CEV312 İÇME SULARININ ARITIMI DERS NOTLARI

Transkript

1 CEV312 İÇME SULARININ ARITIMI DERS NOTLARI

2 1. İÇME SULARININ ARITIMI 1.1. İçme Sularının Özellikleri İçme ve kullanma sularında istenilen ve istenmeyen özellikleri beş grupta toplamak mümkündür. a) Su, kokusuz, renksiz, berrak ve içimi serinletici olmalıdır. b) Su hastalık yapan mikroorganizma içermemelidir. c) Suda sağlığa zararlı kimyasal maddeler bulunmamalıdır. d) Su kullanma maksatlarına uygun olmalıdır. e) Sular agresif olmamalıdır. Su, kokusuz, renksiz, içimi lezzetli olmalıdır. Sularda fenoller, yağlar gibi suya kötü koku ve tat veren maddeler olmamalı, sular, renksiz, berrak ve içilebilecek sıcaklıkta olmalıdır. İçme suyu için en uygun sıcaklık 8 ila 12 C dir. Ayrıca sulardaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu 5 mg/l den daha yüksek olmalıdır. Suda hastalık yapan organizmalar olmamalıdır. Suda bulunabilen bazı mikroorganizmalar çeşitli hastalıklara sebep olurlar. Bu çeşit hastalıklara suyun sebep olduğu hastalıklar denir. Sudan geçen bazı hastalıklar ve hastalığa sebep olan organizmalar Çizelge 1.1 de verilmiştir. Çizelge 1. Sudan Geçen Hastalıklar Hastalık Adı Basilli dizanteri Tifo Kolera Amipli dizanteri Çocuk felci Sarılık Organizma Shigella dysenterial Salmonella typhi Vibrio cholera Entameoba histolytica Çocuk felci virüsü Hepatitis virüsü Çizelge 1 de verilen organizmlardan başka bulaşıcı hepatitis virüsü, su diyaresi virüsleri gibi bazı virüsler de sudan geçerek hastalık yaparlar. Halk arasında kara sarılık denen hastalığa sebep olan hepatitis virüsünün su ile geçmesi ve hastalık yapabilmesi için kuvvetli bir kirlenmenin gerekli olduğu ileri sürülmüştür. Hepatitis virüsü, iyi şekilde işletilen yumaklaştırma, çöktürme ve filtrasyon kısımlarından meydana gelen bir tasfiye tesisinde % oranında tutulabilmektedir. 1

3 Sudaki zaralı mikroorganizmaları yok etmek için en etkili yol dezenfeksiyondur. Suyun bakiye mg/l klor kalacak şekilde ve uygun temas süresi ile klorla dezenfekte edilmesi halinde bağırsak patojen bakterileri, mg/l bakiye klorla dezenfeksiyon halinde ise virüsler yok edilebilir. Hastalık etkenleri olan yukarıda belirtilen mikroorganizmaların bakteriyolojik muayeneleri zordur. Bu yüzden gösterge indikatör organizmalar kullanılır. Bunlar: 1. Koliform bakterisi, bilhassa E.koli olarak bilinen Escherichia koli. 2. Streptococcus faecalis. 3. Clostridium Perfringens Sporları E. kolinin sularda bulunması zararlı organizmaların varlığının bir işaretidir. Dışkının 1 gramında adet E.koli bulunur. Bu sebeple bir içme suyu kaynağı tahlil edildiğinde E. Koli bulunmuşsa, bu kaynağın insan, memeli hayvan veya kuşların dışkılarıyla kirlendiği anlaşılır. İçme sularının bakteriyolojik olarak kirlenip kirlenmediklerini kontrol için su numuneleri alınarak tahlilleri yapılmalıdır. Dezenfekte edilen sularda haftada bir numune alınır. Dezenfekte edilmeyen sularda numune alma aralığı ise TS 266 da nüfusa bağlı olarak verilmiştir. Dezenfekte edilmeyen sular için en fazla numune alma aralıkları Çizelge 2 de gösterilmiştir. Çizelge 2. Dezenfekte edilmeyen sular için numune alma aralığı Nüfus En fazla numune alma aralığı ay ay hafta gün den büyük 1 gün Avrupa İçme Suyu Standartlarına göre: a) İçme suyu şebekesine girişlerden alınan 100 ml numunelerde koliform grubundan herhangi bir bakteri bulunmamalıdır. b) İçme suyu şebekesinden alınan 100 ml numunelerden % 95 inde koliform grubundan herhangi bir bakteri olmamalıdır. Bu, 100 numune tahlil edildiği zaman en fazla 5 numunede koliform grubu bakterilerin bulunmasına müsaade edilebileceği manasına gelir. Buna göre En Muhtemel Sayı EMS = = 0.5 x 10-3 adet/ml = 0.5 adet/l olarak elde edilir. O halde Avrupa İçme Suyu Standardı koliform bakterileri için EMS 0.5 adet/l dir. 2

4 Suda Sağlığa Zararlı Kimyasal Maddeler Olmamalıdır Bazı kimyasal maddeler zehirli tesir gösterir. Arsenik, kadmiyum, krom, kurşun, civa, selenyum zehirli maddelerdir. Arsenik metalik olarak özellikle toz halinde zehirsizdir. Ancak su, hatta havadaki nem ile birleştiği zaman arsenik trioksite (As2O3) dönüşür. Bu çok zehirli bir maddedir. Arsenik zehirlenmelerinde felç, sinir sistemi bozuklukları görülür. İnorganik arsenik bileşiklerinin kanser yapıcı tesir göstermekte olduğu ileri sürülmüştür. Civa nın vücutta yığılması neticesi, başlangıç arazları olarak baş ağrısı, yorgunluk, kol ve bacaklarda ağrılar görülür. Diş etleri iltihaplanır. Diş etlerinde mavi-mor civa çizgisi meydana gelir. Kişide ruhi bozukluklar, hafıza zayıflıkları ve gövde, kol ve ayaklarda duygu bozuklukları ortaya çıkar. Kadmiyum ve bileşikleri, şahıslarda başağrısı, susuzluk hissi, boğazda kuruluk, sinirlilik ve kuvvetli tahriş öksürüğü gibi rahatsızlıklara sebep olur. Krom un ülser, bronşit, akciğer ve böbrek hastalıklarına sebep olduğu bilinmektedir. Kurşun ve bileşikleri, iştahsızlık, karın ağrıları, yorgunluk, vücutta umumi zaafiyet hali, kurşun felçleri ve duyu organları bozukluklarına sebep olur. Baryum kaslara ve kalp adalelerine, damarlar ve sinir sistemine zararlı tesirler yapmaktadır. Nitrat, bilhassa bebeklerde, süt çocuğu siyanozu na sebep olur. Bunun sebebi bazı bakterilerin nitratları indirgeyrek nitritlere dönüştürmesi ve meydana gelen fazla miktardaki nitritin emilerek kandaki menoglobini methemoglobine çevirmesidir. Bunun neticesi olarak oksijen dokulara taşınamadığından bebek ölümleri ortaya çıkar. Florür, sularda bir miktar bulunursa diş çürümelerine karşı koruyucu bir tesir göstermektedir. Ancak florürün fazla miktarda alınması zehirli etki yapar. Kişide iştah azalır, omurga ve bacak kemiklerinde sertleşme meydana gelir. Radyoaktif maddeler, bilhassa nükleer silah denemeleri ve nükleer santrallerin artıkları sebebiyle içme suları kirlenmektedir. Suda amonyum (NH 4 + ) un bulunması, suyun kullanılmış sularla kirlendiğini ve kirlenmenin süre bakımından uzak olmadığını gösterir. Klorür (Cl - ), suda umumiyetle sodyum klorür (NaCl) şeklinde bulunur. Suda fazla miktarda NaCl bulunması halinde suya insan veya hayvan idrarının karışmış olduğu düşünülebilir. Ancak deniz kenarındaki su kaynaklarında tatlı suya, denizden tuzlu su karışabileceği hatırdan çıkarılmamalıdır. 3

5 Sular Kullanım Maksatlarına Elverişli Olmalıdır Sular içme suyu ve sanayide kullanma suyu olarak kullanılabilir. İçme suyu olarak kullanılması halinde sudaki demir ve manganez muhtevaları düşük olmalıdır. Demir, bilhassa yeraltı sularında (2) değerlikli Fe ++ olarak, umumiyetle demir bikarbonat Fe(HCO 3 ) 2 şeklinde bulunur. Fe ++, oksijenle temas ederse sarı-kırmızı bir bileşik olan demir hidroksit halinde çökelir. Bu sebeple suyun tadı ve rengi değişir. Reaksiyon: 4 Fe + + O H 2 O 4Fe(OH) 3 + 8H + şeklindedir. Suda bulunan demir, borularda demir bakterilerinin çoğalmasına ve boruların tıkanmasına yol açar. İki değerlikli manganez de demire benzer özellikler gösterir. Reaksiyon: 6Mn O 2 + 6H 2 O 6MnO H + şeklindedir. Mangandioksit siyah bir çökelek halinde çökelir. Suyun sertliğinin de kullanma maksatlarına uygun olması gerekir. İçme Suları Agresif Olmamalıdır Suların agresifliği, serbest karbondioksit (CO 2 ) ile bikarbonat (HCO - 3 ) iyonunun dengede olmamasından ileri gelir. Suların agresifliği boruların korozyonuna (aşınmasına) sebep olur, onların kısa zamanda harap olmalarına, dolayısıyla ilave masraflara yol açar. Ayrıca boruların aşınması halinde borudan ayrılan elementler suyun evsafının bozulmasına sebep olur. Suların agresif olup olmadıklarının tayininde genellikle Tilman Eğrisi ile Langelier İndeksi kullanılmaktadır. İçme Suyu Standartları İçme sularının renksiz, berrak olması, hastalık yapıcı organizmaları, zararlı kimyasal maddeleri ihtiva etmemesi ve agresif olmaması gerektiği belirtilmişti. Sularda bu şartları sağlamak ve suda bulunması arzu edilmeyen maddeleri belirli bir seviyenin altında tutmak için çeşitli standartlar geliştirilmiştir. Bunlar arasında dikkate değer olanı Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) tarafından verilen standartlardır. Ülkemiz için kabul edilen içme suyu standardı ise TS 266 dır. 4

6 Çizelge 3. İSKİ Ocak 2012 İstanbul Su Kalitesi Raporu* * 5

7 2. İÇME SUYU ARITIM METODUNUN SEÇİMİ 2.1. Su Kaynaklarının Özellikleri ve Kaynak Seçimi Bir kaynaktan alınan suyun kullanma maksatlarına uygun hale getirilmesi için tatbik edilecek tasfiye işlemleri su kaynağının özelliklerine bağlıdır. Su kaynakları, yeraltı su kaynakları ve yüzey suları olmak üzere iki sınıfta incelenebilir. Yeraltı sularının kalitesi zamanla büyük değişimler göstermez, renk dereceleri, bulanıklıkları düşüktür. Ancak fazla miktarda çözünmüş madde içerirler. Yüzey suları, nehir, göl, baraj ve seddelerden alınan sular olup, su kalitesi zamanla büyük değişmeler gösterir, renk ve bulanklılığı fazladır. Ayrıca yüzey suları, ev ve sanayii kullanılmış suları ile kirletilmiş olabilir. Bu yüzden organik maddeler, tat ve koku veren maddeler, fenoller, deterjanlar, metaller gibi maddeler de yüzey sularında bulunabilir. Tasfiye tesisinin projelendirilmesinde bu durumlar göz önünde bulundurulmalıdır. Mevcut su kaynaklarının seçiminde suyun miktarı, kalitesi, suyun temin edileceği yere uzaklığı, tasfiye edilebilme imkanları, suyun miktarında ve kalitesinde mevsimlik değişmeler olup olmadığı dikkate alınmalıdır. Bunun yanında suyun birim hacminin maliyeti göz önünde bulundurularak en ucuz çözümü veren kaynak tercih edilmelidir Su Arıtımında Amaçlar ve Temel İşlemler İçme suyu tasfiyesi aşağıdaki amaçlardan biri veya birkaçı için yapılır: Su sıcaklığının düşürülmesi veya yükseltilmesi Renk, bulanıklık, tat ve koku giderimi Mikroorganizma giderimi Demir ve mangan giderimi Amonyum (NH + 4 ) giderimi Oksijen konsantrasyonunun yükseltilmesi, suya bazen CO 2 verilmesi, bazen giderimi, hidrojen sülfür (H 2 S), metan (CH 4 ) gibi gazların sudan uzaklaştırılması yani gaz transferi Asitlerden temizleme Su sertliğinin düşürülmesi Korozif özelliğin giderilmesi Tuzluluğun giderimi Zararlı kimyasal maddelerin giderimi İçme suyu tasfiyesinde yukarıdaki amaçlara ulaşmak için çeşitli temel işlemler yapılır: Gaz transferi veya havalandırma Suya oksijen veya CO 2 kazandırmak veya CO 2, H 2 S, CH 4 gazları sudan uzaklaştırmak için kullanılır. Izgaradan geçirme Yüzücü ve iri maddeleri tutmak için uygulanır. 6

8 Mikroeleklerden geçirme Süspansiyon halindeki maddeleri veya algleri tutmak için kullanılır. Biriktirme Su kalitesini iyileştirmek, konsantrasyondaki salınımları dengelemek için kullanılır. Çöktürme Çökebilen katıları gidermek için yapılır. Yüzdürme Yağları ve sudan hafif yüzücü maddeleri sudan ayırmak için uygulanır. Suyun ph sını ayarlama Suya asit veya baz ilave edilerek suyun ph sının istenilen değere getirilmesi için yapılır. Hızlı karıştırma ve yumaklaştırma Alüminyum ve demir tuzları gibi yumaklaştırıcı maddeleri ham suya ilave etmek suretiyle çökemeyen kolloidal maddeleri, çökebilen yumaklar haline getirerek sudan ayırmak amacıyla yapılır. Filtrasyon Suyu, daneli malzeme ile teşkil edilmiş filtrelerden geçirmek suretiyle sudaki kolloid ve süspansiyon maddelerin tutulması sağlanır. Kimyasal stabilizasyon İstenmeyen maddelerin zararsız hale getirilmesi işlemidir. Adsorpsiyon Aktif karbon gibi maddelerle sudaki koku ve tat veren maddelerin tutulması için yapılır. İyon değiştirme Suyun iyon değiştiricilerden geçirilmesi suretiyle istenmeyen iyonların bir başka iyonla yer değiştirilmesi işlemidir. Kimyasal çöktürme Suda çözünmüş maddeler, oksidasyonla suda çözünmeyen bileşikler haline getirilerek çöktürme suretyle sudan giderilmesi işlemidir. Yukarıda belirtilen işlemler, fiziksel ve kimyasal işlemler olup sayıları çoğaltılabilir. Kaynatma, koku ve tat kontrolü, sertlik giderimi, demir ve mangan giderimi için uygulanan işlemler, reverse osmoz, elektrodializ gibi yöntemler de içme suyu tasfiye işlemleri arasında sayılabilir. 7

9 2.3. İçmesuyu Arıtımı Akım Şemaları Yüzey Suları İçin Akım Şemaları Çökebilen madde miktarı yüksek ve mevsimlere göre kil içeriği ve rengi değişen nehir suları Biriktirme müddeti gün alınır. Bundan maksat iri tanelerin çökelmesi ve su kalitesinin düzeltilmesi ve debinin dengelenmesidir. Biriktirme haznesi veya suni göl yapılmadığı takdirde iri tanelerin çökelmesi için bir çökeltme havuzu (kum tutucu) yapılması mümkündür. Ötrofik göl ve su haznelerinin suları Bu sular bazı mevsimlerde yüksek seviyede alg, kil ve diatoma ihtiva ederler, iri çakıl ve kum daneleri yoktur. 8

10 Su kalitesi iyi olan göller ve su hazneleri Rengi fazla fakat askıda katı madde içeriği az sular Al 3+ ve Fe 3+ ile pıhtılaştırma çok zor çökebilen yumaklar meydana getirdiğinden dolayı çökeltme fazla tesirli değildir. Bu sebepten doğrudan doğruya filtrasyon tatbikatı tercih edilir. Şayet alum (veya demir) dozu yüksekse mesela 40 mg/l den fazla ise filtredeki yük kaybı fazla olur, bunu önlemek için çift tabakalı filtre malzemesi kullanılır veya düşük hızlarla çalışılır. Renk en iyi şekilde düşük ph değerlerinde giderilir. Renk giderimi esnasında oluşan alum yumakları zayıftır. 9

11 Yeraltı Suları İçin Akım Şemaları Demir ve mangan giderimi Sert sular için kireç ile yumuşatma (Yumuşatmanın daha fazla olması arzu edilirse soda da kullanılır) Tek kademeli yumuşatma Sadece Ca 2+ giderimi için uygundur. Bu gibi sularda Mg 2+ un arzu edilen sınırlar içerisinde olması gerekir. Bu metot Mg 2+ giderimi için de kullanılabilir. Fakat kireç ve CO 2 sebebiyle işletme masraflarının fazla olmasına sebep olur. İki kademeli yumuşatma Ca 2+ ve Mg 2+ beraber giderilmesi için en uygun tasfiye sistemidir. Diğerine göre yatırım maliyeti fazla, fakat işletme giderleri azdır. Birinci kademeden farkı sadece karıştırma ve çökeltme ile karbonlama havuzlarının tekrar konulmasıdır. 10

12 3. BİRİKTİRME 3.1. Biriktirme Özellikle nehirlerden su temininde biriktirmenin büyük önemi vardır. Biriktirme müddeti genellikle 10 ila 20 gün arasında alınmaktadır. Burada amaç iri danelerin çökelmesi, su kalitesinin düzeltilmesi ve debinin dengelenmesidir. Biriktirme hazneleri olarak suni göller veya biriktirme yapıları kastedilmektedir. Biriktirme haznesinin yapılmasının mümkün olmaması halinde en azından bir dinlendirme havuzu (kum tutucu) yapılması gerekli görülmektedir Biriktirmenin Su Kalitesi Üzerine Tesirleri Biriktirme haznelerinin faydaları: 1. Suda bulunan iri taneler çökelir. 2. Suyun bulanıklığı azalır 3. Sudaki çözünmüş oksijende artma olabilir. 4. Su sertliğinde azalma olabilir. Çünkü suda çözünmüş halde bulunan CO 2, algler tarafından alındığı zaman aşağıdaki reaksiyon sola doğru kayar. Böylece Ca 2+ da azalma olur. CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3-5. Koliform sayısında ve hastalık yapan mikroorganizma sayısında azalma görülür. 6. Su kalitesinde dengelenme olur. 7. Nehirdeki kurak devre akımları esnasında biriktirme haznesinde kafi derecede su bulunur. 8. Nehirdeki kirletici konsantrasyonunun çok artması halinde su alma ağzı kapatılarak, bir müddet hazneden su alınabilir, böylece fazla kirletilmiş devrelerde tasfiye tesisinin aşırı yüklenmesinin ve çıkış suyu kalitesinin bozulmasının önüne geçilmiş olur. Su kalitesinde mümkün olabilecek bozulmalar: 1. Alg büyümesi en büyük problemdir. Alg büyümesi sebebiyle estetik görünüş bozulur, koku ve tat problemleri ortaya çıkar, mavi-yeşil algler gibi bazı yosunlar sebebiyle zehirli madde konsantrasyonu artar. Algler hızlı kum filtrelerinin kısa zamanda tıkanmasına veya geri yıkama periyodunun azalmasına sebep olurlar. 2. Bazı kirleticiler tekrar ortaya çıkabilir. Mesela tabana biriken organik maddelerin, anaerobik olarak ayrışması neticesi koku ve tat problemleri ortaya çıkar. 3. Sıcaklık tabakalaşması sebebiyle su kalitesi bozulabilir. 11

13 3.3. Mikroorganizma Giderilmesi Mikroorganizmaların zamanla azalması ortamda bulunan besi maddeleri miktarına (nütrient konsantrasyonuna), ortamın sıcaklığına, mikroorganizma çeşidine, ortamın mikroorganizma için zehirli özellikte (toksik) olup olmaması gibi pek çok faktöre bağlıdır. Biriktirme yapısının şekli ve işletilmesi (reaktör tipi) bakımından dört çeşit hazne bulunmaktadır: Doldur Boşalt Şeklinde Çalışan Hazneler Böyle sistemlerde hazne su ile doldurulur. Belli bir t bekleme müddeti sonunda hazne boşaltılır, tekrar su ile doldurulur. Tatbikatta bu hazneler pek fazla kullanılmamaktadır. Böyle haznelerde R azalma faktörü: şeklindedir. Burada; R : Azalma katsayısı ( Başlangıç mikroorganizma konsantrasyonunun, t süre sonraki mikroorganizma konsantrasyonuna oranı, n 0 /n t ) t : zaman, (T) α : Reaksiyon sabiti veya azalma sabiti, (T -1 ) Sürekli Giriş ve Çıkışı Olan Tam Karışımlı Hazneler Böyle haznelerde tam karışım olduğundan haznedeki konsantrasyon çıkış konsantrasyonuna eşittir. Sürekli Su Giriş ve Çıkışı Olan Tam Karışımlı Seri Bağlı Hazneler n : mikroorganizma sayısı, ( l/l 3 ) Piston Akımlı Hazneler Bu çeşit hazneler sonsuz sayıda seri bağlı hazneler gibi düşünülebilir. n adet seri bağlı hazne için: T : Haznelerde toplam bekleme müddeti R x = e α.t 12 ( )

14 Çizelge 4. Sıcaklığa bağlı olarak α değerleri Mikroorganizma α, gün -1 Sıcaklık, C Vibrio Kolera ~ Salmonella Thypi ~ Polio Virus Polio Virus E. Coli (Ren Nehri için) Problem: 2012 yılı ocak ve şubat aylarında Büyükçekmece Gölü ham suyunda yapılan bakteriyolojik analizlerde ortalama toplam koliform konsantrasyonu adet/l olarak ölçülmüştür. Büyükçekmece Gölü nden yaklaşık her birinin hacmi m 3 olan tam karışımlı seri bağlı 4 adet biriktirme haznesine periyodik olarak su alınmaktadır. Hazneye giren ve çıkan debiler eşit olup, Q = 700 m 3 /sa dir. Reaksiyon sabiti α = 0,3 gün -1 olduğuna göre biriktirme hazneleri çıkışındaki toplam koliform konsantrasyonunu hesaplayınız. R = n 0 /n t olduğundan; n t = = = 274,9 adet/l = = 109,12 13

15 4. HAVALANDIRMA 4.1. Havalandırmanın Amaçları Havalandırmanın amaçları şunlardır: 1. Suya oksijen kazandırmak 2. Karbondioksit gidermek veya kazandırmak 3. Hidrojen sülfür gidermek 4. Metanın giderilmesi 5. Uçucu yağlar ve kimyasal maddelerin giderilmesi 6. Suların dezenfeksiyonu 4.2. Havalandırıcıların Sınıflandırılması a) Cazibe ile çalışan havalandırıcılar: Bu cins havalandırıcıların çalışma prensibi suyun belli bir yükseklikten düşerken hava ile temas ederek suya oksijen kazandırmasıdır. Kademeli (kaskat) havalandırıcılar, eğik düzlem şeklindeki havalandırıcılar, düşümlü havalandırıcılar ve damlatmalı filtreler olarak sınıflandırılabilir. b) Püskürtücüler (Fıskiyeli havalandırıcılar): Su püskürtücüden düşey veya eğimli bir açı ile yukarı doğru püskürtülür. Bu sırada su damlalara ayrılır. Böylece hava ile temas yüzeyi artar ve havadan oksijen alır. Püskürtücüler bir boru hattı üzerine ağızlıklar konularak elde edilir. Püskürtücüler yüksek verim sağlarlar ancak geniş alana ihtiyaç duyarlar ve kış aylarında don tehlikesi vardır.püskürtücülerde özel ağızlıklar kullanılır. Ağızlık çıkış deliklerinin çapları küçüldükçe havalandırmanın verimliliği artar. Ancak çok küçük ağızlıkların tıkanma tehlikesi olduğu için işletme bakımından uygun değildir. Bundan dolayı ağızlık çapları 5 ila 40 mm arasında yapılır. Bu çaplara tekabül eden su basınçları sırasıyla 5 ve 0,5 m civarında alınmaktadır. Ağız aralıkları 0,6-3,6 m arasında değişir. c) Kabarcıklı havalandırıcılar: Kabarcıklı havalandırıcılar dikdörtgen planlı bir beton havuzdan ibarettir. Havuz tabanına yerleştirilen delikli borular veya gözenekli tüplerden basınçlı hava verilir. Böylece ham sudaki çözünmüş oksijen artırılır. İhtiyaç duyulan hava basıncı, boruların dalma derinliğine ve hava borularındaki yersel ve sürekli yük kayıplarına bağlı olarak hesaplanabilir. Kış şartlarında don problemi olmadığından püskürtücülere göre daha a kullanışlıdır. d) Mekanik havalandırıcılar: Bu havalandırıcılar bir tahrik ve dişli tertibatına bağlı bir havalandırıcıdan (türbün) ibaret olup, su ile temas eden aksam koni, plak veya fırça şeklinde yapılabilir. 14

16 4.3. Gaz Transferine Bakış Şekil 1. Havalandırma Üniteleri Bir gazın sudaki çözünürlüğü, gazın cinsine, suyun sıcaklığına ve sudaki kirleticilerin konsantrasyonlarına bağlıdır. Eğer bir sıvı ortam bir gaz veya gaz karışımlarıyla temas halinde ise gaz molekülleri, gaz ortamından sıvıya veya sıvıdan gaz ortamına geçerler. Bu durum gaz ile sıvı arasında bir denge oluşuncaya kadar sürer. Bu denge durumunda sıvı içindeki gaz konsantrasyonu doygun durumdadır. Gerçekte bir gazın sıvı içindeki doygunluk konsantrasyonu, gazın gaz ortamındaki konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. C s = k D C g C s : Gazın sıvı ortamındaki doygunluk konsantrasyonu, g/m 3 C g : Gazın gaz ortamındaki konsantrasyonu, g/m 3 k D : Yayılma katsayısı Yayılma katsayısı gazın ve sıvının cinsine, sıcaklığına bağlı olarak değişir. Çözünmüş oksijenin sudaki doygunluk değeri, sıcaklığa ve klorür konsantrasyonuna bağlı olarak Çizelge 5. te verilmiştir Havalanma Hızı Katsayısı Gaz transfer hızı, çözünmüş oksijen eksikliği ile doğru orantılıdır. k 2 havalanma hızı katsayısıdır. t=0 için C=C 0 olduğu durumda denklem integre edilirse: C = C s (C s C 0 ) veya = bağıntısı elde edilir. 15

17 Çizelge mmhg basınçta ve 20,90 % oksijen içeren kuru havaya maruz tatlı ve tuzlu suyun Cs değerleri, mg/l Kademeli havalandırıcılar, düşümlü havalandırıcılar gibi havalandırıcılarda denklemdeki t zamanının tesbiti zor hatta imkansız gibidir. Bu yüzden hesaplarda kolaylık olması açısından verim sabiti ifadesi verilmiştir: Buradan; = sabit = 1-K ifadesi elde edilir. 16

18 Havalanma hızı katsayısı k 2 sıcaklıkla değişir. k 2 ile sıcaklık arasındaki ilişki: (k 2 ) 10 = (k 2 ) T 1,0188 (10-T) (k 2 ) 10 : 10 C sıcaklıkta havalanma hızı katsayısı; (T -1 ) (k 2 ) T : T C sıcaklıkta havalanma hızı katsayısı (T -1 ) k 2 nin tayini için başlangıçtan itibaren belirli zaman aralıklarında çözünmüş oksijen konsantrasyonları ölçülür. Yatay eksen zaman ekseni, düşey eksen (- ln ) olmak üzere çizilen eksen takımında noktalar arasından geçirilen doğrunun eğimi k 2 yi verir. Suya oksijen verilmesi işlemlerinde en önemli parametrelerden birisi oksijen alma kapasitesidir (O a ). O a = k 2 C s C s = Standart şartlarda çözünmüş oksijenin doygunluk değeri, g O 2 /m 3 O a = Oksijen alma kapasitesi, g O 2 /m 3 sn Standart şartlardan basınç olarak deniz seviyesindeki basınç kpa veya 760 mmhg basıncı alınır. Ayrıca C 0 = 0 dır. Standart sıcaklık olarak Avrupa ve Amerika tatbikatları değişiktir. Avrupa da standart sıcaklık olarak 10 C, Amerika da ise 20 C alınmaktadır. Oksijen alma kapasitesi g O 2 /sn cinsinden ifade edilmek istenirse O 2 değeri havalandırma havuzu hacmi olan V ile çarpılır. Böylece: O c = Oksijen alma kapasitesi, g O 2 /sn O c = O a V = k 2 C s V O c ve O a değerleri standart şartlar ve temiz su içindir. Kullanılmış sularda; α < 1 olan bir katsayıdır. ( O c ) pissu = α O c 17

19 4.5. Düşümlü (Savak) Havalandırıcılar Tek düşümden ibaret olan havalandırıcılarda verim sabiti K değeri, düşüm yüksekliğine, sıcaklığa ve suyun kirlilik derecesine bağlıdır. K nın değeri: Temiz suda Kirletilmiş sularda Kanalizasyon suyunda K = 0,45 (1+0,046T) h K = 0,36 (1+0,046T) h K= 0,29 (1+ 0,046T) h şeklinde hesaplanabilir. T suyun C olarak sıcaklığı, h düşüm yüksekliği (m) dir. Görüldüğü gibi tek düşümlü havalandırmanın verimliliği düşüm yüksekliğiyle doğru orantılı olaark değişmektedir. Ancak yapılan çalışmalarda düşüm yüksekliğinin belli bir değerden sonra verimliliğinin artmadığı görülmüştür. Şekil 2. Düşüm Yüksekliği ile K Cs arasındaki bağıntı 18

20 Problem: 10 C sıcaklıktaki ham suda çözünmüş oksijen konsantrasyonu 2 g O 2 /m 3 olup, bu sudaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunu yükseltmek için 0,65 m yükseklikteki bir savaktan düşürülmektedir. Düşümden sonraki çözünmüş oksijen konsantrasyonunu hesaplayınız. Bu su içme suyu olarak alındığından temiz su olarak düşünülüp verim sabiti hesaplanabilir. K = 0,45(1+0,046T) h T = 10 C ve h = 0,65 m olduğundan, K = 0,45 ( 1+0,046x10)0,65 = 0, C sıcaklık için Cs = 11,3 g/m 3 tür veya Ce = Co + K(Cs-Co) = 2 + 0,427 (11,3 2) = 6 g/m Kademeli Havalandırıcılar Tek düşümlü (savak) havalandırıcılarda düşük yükseklğinin 0,7 m den fazla olması halinde havalandırma verimliliğinin azaldığı ifade edilmişti. Tek düşümdeki bu mahzuru ortadan kaldırmak için basamak şeklinde kademeli bir havalandırma uygulanabilir. Kademeli havalandırıcılarda oksijen transferinin matematik bağıntısının ifadesinde: ( Ce Co) = K ( Cs Co) denkleminden faydalanılabilir. Eğer toplam düşüm yüksekliği n adet kademeye bölünür ve her kademenin verim sabiti Kn = K/n şeklinde ifade edilirse, n. kademeden sonraki çözünmüş oksijen konsantrasyonu, Cn aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. Ce = Cs ( Cs Co )(1- ) n Burada K/n değeri her bir kademenin verim sabiti olarak alınmalıdır. Mevcut sabit bir düşüm yüksekliğinin olması halinde bu toplam düşüm yüksekliğinin kaç kademeye bölünmesinin uygun olacağı bilinmelidir. Çünkü belli bir düşüm sayısında çıkış suyunda çözünmüş oksijen içeriği en büyük değere ulaşacaktır. 19

21 Şekil 3. Kademeli Havalandırıcı Problem: Çözünmüş oksijen içeriği 2 g/m 3 olan su toplam düşüm yüksekliği 1,5 m olan havalandırıcıda havalandırılacaktır. Çözünmüş oksijenin doygunluk değeri Cs = 10 g/m 3 olarak verildiğine göre en büyük çıkış konsantrasyonuna ulaşmak için havalandırıcı kaç kademeli olarak yapılmalıdır. a) Tek düşüm h= 1,5 m ve Şekil 1. den bu yüksekliğe tekabül eden K Cs değeri 7 g O 2 /m 3 olarak bulunur. K = 7/10 = 0,7 Tek düşüm halinde çıkış konsantrasyonu: C 1 = Cs (Cs Co)( 1- K 1 ) n C 1 = 10 (10-2)(1-0,7) = 7,6 g/m 3 b) İki kademeli hal İki kademe olduğundan her bir kademenin yüksekliği h = 1,5/2 = 0,75 m olacaktır. Bu yüksekliğe tekabül eden K Cs değeri K Cs = 5 olarak verilmektedir. K = 5/10 = 0,5 Havalandırıcının çıkışında çözünmüş oksijen muhtevası: C 2 = Cs (Cs Co)( 1- K 1 ) n C 2 = 10 (10 2)( 1-0,5) 2 = 8 g/m 3 20

22 c) Üç kademeli hal h = 1,5/3 = 0,5 m K Cs = 3,5 K = 3,5/10 = 0,35 C 3 = Cs (Cs Co)( 1- K 1 ) 3 C 1 = 10 (10-2)(1-0,35) = 7,8 g/m Çok Katlı Tablalı Havalandırıcılar Çok katlı tablalı havalandırıcılarda su, yukarıdan latalı, delikli veya tel örgülü tabanla teşkil edilmiş bir seri tablanın üzerine dağıtılarak verilir ve aşağı düşen su en altta bulunan havuzda toplanır. Kule şeklindeki çok katlı tablalı havalandırıcılar genellikle kapalı inşa edilirler ve karbondioksit ve amonyağın sulardan gideriminde kullanılır. Su yukarıdan aşağı dökülürken, aşağıdan yukarıya hava verilir (karşı akım esası). 21

23 5. HIZLI KARIŞTIRMA (PIHTILAŞTIRMA) VE YUMAKLAŞTIRMA Yumaklaştırma işlemi küçük partiküllerin yumaklar haline getirilerek çökeltilmesidir. Bu işlem pıhtılaştırma ve yumaklaştırma olarak iki basamakta gerçekleşmektedir. Yüzey suları çözünmüş madde, kolloid ve askıda katı madde(süspansiyon) gruplarını içerirler. Çapları 0,001 µm den küçük olan; Na+, Cl-, O2 gibi maddeler, çözünmüş maddelere örnek verilebilir. Kolloidlerin çapları 0,001-1 µm arasındadır. Kil, SiO2, Fe(OH)3, virüsler sayılabilir. Askıda katı maddelerin çapların 1 µm den büyüktür. Bakteriler, kil, kum, Fe(OH)3, bitki ve hayvan artıkları askıda katı maddeler arasında sayılabilir. Çökeltme havuzları ancak askıda katı maddelerin çökeltilmesinde kullanılabilir. Kolloidlerin çökeltme havuzlarında çökeltilmeleri mümkün değildir. Bu tür maddeleri sudan ayırmak için tanelerin birbirleriyle birleşerek çökelme hızlarının artması sağlanmalıdır. Yumaklaştırmanın amacı kolloidal ve askıda taneciklerin yumak haline getirilmesidir. Bu yumaklar, sonraki çökelme ve filtrasyon işlemleriyle sudan ayrılabilirler. İçme suyu arıtımında suya renk ve bulanıklık veren maddelerin gideriminde yumaklaştırma kullanılmaktadır Yumaklaştırmanın Mekanizması Su ortamında kil gibi suda çözünmeyen taneciklere suyu sevmeyen anlamında hidrofobik; nişasta, proteinler, organik polimerler gibi suda çözünen taneciklere de suyu seven anlamında hidrofilik denir. Kolloidler bulundukları sıvı ortam içinde daima bir elektrik yüküne sahiptirler. Metal oksitler (Al 3+, Fe 2+ veya Fe 3+ gibi) pozitif elektrik yüküne, metal olmayan oksitler, kil, proteinler ise negatif elektrik yüküne sahiptirler. İçme suyu arıtımında karşılaşılan kolloidler çoğunlukla negatif yüklüdür. Yük çok fazlaysa etrafına çok miktarda zıt işaretli iyon çeker. Böylece tane zıt işaretli iyonlarla kaplanmış olur. Bu ilk ve yoğun zıt iyonlar tabakasına sabit tabaka veya stern tabakası adı verilmektedir. Stern tabakasının dışında yine aynı işaretli iyonlardan oluşan Gouy Chapman Tabakası veya Dağınık Tabaka bulunur. Bu iki tabakaya Çift Tabaka adı verilir. Çift tabakada kolloidin yüküne zıt iyonlar bulunmakla birlikte, aynı işaretli iyonlar da bulunur. Ancak iyon sayısı tane yüzeyinden uzaklaştıkça azalır. Belli bir mesafede + ve yüklü iyonların sayıları eşit olup bu noktaya izoelektrik nokta denilmektedir. Bu noktada potansiyel sıfırdır. Buradan tane yüzeyine gidildikçe anyon ve katyon arasındaki konsantrasyon farkı arttığından elektrostatik potansiyel de artar. Şekil. 4 te görülen kesme yüzeyindeki potansiyele zeta potansiyeli denir. Kesme yüzeyi içindeki sıvı tabakası sanki taneciğe yapışıkmış gibi onunla birlikte hareket eder. Ancak kesme yüzeyinin dışındaki kısım tane ile birlikte hareket etmez. Hidrofobik kolloidlerde kesme yüzeyi, sabit tabakanın dış yüzüne çok yakındır. 22

24 Şekil 4. Negatif yüklü bir kolloidin etrafındaki tabakalar Kolloidlerin stabilizasyonu aşağıda belirtilen şekillerde olmaktadır: Çözeltiye ilave edilen zıt yüklü iyonlar, tanecik etrafındaki çift tabakanın sıkışmasına sebep olur ve itme etkisi azalır. Çözeltiye ilave edilen metal iyonları veya organik polimerlerin tanecik yüzeyinde adsorpsiyonu ile tanecik yüzeyindeki potansiyel azalmaktadır. Yumaklaştırıcı maddelerin çözeltiye ilavesiyle oluşan metal hidroksitler çökerlerken kolloidleri de bir ağ şeklinde sararak onların da çökelmesini temin ederler. Organik polimerlerin kullanılması halinde uzun zincirli bu polimerler, kolloidlerin etrafını sararak bir köprü meydana getirir. Böylece kolloidlerin destabilizasyonu sağlanır. Destabilize bir çözeltide kolloidlerin Brownian hareketleri sebebiyle yumaklaşma olur, bu tip yumaklaşmaya perikinetik yumaklaşma adı verilir. Bu hareket yavaş olduğundan işlemi hızlandırmak için çözeltiye ilave kimyasal maddeler karıştırılır. Bu yumaklaştırmaya ortokinetik yumaklaşma denir Yumaklaştırıcılar Yumaklaştırıcı kimyasal maddelerin ilave edilmesiyle tane etrafındaki çift tabakanın sıkıştırılması, yüzeydeki potansiyelin azaltılması ve metal hidroksitlerle beraber kolloidlerin de çökmesi sağlanır. Yumaklaştırıcılar Al 3+, Fe 3+, Fe 2+ ve Ca 2+ şeklinde sıralanabilir. Ancak Fe 2+ doğrudan kullanılırsa yumaklaştırma için uygun olmaz çünkü Fe(OH) 2 çok iyi çözünür. Yumaklaştırma için çözünmeyen hidroksitler gereklidir. Fe 2+ çelik sanayii yan ürünü olduğundan Fe 3+ e göre ucuzdur ve tasfiye edilecek suda mevcut oksijen ile oksidasyon, aktif karbon katalizörlüğünde oksijen ile oksidasyon veya klor ile oksidasyon uygulanarak kullanılır. Bu sayede Fe 2+, Fe 3+ e dönüştürülerek yumaklaştırmada kullanılır. Yumaklaştırıcı seçiminde mutlaka kavanoz testleri (jar test) deneyleri yapılarak yumaklaştırıcının türü ve dozu belirlenebilir. 23

25 Çizelge 6. Yumaklaştırıcılar ve kimyasal formülleri Yumaklaştırıcı Kimyasal Formül Renk Alüminyum sülfat Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O Beyaz Sodyum Alüminat NaAlO 2 Beyaz Ferrik klorat FeCl 3 6H 2 O Kahverengi (Demir III klorür) Ferrik sülfat Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O Sarımsı Kahverengi ( Demir III sülfat) Ferrous sülfat FeSO 4 7H 2 O Yeşilimsi (Demir II sülfat) Demir sülfat Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O - Alüminyum sülfat Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O - (Alum) Kireç (sönmemiş) CaO Beyaz Kireç (sönmüş) Ca(OH) 2 Beyaz 5.3. Yumaklaştırıcı Yardımcıları Kil, kalsit, polielektrolitler, aktif silika, alkali ve asitler yumaklaştırıcı yardımcıları olarak kullanılmaktadır. Bunun amacı yumaklaştırmayı hızlandırmak, daha büyük ve kolay çökebilen yumaklar elde etmek, Al 3+ ve Fe 3+ gibi yumaklaştırıcıların konsantrasyonlarının azaltmak gibi sebeplerdir. Kil, yumaklara çekirdek oluşturması yönüyle faydalıdır. Suya kötü koku ve tat veren maddeleri absorbe eden killer vardır. Ayrıca yumakların ağırılığını arttırarak çabuk çökelmelerini sağlar. Kalsit toz halindeki kalsiyum karbonat olup kil olmayan yerlerde bulanık değeri düşük sularda kullanılır. Polielektrolitler anyonik, katyonik ve iyonik olmayan polielektrolitler olmak üzere üçe ayrılır. Alum gibi yumaklaştırıcılarla hızlı çökebilen yoğun yumaklar meydana getirirler. Doğal ve sentetik polielektrolitler mevcuttur. Sentetik polieletrolitlerin insan sağlığına zararlı olup olmadığı dikkate alınmalıdır. Aktif silika en çok kullanılan yumaklaştırıcı yardımcılarından biridir. Alum ile beraber kullanıldığında, kısa zincirli, iyi çökebilen yumaklar oluşmasını sağlar. Suyun ph değerinin ayarlanması gerektiğinde çeşitli alkali ve asitler de yumaklaştırıcı yardımcısı olarak kullanılabilir. Alkaliler sönmüş kireç (Ca(OH) 2 ), sönmemiş kireç (CaO), sodyum hidroksit (NaOH) veya soda; asit olarak ise sülfürik asit (H2SO4) kullanılır. 24

26 5.4. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı Hızlı karıştırma odaları yumaklaştırıcı maddelerin su ile homojen olarak karıştırılması amacıyla kullanılır. Karıştırma işlemi çoğunlukla bir düşey mille elektrik motoruna bağlı olan pedallı veya türbin şeklindeki karıştırıcılarla yapılır. Hızlı karıştırma odalarının tasarımında hız gradyanı ve bekleme süresi önemlidir. G: Hız gradyanı, saniye -1 N: Güç, watt veya N m/s µ: Dinamik vizkosite, N s/m 2 V: Hacim, m 3 t : Bekleme süresi, saniye V: Hacim, m 3 Q: Debi, m 3 /s Mekanik karıştırma yapılan karıştırma odaları tek veya iki bölmeli yapılabilir. İki bölmeli olması daha faydalıdır. Genel olarak mekanik karıştırıcılar için bekleme süresi t=30-60 saniye, hız gradyanı G= s -1 arasında alınır.mekanik karıştırıcıların verimleri yüksektir, debideki dalgalanmalardan etkilenmesler ve yük kayıpları düşüktür. Karıştırma düşey veya yatay perdeli karıştırma odalarında da yapılabilir. Dalgıç perdeli karıştırıcının giriş ve çıkış noktaları arasındaki yük kaybı h ise, N: Güç, watt veya N m/s p: Suyun özgül ağırlığı, kg/m 3 g: Yerçekimi ivmesi, m/s 2 Q: Debi, m 3 /s N = p.g.q. h 25

27 Şekil 5. Yatay ve düşey perdeli karıştırma Hidrolik karıştırma ise hidrolik sıçramayı kullanarak yapılan hızlı karıştırmadır. Mekanik ekipmanlara ve karıştırma odasına ihtiyaç yoktur. Yumaklaştırıcı hidrolik sıçrama noktasında hemen önce verilir. Yaklaşık tipik bekleme süresi 2 saniye ve hız gradyanı 800 s -1 değerlerindedir. Yük kaybı 0,3 m alınmaktadır. Boru hattı üzerinde (In-line blender) yapılan karıştırmada yüksek hız gradyanı değerlerinde ( s -1 ) ve 30 saniyeden az bekletme süreleri ile güçlü karıştırma ekipmanları vasıtasıyla karıştırma yapılır. Karıştırma odalarının hacimlerinin bulunması, bekleme süresinin seçilmesi ile hesaplanabilir. Bu süre hız gradyanına, yumaklaştırıcı çeşidine ve karıştırma şekline göre değişir. Hızlı karıştırma tasarımında; su kalitesi analiz sonuçları, debilerdeki değişimler ve kavanoz testi sonuçları dikkate alınmalıdır Yumaklaştırma Havuzlarının Hesabı Hızlı karıştırma odalarından sonra yumakların oluşması için yavaş karıştırma işleminin uygulanması gerekir. Bu işlem destabilize olmuş kolloidlerin birleştirilmesi veya çap ve büyüklüklerinin artırılmasıdır. Bu işlem için kullanılan mekanik ekipmanlar düşey milli pedallı karıştırıcılar, yatay milli pedallı karıştırıcılar veya kanatlı karıştırıcılardır. Dalgıç perdeli ve basınçlı hava ile yumaklaştırma da yapılabilmektedir. Dalgıç perdeli yumaklaştırma havuzları eskiden yaygın olarak kullanılmalarına rağmen, mekanik yumaklaştırmada olan gelişme sebebiyle fazla kullanılmamaktadır. Bu tip havuzlarda kısa devrelerin olmaması gibi faydalar vardır. Yumaklaştırma havuzlarının tasarımında hız gradyanı ve bekleme süresi önemlidir. Bekleme süresi genellikle dakika arasında seçilir. Bulanıklık gideriminde bu iki deüerin arasındaki değer olarak 30 dk alınabilir. Sertlik gideriminde ise süre 60 dk ya kadar çıkabilmektedir. Hız gradyanı 10 dan 100 s -1 kadar seçilebilir. Hız gradyanıyla bekleme süresinin çarpımının G.t = arasında kalması istenir. Bazı çalışmalarda ise G.t değerinin 2x10 4 ile 2x10 5 arasında kalmasının uygun olacağı belirtilmiştir. 26

28 Hız gradyanı yumaklaştırmayı hızlandırırken yumakları parçalaması da olası bir durumdur. Bu iki durumdan faydalanmak için hız gradyanının kademeli olarak azaltılması düşünülmüştür. Başlangıçta henüz yumaklar oluşmadığından hız gradyanı yüksek tutulabilir. Daha sonra yumakların kırılmaması, kesilmemesi ve parçalanmaması için hız gradyanı azaltılır. Bunun için yumaklaştırma havuzu bölmeli olarak yapılır. Her bölmedeki hız gradyanı değişik alınır. Bölme sayısı 2 ile 6 arasında değişmektedir. Normal olarak seri bağlı reaktörlerde eşit bekleme zamanları uygulanmaktadır. Ancak yapılan çalışmalar yumaklaştırmada, seri bağlı reaktörlerin bekletme sürelerinin giderek artırılmasının, yumaklaştırmanın verimini artırdığını göstermektedir. Yani ilk yumaklaştırma havuzundaki bekletme süresi sonuncusundan daha az olmalıdır. 27

29 6. ÇÖKTÜRME Sudaki askıda çökebilen katı maddelerin giderimi için çöktürme işlemi uygulanır. Basit çöktürme ve hızlı karıştırma-yumaklaştırma sonrası uygulanan çöktürme olarak iki şekilde uygulanabilir. Basit çöktürmede suyun kendi doğal içeriğinde var olan çökebilen maddeler çöktürülür. Hızlı karıştırma ve yumaklaştırmanın ardından uygulanan çöktürme, renk ve bulanıklığı gidermek için yumaklaştırıcı maddelerin ilavesi ve sertlik giderimi için kireç ve soda ilavesi sonucu oluşan çok sayıdaki yumakların giderilmesi için uygulanır Çöktürme Havuzlarındaki Bölgeler ve Akım Şekilleri a) Giriş Bölgesi: Giren suyun sakin bir geçişle çöktürme bölgesinde istenen üniform, kararlı akım şekline dönüşmesini sağlar. b) Çökelme Bölgesi: Çökebilen katı maddelerin sudan uzaklaştırıldığı bölgedir. c) Çıkış Bölgesi: Çöktürme bölgesinden çıkış kanalına suyun sakin bir şekilde geçişini sağlar. d) Çamur Bölgesi: Çöken katı maddelerin, çökelme işlemini engellemeyecek bir şekilde toplandığı bölgedir. Çöktürme havuzlarının verimliliği, giderilecek olan asılı maddelerin özelliklerine ve çöktürme havuzunun hidrolik karakteristiklerine bağlıdır. Çöktürme havuzlarının hidrolik karakteristiklerini havuzun geometrisi ve suyun havuzdaki akış şekli belirler. Yumaklaştırma ve çökelme bölgelerinin birleştirildiği birleşik sistemlerdeki yukarı akışlı çökeltme havuzlarının haricinde, en çok kullanılan havuzlar yatay akışlı havuzlardır. Yatay akışlı havuzlar dikdörtgen veya daire şeklinde olabilir. Daire planlı havuzlar merkezden veya çevreden beslenebilir. Fakat en çok kullanılan daire planlı havuzlar merkezden beslenen havuzlardır. Çöktürme havuzlarında genellikle akış paralel akıştır. Yani akış çizgileri paralel ve sadece bir yöndedir. Yatay akışlı havuzların tasarımında çöktürme bölgesinde her bir düşey üzerindeki bütün noktalarda hızın eşit olmasının sağlanması amaçlanır. Ancak uygulamada havuzdaki su akıntılarının düzensiz olması ve sürtünme kuvvetlerinin farklı olması yüzünden tam olarak gerçekleştirilemez. 28

30 Şekil 6. Çöktürme havuzlarında akış şekilleri 6.2. Çökelme Teorisi Çöktürme işlemi yumaklaştırmadan önce veya sonra uygulanabilir. Yumaklaştırmadan önce olan çöktürme münferit tanelerin çökeltilmesi olarak isimlendirilir. Yumaklaştırmadan sonra uygulanan çöktürmeye ise yumaklı çökeltme denir. Münferit tanelerin çökelmesinde tanelerin çap, ağırlık ve şekilleri değişmez. Sakin bir sıvı ortamına bırakılan tanecik sıvıdan daha yoğun ise aşağı doğru çökmeye başlar. Bu durumda tane üzerinde iki kuvvet etkindir. Bunlar tanenin ağırlık kuvveti ve sıvının hareketine karşı sıvının uyguladığı sürtünme kuvvetidir. V : Tanenin hacmi, m 3 : Tanenin yoğunluğu, kg/m 3 : Suyun yoğunluğu, kg/m 3 g : Yerçekimi ivmesi, m/s 2 29

31 Direnç kuvveti ise sıvı ortamın cinsine, yoğunluğuna, tanenin şekline ve çökelme hızına bağlıdır: A: Hareket yönüne dik istikamette tanecik kesit alanı, s : Tane çökelme hızı C d : Newton direnç katsayısı Çökelme hızı: * ( )+ Çapı d olan küre şeklindeki tanecikler için; A = ( /4) d 2 ve V = ( /6) d 3 olduğundan; [ ( )] elde edilir. Cd katsayısı Reynolds sayısına bağlıdır. Şekil 7. de Reynolds sayısı ile Cd arasındaki ilişki gösterilmiştir. Reynolds sayısı aşağıdaki ifade yardımıyla hesaplanır; : Kinematik vizkosite Re < 1 olan bölgeye Stokes geçerlilik bölgesi adı verilmektedir. 1 < Re < 2000 olan bölge geçiş bölgesi ; Re > 2000 olan bölge türbülanslı bölge olarak isimlendirilmektedir. Yapılan çalışmalarda: R e < 1 için C d = 24/R e 1 < R e < 2000 için R e > 2000 için C d = 0,4 alınabileceği belirtilmiştir. 30

32 6.3. Kısa Devreler ve Stabilite Şekil 7. Reynolds sayısı ile Cd arasındaki ilişki Havuzlarda akım çizgilerinin boy ve hızları farklıdır. Çünkü sürtünme kuvvetleri sebebiyle cidara yakın yerlerdeki su hızları orta kısımdan daha azdır. Bu yüzden sıvı zerrelerinin bir kısmı havuz çökelme bölgesini, hidrolik bekleme süresinden daha kısa, bir kısmı ise daha uzun zamanda geçer. Ayrıca rüzgar, yoğunluk farkları ve giren sıvının ataleti sebebiyle meydana gelen çevrilerde yatay hızın değişmesine, böylece kısa devrelerin ortaya çıkmasına sebep olur. Dar ve uzun havuzların hidrolik karakteristiklerinin geniş havuzlardan daha iyi olduğu gösterilmiştir. Bir başka ifadeyle Froude sayısı büyük olan havuzlarda akım şekli iyidir. Froude sayısı; v: ortalama sayısı g: yerçekimi ivmesi R: hidrolik yarıçap Havuzların stabilitesi bakımından Froude sayısının büyük olması istenir. Froude sayısının büyük çıkması için havuzun uzun, dar ve sığ olması lazımdır. Bu ise tabandan madde kaldırılmaması şartına ters düşer. 31

33 Ayrıca türbülansı küçük tutmak için Reynolds sayısının küçük olduğu geniş ve derin havuzlar lüzumlu olur. Kısa devreleri ve kararsızlık durumlarını kabul edilebilir sınırlarda tutmak için Froude sayısının 10-5 den büyük olması gerekmektedir. Türbülansın çökeltme verimini aksi yönde etkilememesi bakımından ise Reynolds sayısı 2000 den küçük tutulmalıdır Boyutlandırma Esasları Çöktürme havuzunun hacmi V, yüzey alanı A, T 0 ise bekleme süresi olduğunda; S0 = H/TQ olduğunda; olarak bulunur. S0 değerine yüzey yükü denilmektedir. Yüzey yükü çöktürme havuzu tasarımında en önemli parametrelerden biridir. Çöktürme havuzunun giderim verimi yüzey yüküne bağlıdır. Yüzey yükü arttıkça giderim verimi düşer. Tasarımda kullanılacak olan yüzey yükleri çökeltme havuzunun kullanılma amacına göre seçilmelidir. Görüldüğü gibi yüzey yükü için geniş aralıklarda değerler verilmektedir. Çizelge 7 de başka kaynaklar tarafından tavsiye edilen değerler gösterilmiştir. Bu cetvelde verilen değerlerin büyük tesisler için olduğu belirtilmiş olup, orta büyüklükte tesisler için bu değerlerin % kadar azaltılması, küçük tesisler için daha da fazla azaltılmasının uygun olacağı tavsiye edilmektedir. Orta büyüklükteki tesis olarak günlük ortalama debisi Q = l/s olan tesisler düşünülmektedir. Çizelge 7. Çökeltme havuzlarında yüzey yükleri Suyun cinsi Tasfiye şekli Yüzey yükü, m 3 /m 2.sa Yüzey suyu Alum ile yumaklaştırma 0,6-1 Yüzey suyu Kireç ile yumuşatma 0,9-3,4 veya yeraltı suyu Yukarı akışlı durulama havuzları 1,8-2,5 (soğuk su) 2,5-4,5 (sıcak su) Yukarı akışlı yumuşatma havuzları Yüzey sularında 3 e kadar Kuyu sularında 4,4 e kadar Genel olarak 1,8-6 arasında 32

34 Derinlik ve bekleme müddeti Münferit tanelerin çökelmesinde derinliğin fazla bir rolü yoktur. Ancak yumaklı çökelmede havuz derinliği de mühim bir parametredir. Çöktürme havuzunun hacmiyüzey alanı ile ortalama derinliğin çarpımına eşittir. Teorik bekleme müddeti ise havuz hacminin, debiye oranından bulunabilir. A ve Q sabit olarak kabul edilirse, bekleme müddetinin derinliğe bağlı olduğu söylenebilir. Bekleme süresi havuzun kullanma gayesine göre seçilir. Çöktürme havuzları ekseriya yüzey sularındaki bulanıklığın yumaklaştırma ile giderilmesi veya yeraltı sularının kireç-soda usulü ile yumuşatılması işlemlerinde kullanılmakta olup, bu durumlarda bekleme müddetleri 2-4 saat arasında seçilmektedir. Yatay hızlar 2,5 ile 15 mm/s civarında alınmalıdır. Çökeltme havuzlarının giriş yapıları, debileri her bir havuza eşit olarak ve havuzun en kesiti boyunca üniform olarak dağıtılacak şekilde tasarlanmalıdır. Giriş şeklinin, havuzun verimliliği bakımından önemi çıkış yapısından daha fazladır. Giriş kanallarındaki hızlar, yumakların parçalanmasını önlemek için 0,15-0,6 m/s gibi düşük değerlerde tutulmalıdır. Çöktürme havuzu girişindeki küçük bir değişiklik çöktürme havuzunun verimini değiştirebilir. Girişlerden esas istenen su getiren borudaki nispeten yüksek hızlardan çöktürme bölgesinde istenen çok düşük üniform hızlara sakin bir geçişi sağlamaktır. Çöktürme havuzları çıkış yapıları da oldukça önemlidir. Çöktürme havuzlarındaki su seviyesi, genellikle çıkış savakları ile kontrol edilir. Çıkış savakları genellikle V savağı şeklinde yapılır. Çıkış savaklarına yakın yerde tabana çökelen malzemenin tekrar suya karışmaması için savak yüklerinin belli bir değeri geçmemesi gerekir. Çizelge 8. Çöktürme havuzlarının savak yükleri Savak yükü (m 3 /gün.m) Suyun durulanması <622 Hafif alum yumakları (Az bulanık sular) Ağır alum yumakları (Çok bulanık sular) Kireçle yumuşatmadan meydana gelen çok ağır yumaklar 33

35 Çöktürme havuzlarının tabanı normal olarak çamurun toplandığı çukura doğru eğimli olarak yapılır. Çökelen çamurlar hidrolik olarak çamur toplama çukuruna doğru hareket eder. Çamur sıyırma tertibatının gayesi, çamurların çökeltme havuzu tabanına yapışmasını önlemek ve çamurun akışına yardım etmektir. Eğimli taban ve çamur çukuru, çamurun zaman zaman uzaklaştırılacağı dikkate alınarak uygun hacimde yapılmalıdır. Çamur temas havuzlarında olduğu gibi bazı hallerde çamurun devrettirilmesi faydalı olabilir. Çamur sıyırıcıların hızları çok düşük olmalıdır. Aksi halde çökelen çamur tekrar suya karışabilir veya en azından çökelme engellenebilir. Bu yüzden sıyırıcıların hızı 0,3 m/dk dan daha düşük olmalıdır Dikdörtgen Çöktürme Havuzları Dikdörtgen havuzlar 1,5 ile 7,5 metre genişlikte inşa edilirler. Çamur sıyırıcılar paralel olarak yerleştirilirse bu genişlikler biraz daha arttırılabilir. Uzunlukları ise en fazla 75 metreye kadar alınmaktadır. Genellikle uzunluğun genişliğe oranı 3 ile 5 arasında alınır. 30 m uzunlukta olan havuzlar yaygın olarak kullanılır. Dikdörtgen havuzların derinliği en az 2,5 m, tavsiye edilen derinlikler ise 2,5 ile 3,7 m arasındadır. Bazı çalışmalarda derinliğin 2,1 ile 4,6 m arasında seçilebileceği belirtilmiştir. En çok kullanılan ortalama havuz derinliği 3 m dir. Dikdörtgen havuzların tabanı, çamur toplama çukuruna doğru eğimli olarak inşa edilir. Raylar üzerinde hareket eden bir köprüye bağlı olan sıyırıcılarla çamur sıyırılarak çamur toplama çukuruna doğru sürülür. Sıyırıcı çamur konisine vardığı zaman otomatik olarak yukarı çekilir ve çıkış kenarına geri alınır. Bazı havuzlarda çamur bir, iki veya üç çamur konisine toplanır. Her çamur çukuru ayrı çamur tahliye boruları ile teçhiz edilmiş olup çamurlar istenirse ayrı ayrı alınabilir. Çamur konilerinin eğimleri 1,2:1 ile 2:1 arasında alınır. Bazı geniş havuzlarda, gerekli çamur çukuru sayısı çok fazla çıkabilir. Bu durumlarda havuz giriş kısmının tabanına enlemesine bir çamur toplayıcı yapmak daha uygun olabilir Daire Planlı Çöktürme Havuzları Bu havuzlar çoğunlukla merkezden beslenir. Ancak çevreden beslenen havuzlar da vardır. Bir daire planlı havuzda, suyun havuza verildiği bir giriş yapısı, çamurların toplandığı ve uzaklaştırıldığı kısım ve çıkış yapısı bulunur. Daire planlı çöktürme havuzlarının çapları m çapa kadar inşa edilirse de bunların çaplarının m den büyük olmaması uygundur. 30 m den büyük seçilmemesi tercih edilmektedir. Merkezden beslenen havuzlarda su bir giriş kulesinden havuza verilir. Böylece giren suyun çökeleme bölgesine üniform ve düşük hızla dağıtılması sağlanmış olur. Bazı durumlarda giriş borusu, havuz tabanından gelerek düşey bir dirsekle yukarıya çıkar. Bazı hallerde ise hamsu borusu havuz içinden giriş yapısına bağlanır. Dairesel havuzların tabanları merkezdeki çamur toplama çukuruna doğru yaklaşık %8 eğimli yapılır. Ancak havuzun kullanma maksadına bağlı olarak bu eğim 1:12 ile 1:6 arasında değişmektedir. En çok kullanılan eğim 1:8 ile 1:12 arasındadır. Çamur çukurlarının eğimleri ise dikdörtgen havuzlardakine benzer şekilde 1,2:1 ile 2:1 arasında seçilmektedir. 34

36 7. FİLTRASYON 7.1. Filtrasyonun Sınıflandırılması Filtreler filtrasyonun hızına göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Yavaş filtreler Hızlı filtreler İnşaat ve hidrolik şartlara göre ise: Yerçekimi ile çalışan filtreler: Üstleri açık olup, su yerçekimi ile akar ve filtreden çıkan su atmosfer basıncındadır. Yukarı akışlı filtreler: Bu filtrelerde su girişi alttandır. Basınçlı filtreler: Basınca dayanıklı tank şeklinde olan filtrelerdir. Su filtreye basınçla basılır ve çıkar. Filtre malzemesine göre filtreler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Kum filtreleri Antrasit kömürü ile oluşturulan filtreler Birden fazla malzemenin kullanıldığı filtreler Diatomit filtreler Filtrasyon yalnız başına veya diğer işlemlerle birlikte kullanılabilir. Yeraltı suyundan su temininde demir ve manganı gidermek için hızlı filtreler havalandırmadan sonra çok yaygın olarak kullanılırlar. Bu durumda 2 mm çapında oldukça kaba kum kullanılabilir. 54 m/sa ve üzeri filtrasyon hızları uygulanabilir. Su kalitesinin iyi olduğu durumlarda ise yumak teşekkülü bakımından kimyevi maddelerin ilavesinden sonra hızlı kum filtreleri kullanılabilir. Bu durumlarda filtrasyon işleminden sonra klor veya ozon gibi maddelerle dezenfeksiyon yapılması uygundur. Yavaş kum filtrelerinin çıkış suyu kalitesi bakteriyolojik olarak hızlı kum filtrelerinden daha iyidir. Bu yüzden küçük yerleşim yerlerinde ve arazinin uygun olduğu durumlarda yavaş kum filtreleri uygundur. Ancak ham suyun bulanıklığı fazla ise böyle durumlarda ön arıtım gereklidir. Bunun için yavaş kum filtrelerinden önce hızlı kum filtreleri kullanılır. Böylece hızlı kum filtreleri, yavaş kum filtrelerinin yükünü azaltır. Yavaş kum filtrelerini uzun filtrasyon süreleri için kullanmak mümkün hale gelir. Yüzey sularında yumaklaştırmanın ardından cilalama işlemi olarak hızlı kum filtreleri yaygın olarak kullanılmaktadır. 35

37 7.2. Filtrasyonun Mekanizması Mekanik Süzme Mekanik süzme işlemi kirleticilerin sular filtre yatağından geçtiği sırada filtre malzemesi tarafından tutulmasıdır. Süspansiyon halindeki katıların boyutları yatak malzemesi gözeneklerinden büyük olduğundan burada tutulurlar. Ancak kum malzemenin çapı 0,4 mm olsa dahi küre şeklindeki kumların yan yana dizilmesi halinde arada kalan boşluk 62 µm çapındadır. Kolloidlerin çaplarının 1-10 µm olduğu dikkate alınırsa bunların 0,4 mm çaplı malzemeyle tutulamayacakları anlaşılır. Ancak süzülme sırasında bazı taneciklerin birbiriyle temas etmesi sonucu büyük yumaklar oluşur ve kirleticilerin filtre yatağından süzülüp çıkış suyuna karışması engellenir. Hızlı kum filtrelerinde mekanik süzme, diğer giderme mekanizmalarına göre ihmal edilebilecek düzeydedir. Bu yüzden çabuk tıkanmaması için bu filtrelerde kum yatağının tane çapı büyük seçilir Çökelme Filtrelerde, filtre yatağının üzerinde bir durgun su sütunu bulunmaktadır. Burada normal çökelmede olduğu gibi bazı tanecikler filtre yatağının üzerine çökelir. Çökeltme havuzlarında, çökelen maddeler tabanda birikirler. Filtrelerde ise filtre yüzeyine ilave olarak taneciklerin toplam yüzey alanı da dikkate alınmalıdır. Çökelen malzemeler gözenek hacmini azaltır, suyun geçtiği kesit daraldığından su hızı artar, filtre yatağındaki malzeme artan su hızı ile aşağıya taşınır, filtre yatağı kalınlığı sınırlı olduğundan çıkış suyu kalitesi bozulur. Böyle durumlarda hızlı kum filtrelerinin geri yıkanması gereklidir Adsorpsiyon Adsorpsiyon, kolloidlerin ve küçük asılı taneciklerin sudan uzaklaştırılmasında en önemli işlemlerden birisidir. Adsorpsiyon kuvvetleri, en fazla 0,01-1 µm gibi çok kısa mesafelerde etkili olmaktadır. Buna karşın kum taneciklerini saran film tabakasının kalınlığı bu mesafeden çok daha büyüktür. Bu durum dikkate alındığında adsorpsiyonun, taneciklerin tutulmasında bir rolü olmayacağı anlaşılır. Ancak durum farklıdır. Adsorpsiyon işlemine yardım eden, taşınma mekanizmaları ile suda bulunan partiküller filtre malzemesini teşkil eden kum tanesine doğru yaklaştırılır. Böylece mesafe azaldığından partiküller tutulur. Taşınma mekanizmaları, kesişme, atalet, yerçekimi, difüzyon ve hidrodinamik tesirler olarak sınıflandırılabilir Kimyasal reaksiyon Filtrasyon esnasında gerçekleşen reaksiyonlarda çözünmüş kirleticiler ayrışır, daha az zaralı maddeler haline dönüşür veya çözünmeyen maddelere dönüşerek çökelme ve adsorpsiyon ile sudan uzaklaşır. Suda oksijen yeterliyse organik maddeler aerobik olarak ayrışır. Reaksiyon basit olarak; C 5 H 7 O 2 N + 5O 2 H 2 O + 4CO 2 + NH HCO 3-36

38 şeklinde yazılabilir. Denklemden görüleceği üzere 1 g orgnaik madde ayrışırken 1,4 g oksijen harcanır, 0,16 g amonyum ortaya çıkar. Amonyum da bakteriler yardımıyla okside olur. Demir ve mangan oksidasyonu gerçekleşen diğer reaksiyonlardır: 4Fe + + O 2 + (2n + 4)H 2 O + 8HCO 3-2Fe 2 O 3 n H 2 O + 8CO 2 2Mn ++ + O 2 + 4HCO 3-2MnO 2 + 2H 2 O + 4CO Biyolojik Faaliyet Filtre yatağında ve yatak yüzeyinde yaşayan mikroorganizmalar biyolojik faaliyet gösterirler. Suda bulunan besin maddelerinin bir kısmı bu mikroorganizmaların yaşamaları için gerekli olan enerjiyi temin için (dissimilasyon), bir kısmı ise kendilerinin büyümeleri için (assimilasyon) harcanır. Bu mikroorganizmalardan bir kısmı süzme, çökelme ve adsorpsiyon ile kum taneciklerinin yüzeyinde tutulur. Ancak hızlı kum filtreleri ve yavaş kum filtrelerindeki bakteriyolojik faaliyetler birbirinden farklıdır. Hızlı kum filtrelerinde bakteriyolojik bakımdan emniyetli bir çıkış suyu temin edilemez. Bu filtrelerde E.koli için azalma faktörü 2 ile 10 arasında değişir. Bu değer çok küçük bir değerdir. Yavaş kum filtrelerinde filtre yüzeyinde oluşan biyofilm tabakası sebebiyle bakteriyolojik faaliyet fazladır. Bu paralel olarak bakteri azalma faktörü hızlı kum filtrelerine göre çok iyidir Hızlı Kum Filtreleri ile Yavaş Kum Filtreleri Hızlı kum filtreleri ile yavaş kum filtrelerini birbirinden ayıran en önemli fark filtre hızlarındadır. Filtre hızı, filtrenin birim yüzey alanından, birim zamanda süzülen su miktarı olarak tarif edilebilir. Q : Debi, m 3 /sa A : Filtrenin yüzey alanı, m 2 V : Filtre hızı, m/sa Yavaş kum filtrelerinin yetişmiş eleman ihtiyaçları az, işletme masrafları düşük ve işletilmeleri kolaydır. Yavaş kum filtrelerinin çıkış suyu kalitesi bakteriyolojik yönden çok daha iyidir. Bu yüzden arazinin müsait olduğu yerlerde yavaş kum filtrelerinin tercih edilmesi uygundur. 37

39 Çizelge 9. Hızlı kum filtreleri ve yavaş kum filtreleri Hızlı kum filtreleri Yavaş kum filtreleri Filtre hızı, m 3 /m 2 sa ,1-0,5 Kumun dane çapı, mm 0,5-2 0,15-0,35 Malzeme üniformluk <1,5 2-3 katsayısı, u=d 60 /d 10 Yatak kalınlığı, m 0,5-2 0,6-1,2 Su yüksekliği, m 0,25-2 1,-1,5 Temizleme şekli Geri yıkama Sıyırma Temizleme aralığı, gün Bir filtrenin en düşük yüzey alanı, m 2 Bir filtrenin en büyük yüzey alanı, m 2 Filtre sayısı, n Filtrenin tesirli kısmı Bütün hacim Üst yüzey İnşa maliyeti Düşük Yüksek İşletme masrafları Yüksek Düşük Tesisin ömrü Kısa Uzun Yetişmiş eleman ihtiyacı Fazla Az 7.4. Filtrasyonun Hidroliği Filtrasyonda yük kaybı hesaplarında Carman-Kozeny veya Sabri Ergun denklemleri kullanılır. Carman-Kozeny denkleminde temiz bir filtrenin başlangıçtaki yük kaybı: ifadesiyle verilmiştir. Burada H 0 : Filtre yatağının başlangıçtaki yük kaybı, m : Kinematik vizkosite, m 2 /s P 0 : Temiz filtre yatağının porozitesi V : Filtrasyon hızı, m/s d h : Filtre malzemesinin hidrolik çapı, m L : Yatak kalınlığı, m Malzemenin hidrolik çapı, d h = Ø d s d: Spesifik tane çapı Ø: Şekil katsayısı 38

40 Şekil katsayısı filtre malzemesinin şekline bağlıdır. Küre şeklindeki malzemeler için küre şeklindeki malzemeler için 1, küreye yakın malzemeler için 0,95 alınabilir. Bu değer, kırık malzeme için 0,65 olup, diğer malzeme şekilleri için 0,65 ile 0,95 arasındaki değerler alınabilir. Carman-Kozeny denklemi ancak laminer akımlar için geçerlidir. Kumun tane çapı, 0,5 ile 1 mm arasında değişen ve normal filtrasyon hızlarında çalışan (v= 4-12 m/sa) hızlı kum filtreler için akımın laminer bölgede olduğu kabul edilir ve Carman-Kozeny denklemi kullanılabilir. Bu şartlarda Reynolds sayısı genellikle 3 ten azdır. Bazen kullanılmış suların filtrasyonunda olduğu gibi büyük çaplı filtre malzemesi kullanılır ve filtrelerin geri yıkanmasında büyük hızlar söz konusu olur. Böyle durumlarda filtre içindeki akım laminer bölgeden çıkar ve laminer bölge ile türbülanslı bölge içindeki geçiş bölgesine girer. Bu hallerde Carman-Kozeny denklemi kullanılmaz. Onun yerine Sabri Ergun denkleminin kullanılması uygundur. Sabri Ergun denklemi laminer, geçiş bölgesi ve türbülanslı bölgeyi içine alan bir denklemdir. Burada; H: Yatak boyunca değişen yük kaybı g: Yerçekimi ivmesi p : Porozite = boşluk hacmi/yatak hacmi S v : Spesifik yüzey Spesifik yüzey, birim hacme düşen tane yüzeyi alanı olup, bu değer küre şeklindeki tanecikler için 6/d eq ve düzgün olmayan taneler için 6/ψ d eq şeklinde verilmiştir. d eq eşit hacimdeki kürenin çapıdır. ψ, küresellik katsayısı olup, eşdeğer hacimdeki bir kürenin yüzey alanının, tanenin hakiki yüzey alanına oranıdır Hızlı Kum Filtrelerinin Geri Yıkanması Geri yıkama, filtre yatağında malzeme üzerinde biriken kirleticilerin, filtreyi yukarı doğru yıkamak suretiyle sökülüp atılmasıdır. Yalnız geri yıkamada filtre malzemesinin kaybedilmemesi önemlidir. Geri yıkama suyu toplam filtre edilmiş suyun % 1-2 arasında olmalı ve fazla su kullanılmamalıdır. Geri yıkama ortalama 5 dk sürer. Geri yıkama suları çeşitli şekillerde sağlanabilir. Şehir içme suyu şebekesinden temin edilebilir. Ancak bu halde su basıncı çok fazla olacağından basıncın düşürülmesi gerekir. Çok sayıda filtre olduğunda kullanılabilir. Diğer seçenek ise geri yıkama haznesi inşa edilerek suyun buradan alınmasıdır. 39

41 7.6. Hızlı Kum Filtrelerinin Tasarımı Hızlı kum filtrelerinde filtre hızı seçilirse, filtre yüzey alanı A: ifadesinden bulunabilir. Burada Q, yıllık ortalama olarak su ihtiyacını (m 3 /sa), V ise filtre hızını (m 3 /m 2 /sa) göstermektedir. Filtre hızı V = 5-15 m 3 /m 2 /sa arasında alınabilir. Debi zamanla salınım gösterdiğinden hesaplanan yüzey alanının 1,5 katının alınması uygundur. Bir filtrenin yüzey alanı a ise: denklemleriyle bulunabilir. n filtre sayısıdır. n yerine (n-1) veya (n-2) alınmasının sebebi 1 veya 2 filtrenin geri yıkamada olacağı içindir. Filtre sayısının 4 den az seçilmemesi ve bir filtrenin yüzey alanının m 2 den küçük, m 2 den büyük alınmaması uygundur. Filtre sayısı n, tecrübelerden elde edilen aşağıdaki formülle bulunur: ve bir filtrenin alanı a ise a = 3,5n şeklinde alınabilir. Q ortalama debiyi (m 3 /s) göstermektedir. Bu formüller kullanılmazsa bir filtrenin yüzey alanı seçilerek filtre sayısı hesaplanır. Filtreler tanzim edilirken bir kenar veya orta kısım koridor olarak bırakılır. İşletme binası da uygun bir yere yapılır. Filtrelerin boyutlarının 3 6 m civarında alınması uygundur. Üst kısımda cm lik bir hava payı bırakılmalıdır. Geri yıkama süresi 3 10 dakika alınabilir (ortalama 5 dk). Geri yıkamada su kullanılıyorsa, geri yıkama hızı m 3 /m 2 sa arasında alınır. Bazı hallerde hava da kullanılır, basınçlı hava hızı 1 1,5 m 3 /m 2 sa arasında seçilir Yavaş Kum Filtreleri Yavaş kum filtrelerinde su cazibe ile ince daneli kum tabakasından, düşük bir hızla süzülür. Filtre hızı 0,1 ile 0,4 m 3 /m 2 sa arasında değişir. Efektif tane çapı 0,15 ile 0,35 mm civarındadır. Süspansiyon ve kolloid maddeler filtrenin üst yüzeyinde birikir. Filtre malzemesinin tane çapları küçük olduğundan filtrenin derinliklerine nüfuz edemezler. Filtrenin tıkanması halinde üst kısımdaki birkaç cm kalınlığındaki tabaka sıyrılarak alınır. Filtrenin kum tabakası kalınlığı 0,6 ile 1,2 m dir. Su tabakasının yüksekliği 1 ile 1,5 m dir. Kışı soğuk geçen yerlerde, yavaş kum filtrelerinin, donmaya karşı üzeri örtülmelidir. 40

42 8. DEZENFEKSİYON Suda bulunan zararlı mikroorganizmaların sudan giderilmesi işlemine dezenfeksiyon adı verilmektedir Klorla Dezenfeksiyon Suda çözünen klor su ile reaksiyona girerse: Cl 2 + H 2 O HOCl + H + + Cl - HOCl H + + OCl - HOCl (Hipoklorit) kuvvetli, OCl- ise zayıf bir dezenfektandır. Bu yüzden reaksiyonun sola doğru olması istenir. Bu ise düşük ph değerlerinde mümkündür. Küçük tesislerde dezenfeksiyonda sodyum hipoklorit çözeltisi kullanılır. Sodyum hipoklorit, sodyum hidroksit çözeltisine klor verilmek suretiyle hazırlanmaktadır. Cl 2 + 2NaOH NaCl + NaOCl +H 2 O Ancak çözelti kararlı değildir. Aşağıdaki reaksiyonla zamanla dezenfektan özelliğini kaybeder. 2 NaOCl 2 NaCl + O 2 Giderilecek olan mikroorganizmaların türleri ve yoğunluğu dezenfeksiyon verimini etkiler. Kullanılan dezenfektanın türü de önemlidir. Her dezenfektanın özellikleri farklıdır. Temas süresi arttıkça mikroorganizma giderim verimi de artmaktadır. Dezenfekte edilecek suda bulunan maddelerin cins ve miktarları dezenfeksiyonun verimini etkiler. Dezenfekte edilecek suda organik maddeler, demir ve mangan gibi metallerin olması halinde bunların dezenfektan ile okside olacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Suyun bulanıklığı fazla ise dezenfektan maddenin imha tesiri azalır. İyi bir dezenfeksiyon için bulanıklığın düşük olması gerekir. Suyun sıcaklığı arttıkça dezenfeksiyonun hızı da artmaktadır Kırılma Noktası Klorlaması Klor amonyak içeren suya eklendiğinde aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir. HOCl + NH 3 H 2 O + NH 2 Cl (Monokloramin) HOCl + NH 2 Cl H 2 O + NHCl 2 (Dikloramin) HOCl + NHCl 2 H 2 O + NCl 3 (Trikloramin) Bu reaksiyonlar sonucu oluşan ürünler; ph, sıcaklık, temas süresi ve başlangıç klor/amonyak oranına bağlıdır. Suyun ph değeri 8 den büyük ise monokloramin oluşur. ph 3 ten küçük ise trikloraminler oluşur. 41

43 Amonyak içeren suya klor uygulandığında eklenen klora karşı bakiye klor tükenirse Şekil. 8 de gösterilen eğri elde edilir. Bakiye klor, serbest klor(ocl -, HOCl ve Cl 2 ) ile bağlı kloru(nh 2 Cl, NHCl 2, NCl 3 ) içerir. Şekil 8., 1 mg/l amonyum (NH + 4) içeren suların dezenfeksiyonu için gösterilmiştir. Kesik çizgiler uygulamada gerçekleşen durumu göstermektedir. Teorik olarak 3 molekül klor, iki molekül amonyum ile birleşir: 2 NH Cl 2 N 2 + 8H + + 6Cl - yazılabilir. Buradan 1 mg/l NH 4 için 6 mg/l klora ihtiyaç olduğu hesaplanabilir. Teorik olarak 6 mg/l klor ihtiyacı olmasına rağmen uygulamada bu değer artırılarak 10 mg/l seviyesinde tutulur. Şekil.8 Kırılma Noktası Klorlaması Şekilde gösterilen kırılma noktasında kloramin şeklindeki klor bakiyesi en düşük seviyededir. Bu noktadan daha yüksek klor dozlarında suda tamamen serbest klor oluşur. Şekilde gösterilen grafik bütün su numunelerine uygulanamaz çünkü her su numunesinin kendine has bakiye klor-klor dozaj eğrisi vardır. Suyun amonyum konsantrasyonu, temas süresi ve suda klorla reaksiyona giren farklı maddelerin varlığı klor ihtiyacını etkiler. Bağlı klorlar, serbest klorlara göre daha zayıf dezenfektan olduklarından daha uzun temas süresi ve daha büyük dozlar gerekir. Buna karşılık bağlı klor kararlı olması bakımından avantajlıdır. Serbest klor bağlı klor kadar kararlı değildir, zamanla dezenfektan etkisi kaybolur. Bu durum içme suyu şebekeleri için önemlidir. İçme suyu şebekesinde kirlenme ihtimali varsa bu durumda şebekede kararlı dezenfektan olması istenir. Sık sık su kesintilerinin olduğu bölgelerde bu durum dikkate alınmalıdır. Su şebekesinde kirlenme ihtimali varsa ve suda amonyak bulunmuyorsa şebekede kararlı bir dezenfektan olması için klorlamadan önce suya amonyak eklenerek bir miktar kloramin oluşması sağlanır. 42