 Havalandırma Tipleri Cazibe ile çalışan havalandırıcılar Kaskat tipi havalandırıcılar Havalandırma kuleleri Tablalı havalandırıcılar Püskürtücü havalandırıcılar Koni şeklindeki havalandırıcılar Difüzörlü havalandırıcılar Mekanik havalandırıcılar

5 Havalandırma Tipleri Cazibe ile çalışan havalandırıcılar: Graviteli havalandırıcılarda; savaklar, şelaleler, kaskatlar, eğik düzlemler, hava akımıyla zıt yönlü dikey kuleler, yatak malzemesi de içerebilen delikli tablalı kuleler kullanılır. Püskürtmeli havalandırıcılar: Bu tipte su küçük sprayler haline getirilerek dik bir şekilde yükseltilir. Bu tip havalandırıcılar dekoratif çeşmeler olarak da dizayn edilir. Yüksek enerji gereklidir.su fazla katı madde içermemelidir.

6 Havalandırma Tipleri

7 Havalandırma Tipleri

8 Havalandırma Tipleri

9 Havalandırma Tipleri Difüzörlü havalandırıcılar: Su geniş tanklarda havalandırılır. Basınçlı hava poroz malzemelerden suya verilir. Havalandırma periyodu dk arasındadır. Hava ihtiyacı genellikle 0,1-1 m 3 /m 3 su şeklindedir. Mekanik havalandırıcılar: Genellikle bunun için pedallar, türbin havalandırıcılar, mikser bıçakları kullanılır. Bu tip havalandırıcılar genellikle atıksular için kullanılır.

10 Havalandırma Tipleri

11 Havalandırma Tipleri

12 Gaz Transferinin Mekaniği Gazların sıvılar içerisinde çözünmesi bir denge durumudur. Gazların sıvı içerisinde denge halinde çözündüğü konsantrasyonu doygunluk konsantrasyonu (C s ) olarak adlandırılır. Gazların doygunluk değeri, sıvının sıcaklığı, gazın kısmi basıncı ve sıvı içerisinde çözünmüş katıların konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Gazların sıvı içerisindeki doygunluk değeri ile mevcut konsantrasyonu arasındaki fark, gazın formunu değiştirmek için gerekli sürücü kuvveti ortaya çıkarmaktadır.

13 Gaz Transferinin Mekaniği Sıvı ve gaz ara yüzleri arasındaki gaz transferi 1 nolu denklemle izah edilir. (1) nolu denklemin integralinin alınmasıyla (2) denklemi elde edilir. dc dt = K L a ( C ) s C 0 (1) ( ) ( ) K La t C C = C C e s s 0 (2) Burada; C: konsantrasyonu; Cs: Doygunluk konsantrasyonunu; C0: başlangıç konsantrasyonunu; KLa: kütle transfer katsayısını; t: zamanı ifade etmektedir.

14 Gaz Transferinin Mekaniği Kütle transfer katsayısı çeşitli etkilerle değişebilen bir değerdir. En iyi olarak; bahsi geçen gaz ile istenen havalandırma koşullarında yapılan deneylerle belirlenir. ( ) ( ) T 20 K a = K a θ L T L 20 (3) Burada; T: sıcaklığı; (KLa) T : T sıcaklık için kütle transfer katsayısını; (KLa) 20 : 20 C sıcaklık için kütle transfer katsayısını ifade etmektedir.

15 Gaz Transferinin Mekaniği Gaz transferi, birim hacimdeki maruz kalma alanı ile doğru orantılıdır. İdeal gaz transferinde maruz kalma alanı maksimize edilmelidir. Difüzörlü havalandırıcılar bu is için daha uygundur. Daha çok alanı olan ince kabarcıklar oluşturulmalıdır. Kaskat havalandırıcılarda, uzun savak genişliği bu alanı artırmaktadır. Püskürtücülü havalandırıcılarda, ince püskürtme mekanizmaları daha fazla alan oluşturmaktadırlar.

16 Gaz Transferinin Mekaniği Gaz transferi, maruz kalma suresi ile de doğru orantılıdır. Bundan dolayı, havalandırıcı maruz kalma suresini artırmalıdır. Örneğin, difuzörlü havalandırıcılarda, kabarcıkların yükselme hızı, püskürtücülü havalandırıcılardaki, püskürtüldükten sonraki düşme hızının 5 te 1 idir. Eğer diğer bütün faktörler eşit tutulursa, oksijen transfer hızı, difuzörlü sistemlerde püskürtücülü havalandırıcılara göre 5 kat daha fazladır.

17 Gaz Transferinin Mekaniği Gaz transferi, gazın doygunluk konsantrasyonu ile ilk konsantrasyonu arasındaki fark ile doğru orantılıdır (Cs-Co). Gazların doygunluk değeri, sıvının sıcaklığı, gazın kısmi basıncı ve sıvı içerisinde çözünmüş katıların konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla bu parametrelerin birinde meydana gelen değişim, gaz transferini etkilemektedir. Örneğin, oksijen miktarı artırılırsa, bu gazın kısmi basıncını artıracak dolayısıyla, gaz transferini etkileyecektir.

18 Havalandırma Uygulamaları Tat ve koku giderimi Havalandırmanın tat ve koku giderimindeki rolü sınırlıdır. Tat ve koku veren bileşikler, suda yüksek çözünürlüğe sahiptirler. Bundan dolayı, kimyasal oksidasyon ve adsorpsiyon, tat ve koku gideriminde daha etkilidirler.

19 Havalandırma Uygulamaları Demir ve mangan giderimi Demir ve mangan, havalanma ile çözünmeyen formlarına dönüşürler ve çökelirler. Bu dönüşümün gerçekleşmesi için gerekli miktarda havalandırma yapılmalıdır. Bu işlem daha çok çözünmüş oksijen miktarı az ve demir ve mangan miktarı yüksek yeraltı suları için uygulanır. Manganın hava ile oksidasyonu, ph nın 8.5 den büyük olduğu durumlarda verimlidir.

20 Havalandırma Uygulamaları Uçucu organik bileşik giderimi Bu tür bileşiklerin büyük bir kısmı, havalanma ile giderilebilir. Karbondioksit giderimi Havalandırma ile giderilebilir. CO2, suda düşük çözünürlüğe sahiptir. Bundan dolayı, havalandırma çok verimlidir. Bu proses, yer altı sularının yumuşatılmasında kullanılabilir. Yeraltı sularında yüksek oranda CO 2 vardır. Bu durum yumuşatmada, kimyasal madde ihtiyacını artırır. Bundan dolayı, yumuşatma öncesinde giderilmelidir.

21 Havalandırma Uygulamaları Hidrojen sülfür giderimi H2S suya önemli oranda istenmeyen tat ve koku veren bir bileşiktir ve havalandırma ile büyük oranda giderilebilir. Bu proses sonunda, serbest sülfür ve su oluşur.

22 Hesaplamalar (Kaskat) Kaskat tipi havalandırıcılarda havalandırma verim sabiti aşağıdaki gibi hesaplanabilir. K = ( C C ) 0 ( C C ) s K katsayısı ile sıcaklık arasındaki ilişki aşağıdaki şekildedir: ( ) ( ) 10 T K = K 1, 10 T (5)

23 Hesaplamalar (Kaskat)