SU ARITMA TESİSLERİNİN TASARIM VE İŞLETME ESASLARI

Transkript

1 SU ARITMA TESİSLERİNİN TASARIM VE İŞLETME ESASLARI Doç.Dr. Mehmet ÇAKMAKCI Yıldız Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü

2 İÇİNDEKİLER 1. GİRİŞ 2. SU ARITIMINDA TEMEL ÜNİTELER 2.1 Izgara ve Elekler 2.2 Biriktirme Yapısı 2.3 Havalandırma 2.4 Nötralizasyon 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) 2.6 Çöktürme 2.7 Filtrasyon 2.8 Dezenfeksiyon 2.9 Membran Prosesler 2.10 İyon Değiştirme

3 1. GİRİŞ Su, kokusuz, renksiz, berrak ve içimi serinletici olmalıdır. Su hastalık yapan mikroorganizma ihtiva etmemelidir. Suda sağlığa zararlı kimyasal maddeler bulunmamalıdır. Su, kullanma maksatlarına uygun olmalıdır. Sular agresif olmamalıdır.

4 1. GİRİŞ İçme suyu arıtımının genel amaçları şunlardır: Su sıcaklığının düşürülmesi/yükseltilmesi Renk bulanıklık, koku giderilmesi Mikroorganizma giderilmesi Demir ve Mangan giderilmesi Amonyum giderilmesi Oksijen konsantrasyonunun yükseltilmesi Suya CO 2 verilmesi/giderilmesi Hidrojen sülfür/metan giderilmesi Asitlerden temizleme Su yumuşatma Suyun korozif özelliğinin kaldırılması Tuzluluğun giderilmesi Zararlı kimyasalların giderilmesi Nitrat giderilmesi Klorlu halojenlerin giderilmesi

5 2. SU ARITIMINDA TEMEL ÜNİTELER Suların arıtılmasında amaç tarihli ve sayılı Resmi Gazete de yayınlanan İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik te belirtilen standartların sağlanmasıdır. Bu yönetmelik değerlerinin sağlanması ve dolaysıyla arıtılan suların insan sağlığına olumsuz bir etki yapmaması için, hamsu kaynağına ve özelliklerine bağlı olarak farklı arıtma prosesleri kullanılmaktadır. Geçmişte su temini çok önemli iken ve günümüzde su temininin yanı sıra sağlıklı su üretimi de oldukça önem arz etmektedir.

6 2. SU ARITIMINDA TEMEL ÜNİTELER Çökebilen madde miktarı yüksek ve mevsimlere göre kil muhtevası ve rengi değişen nehir suyu arıtma akım şeması Ötrofik göl ve su haznelerinin suları için arıtma akım şeması

7 2. SU ARITIMINDA TEMEL ÜNİTELER Su kalitesi iyi olan göller ve su hazneleri için arıtma akım şeması Yeraltı sularından demir ve mangan giderilmesi

8 2.1 Izgara ve Elekler Su içerisinde bulunan büyük parçaların pompa, boru ve teçhizata zarar vermemesi, diğer arıtma kısımlarına gelen yükün hafifletilmesi ve yüzücü maddelerin sudan ayrılması gibi amaçlarla ızgara ve elekler kullanılmaktadır. Izgaralar, genellikle terfi merkezi öncesinde su alma yapılarında inşaa edilmektedir.

9 2.2 Biriktirme Yapısı Su kalitesini iyileştirmek, konsantrasyondaki salınımları dengelemek için kullanılmaktadır. Çökebilen madde miktarı yüksek ve mevsimlere göre kil içeriği ve rengi değişen nehir suları içme suyu maksatlı kullanılacaksa biriktirme yapıları gereklidir. Biriktirme müddeti gün alınır. Faydaları: Suda bulunan iri taneler çökelir. Suyun bulanıklığı azalır. Sudaki çözünmüş oksijende artma olabilir. Su sertliğinde azalma olabilir. Çünkü suda çözünmüş halde bulunan CO 2, algler tarafından alındığı zaman aşağıdaki reaksiyon sola doğru kayar. Böylece Ca 2+ konsantrasyonunda azalma olur. CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3- Koliform sayısında ve hastalık yapan mikroorganizma sayısında azalma görülür. Su kalitesinde dengelenme olur. Nehirdeki kurak devre akımları esnasında biriktirme haznesinde kafi derecede su bulunur. 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.

10 2.2 Biriktirme Yapısı Su kalitesinde mümkün olabilecek bozulmalar: 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. Bazı kirleticiler tekrar ortaya çıkabilir. Mesela tabana biriken organik maddelerin, anaerobik olarak ayrışması neticesi koku ve tat problemleri ortaya çıkar. Sıcaklık tabakalaşması sebebiyle su kalitesi bozulabilir.

11 2.3 Havalandırma Suya oksijen kazandırmak veya CO 2, H 2 S, CH 4, uçucu organikler gibi gazları su ortamından uzaklaştırmak için kullanılmaktadır. Ayrıca, tesise alınan ham suyun daha verimli bir şekilde arıtılabilmesi ve sudaki kokuların giderilmesi, mangan ve demirin oksitlenerek çökelmesini sağlaması amaçları içinde havalandırma ünitesi yapılmaktadır. Havalandırıcı Türleri Cazibe ile çalışanlar o Kademeli kaskat havalandırıcılar o Eğik düzlem şeklindeki havalandırıcılar o Düşümlü havalandırıcılar Püskürtücüler Basınçlı hava ile (kabarcıklı) havalandırma Mekanik Havalandırıcılar

12 2.3 Havalandırma Suya oksijen kazandırmak veya CO 2, H 2 S, CH 4, uçucu organikler gibi gazları su ortamından uzaklaştırmak için kullanılmaktadır. Ayrıca, tesise alınan ham suyun daha verimli bir şekilde arıtılabilmesi ve sudaki kokuların giderilmesi, mangan ve demirin oksitlenerek çökelmesini sağlaması amaçları içinde havalandırma ünitesi yapılmaktadır. Havalandırıcı Türleri Cazibe ile çalışanlar o Kademeli kaskat havalandırıcılar o Eğik düzlem şeklindeki havalandırıcılar o Düşümlü havalandırıcılar Püskürtücüler Basınçlı hava ile (kabarcıklı) havalandırma Mekanik Havalandırıcılar

13

14 2.4 Nötralizasyon ph bilindiği üzere sudaki serbest hidrojenin aktivitesinin bir ölçüsüdür ve ph= log[h+]= log[a+] şeklinde ifade edilmektedir. ph skalası 0-14 arasında değişmektedir. 7 den küçük olanlar asit ve büyük olanlar baz olarak ifade edilir. Asit ve bazlar temasa geldiklerinde birbirini gidermektedir. Bu esnada tuzlar oluşur. Nötrleştirme işlemi bir nevi tuz oluşturma işlemidir.

15 2.4.1 Nötralizasyon gereksinimi Su toplama ve dağıtma sistemleri 5 ten az ph değerlerinde korozyona uğramaktadır. Biyolojik arıtma tesislerinde ise optimum mikroorganizma çoğalması 6,5-8 arasında ph değerleri istemektedir. Fiziksel (aktif karbon adsorpsiyonu) ve kimyasal (koagülasyon, oksidasyon, redüksiyon, amonyak uçurma vb.) arıtma sistemleri de ph değerinden etkilenirler.

16 2.4.2 Nötralizasyon yöntemleri Aşındırıcı etkilerini kaldıracak şekilde asidik ve alkali atıkları nötral ph ya gelecek şekilde karıştırma Asit atıklarını kireç yataklarından geçirme Asit atıklarını kireç solüsyonları ile karıştırma Asit atıklarına NaOH ve Na2CO3 bazik solüsyonlarını ilave etme Alkali atıklardan yanma gazlarını geçirme Alkali atıklardan CO2 geçirme Alkali atıklara sülfürik ve hidroklorik asit vb. asitler ilave etme Metal çöktürme gayesiyle nötralizasyon Metal korozyonunu veya diğer malzemelere zarar verilmesini önlemek Biyolojik arıtma öncesinde ön arıtma olarak Alıcı sulara deşarjdan sonra tekrar su temin edebilmek ve alıcı ortam canlı hayatına zararı önlemek için nötral ph değerinde arıtılmış su sağlama Yağ-emülsiyon kırma Klorlama, oksidasyon vb. gibi reaksiyon hızı ph a bağlı olan işlemlerin icrasından önce ph ayarlama

17 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Hızlı karıştırıcılar, kimyasal maddelerin suya karıştırıldığı ve üniform dağılımın yapıldığı yapılardır. Mekanik veya hidrolik olarak karışımın sağlanması mümkündür. Suda bulunan askıdaki ve kolloidal partiküller genellikle negatif bir elektrik yükü taşırlar ve bu nedenle birbirlerini iterek yumaklaşmayı ve dolayısıyla çökelmeyi önlerler. Bunu engellemek için suya kimyasal maddeler (örneğin; alüminyum sülfat, demir üç klorür, PAC ve demir sülfat gibi) ilâve edilir. Yardımcı kimyasal madde olarak anyonik polielektrolit ilâve edilebilir. Bu maddeler, pozitif yüklü metal iyonları içerdiği için negatif yüklü askıdaki ve kolloidal partikülleri nötralize ederler. Bu nötralizasyon sonucu, partiküller birleşmeye başlamakta ve birleşmeden sonra çökelerek sudan giderilmektedir. Duruma ve şartlara göre temas süresi dakika ve hız gradyanı ise G = 300 ilâ 1000 sn -1 arasında değişmektedir. Mesela kireç ile yumuşatmada karıştırma odasında bekleme müddeti 5 dakika civarındadır.

18 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Yüzey suları mm büyüklüğündeki danecikleri ihtiva eder. Bu danecikler, çözünmüş maddeler, kolloidler ve askıdaki maddeler olarak sınıflandırılırlar. Çözünmüş maddeler çapları µm den küçük olan maddelerdir. Kolloidlerin çapları ise µm arasındadır. Kil, SiO 2, Fe(OH) 3, virüsler ( µm) kolloid sınıflandırmasına dahildir. Askıdaki maddelerin çapları 1 µm den büyüktür. Suda bulunan maddeler hidrofobik suyu sevmeyen (kil) ve hidrofilik suyu seven (örnek; nişasta, protoinler ve organik polimerler) olarak ikiye ayrılmaktadır

19 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Negatif yüklü bir koloidin etrafındaki tabakalar

20

21 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Yumaklaştırmadan amaç, kendiliğinden çökelemeyen daneciklerin yumaklar haline getirilip çöktürülmesidir. Birtakım kimyasal maddelerin ilave edilmesi suretiyle danecik etrafındaki çift tabakanın sıkıştırılması, danecik yüzeyindeki potansiyelin azaltılması ve kolloidlerin metal hidroksitler çökerken, onlarla birlikte sürüklenmesinin sağlanması gerekir. Bir daneciğin çökelme hızı danenin yoğunluğuna, dane çapına ve sıvı viskozitesine bağlıdır. Dane çapı küçüldükçe çökelme hızı azalır. Daha hızlı bir çökelme için bu danecikler yumak haline getirilmelidir. Yumaklar, yumaklaştırıcıdan sonra gelen çökeltim havuzlarında veya filtrasyon ünitesinde giderilir.

22 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Kolloidlerin stabilizasyonu aşağıda belirtilen şekillerde olmaktadır. Duruma ve şartlara göre bunlardan biri veya birkaçı daha tesirli olmaktadır. Bunlar: Çözeltiye ilave edilen zıt yüklü iyonlar, danecik etrafındaki çift tabakanın sıkışmasına sebeb olurlar. Böylece danecikler arasındaki itme etkisi azalır. Çözeltiye ilave edilen metal iyonları veya organik polimerlerin danecik yüzeyinde adsorbe edilmesiyle danecik yüzeyindeki potansiyel azalmaktadır. Yumaklaştırıcı maddelerin çözeltiye ilave edilmesiyle teşekkül eden 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 destabizasyonu sağlanır.

23 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Yumaklaştıma tasarımında bekleme süresi ve hız gradyanı önemlidir. Yumaklaştırma tankında bekleme süresi genellikle 15 ila 45 dakika arasında alınmaktadır. Bulanıklık giderilmesinde bu iki değerin arasındaki değer olan 30 dk yı almak uygun olabilir. Sulardan sertlik gidene işleminde ise bu süre 45 ila 60 dk ya kadar çıkmaktadır. Hız gradyanı ise esas itibariyle 10 dan 100 sn -1 değerine kadar seçilebilirse de bu değerin 20 ila 74 sn -1 arasında kalması tavsiye edilmektedir. Yumaklaştırma işlemine etki eden unsurlar aşağıda maddeler halinde belirtilmiştir. Ham suyun kalitesi, bulanıklılığı Sudaki kolloidlerin ve asılı maddelerin miktar ve özellikleri Suyun ph değeri Yumaklaştırma prosesinin çeşidi, hızlı karıştırma ve yumaklaştırmada bekleme süreleri Suyun sıcaklığı Suyun alkalinitesi Sudaki iyonların miktar ve özellikleri Yumaklaştırıcıların cins ve dozları.

24 Özellik Başlıca koagülantlar Koagülant yardımcıları Oksitleyici maddeler 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Kimyasal madde Aluminyum sülfat [Al 2 (SO 4 ) 3.16H 2 O] Demir sülfat [Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O] Demir klorür (FeCl 3 6H 2 O) Demir sülfat (FeSO 4.7H 2 O) Magnezyum karbonat (MgCO 3.3H 2 O) Sodyum aluminat (NaAlO 2 ) Aktif silica Anyonik polielektrolit Katyonik polielektrolit Non-iyonik polimer Klor (Cl 2 ) Klor dioksit (ClO 2 ) Potasyum permanganat (KMnO 4 ) Kalsiyum hipoklorit (CaOCl 2.4 H 2 O) Sodyum hipoklorit (NaOCl) Özellik Alkaliler Diğer maddeler Kimyasal madde Kalsiyum karbonat (CaCO 3 ) Dolomitik kireç (%5 CaO ve %40 MgO) Kalsiyum hidroksit (kireç) [Ca(OH) 2 ] Magnezyum oksit (MgO) Sodyum karbonat (Na 2 CO) Sodyum hidroksit (NaOH) Bentonit Kaolin Diğer kil ve mineraller Aktif karbon (toz)

25 Özellik Başlıca koagülantlar Koagülant yardımcıları 2.5 Hızlı Karıştırma (Koagülasyon veya Pıhtılaştırma) ve Yumaklaştırma (Yavaş Karıştırma) Kimyasal madde Aluminyum sülfat [Al 2 (SO 4 ) 3.16H 2 O] Demir sülfat [Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O] Demir klorür (FeCl 3 6H 2 O) Demir sülfat (FeSO 4.7H 2 O) Magnezyum karbonat (MgCO 3.3H 2 O) Sodyum aluminat (NaAlO 2 ) Aktif silica Anyonik polielektrolit Katyonik polielektrolit Non-iyonik polimer Klor (Cl 2 ) Klor dioksit (ClO 2 ) Özellik Alkaliler Diğer maddeler Kimyasal madde Kalsiyum karbonat (CaCO 3 ) Dolomitik kireç (%5 CaO ve %40 MgO) Kalsiyum hidroksit (kireç) [Ca(OH) 2 ] Magnezyum oksit (MgO) Sodyum karbonat (Na 2 CO) Sodyum hidroksit (NaOH) Bentonit Kaolin Diğer kil ve mineraller Aktif karbon (toz) Oksitleyici maddeler Potasyum permanganat (KMnO 4 ) Kalsiyum hipoklorit (CaOCl 2.4 H 2 O) Sodyum hipoklorit (NaOCl)

26 2.6 Çöktürme Çöktürme içme suyu arıtımında iki şekilde uygulanmaktadır. Bunlardan birincisi basit çöktürme, ikincisi ise hızlı karıştırma ve yumaklaştırma veya yumuşatmayı takip eden çöktürmedir. Birincisinde, yüzey sularındaki çökebilen katı maddelerin sudan uzaklaştırılması söz konusu olduğundan çökeltme işlemi danelerin çökeltilmesi işlemidir. İkincisinde, yumaklaştırma olduğundan çökeltme özellikleri farklıdır. Bu cins çökeltme yumaklı çökeltme olarak isimlendirilmektedir

27 2.6 Çöktürme Dikdörtgen planlı havuzlar 1.5 ilâ 7.5 m genişlikte inşa edilirler. Uzunlukları ise en fazla 75 m ye kadar alınmaktadır. Çoğunlukla uzunluğun genişliğe oranı 3/1 ilâ 5/1 arasında alınır. Yaklaşık 30 m uzunlukta olan havuzlar yaygın olarak kullanılır. Dikdörtgen havuzların derinliği en az 2.5 m, tavsiye edilen derinlikler ise m arasındadır. Bazı çalışmalarda derinliğin m arasında seçilebileceğini belirtmiştir. En çok kullanılan ortalama havuz derinliği 3 m dir.

28 2.6 Çöktürme Dairesel çöktürme havuzların çapları m çapa kadar inşa edilirse de bunların çaplarının m den büyük olmaması uygundur, hatta çapın 30 m den büyük seçilmemesi tercih edilmektedir. Suyun üniform çıkışını sağlamak üzere çıkış boşlukları su hızı 0,3 m/sn yi geçmemelidir. Dairesel havuzların tabanları merkezdeki çamur toplama çukuruna doğru % 8 ~ (1:12) eğimli yapılır. Ancak havuzun kullanma maksadına bağlı olarak bu eğim 1:12 ila 1:6 arasında değişmektedir. Ancak en çok kullanılan eğim 1:8 ila 1:12 arasındadır. Çamur çukurlarının eğimleri ise dikdörtgen havuzlardakine benzer şekilde 1,2:1 ila 2:1 arasında seçilmektedir.

29 2.6 Çöktürme Çöktürme prosesini etkileyen temel faktörler aşağıdaki gibidir. Çöktürme havuzunun boyutları ve şekli, Çökelecek partiküllerin ağırlıkları, Vizkozite ve su sıcaklığı, Yüzey yükü, Yüzey alanı, Akış hızı, Giriş ve çıkış yapısı tasarımı, Bekletme süresi, Havuzun efektif derinliği

30

31 2.7 Filtrasyon Filtrasyon, suyun poroz bir yataktan geçirilerek askıda katıların giderilmesidir. Filtrasyon sistemleri genellikle dezenfeksiyon sistemlerinden önce kullanılır ve dezenfeksiyon sistemlerine gelen katı madde yükünün azaltılması hususunda önemli bir rol oynar.

32 2.7 Filtrasyon Filtrasyon prosesinde katı maddelerin gideriminde rol oynayan mekanizmalar tam olarak anlaşılmış olmasa da muhtelif teorilere göre süzme, çökelme, çarpma ve kesişme gibi birden fazla mekanizmanın ortak etkisiyle arıtım gerçekleşmektedir. Filtre yatağının daneleri arasındaki boşlukların boyutlarına bağlı olarak bazı katı maddeler bu boşluklara sığmadıklarından bu boşluklarda sıkışır ve tutulurlar, ki bu mekanizma süzme mekanizmasıdır. Küçük partiküller, özellikle düşük hızlı bölgelerde çökelme yoluyla sudan ayrılarak filtre malzemesine yapışır, ki bu mekanizma çökelme mekanizması olarak adlandırılır. Bazı partiküller su ve poroz yapıda değişen hız ve yönlerde hareket ederken büyük kütleleri nedeniyle suyun akış çizgilerini takip edememektedir. Bu partiküller kütleleri nedeniyle (eylemsizlik) su akışından uzaklaşmakta ve filtrede tutulmaktadır. Bu partiküllerin çarpma yoluyla tutuldukları söylenebilir. Suyun filtredeki akış çizgilerinin filtredeki kum danelerine çok yakın geçmesi sırasında partiküllerin kum danelerine değip bunlara tutunması mümkündür. Bu durum ise kesişme mekanizması olarak adlandırılır.

33 2.7 Filtrasyon Bir içme suyu arıtma tesisinde filtrasyon ünitesinin amaçları şunlardır: Hamsudaki ya da önceki ünitelerin (havalandırma, yumaklaştırma ya da çöktürme) çıkış sularındaki kolloidal maddeleri sudan ayırarak suyu berraklaştırmak ve düşük bulanıklıkta çıkış suyu üretmek. Suyun içinde mevcut olabilecek fekal koliform ve diğer zararlı mikroorganizmaları sudan ayırmak. Filtre yatağı boyunca oluşabilecek biyolojik aktivite sayesinde suyun organik madde konsantrasyonunu azaltmak.

34 2.7 Filtrasyon Filtrasyon yöntemleri: Diatoma filtreler, Yavaş kum filtreleri Hızlı granüler filtreleridir. Ayrıca, Membran filtrasyon prosesleri Aktif karbon sistemleri de filtrasyon yöntemi olarak kullanılmaktadır. 34

35 2.7 Filtrasyon Diatoma filtreler: Diatoma filtreler, sıklıkla ön kaplamalı filtreler olarak da bilinir. Bu proseste, filtrede kullanılan bir ızgara (septum), her bir filtre döngüsünde diatom ile kaplanır. Diatom, ön kaplama amacıyla en sıklıkla kullanılan malzeme olsa da perlit kullanımı da mümkündür. Diatoma filtrelerde filtre yatağı her döngü sonunda yıkanarak bertaraf edilir. Diatom, mikroalg kültürlerin fosilleşmiş artıklarından oluşan tebeşirimsi maddedir. Diatom malzemenin poroz yapısındaki açıklıkların boyutu 0,1 µm civarında olup, septum üzerine ön kaplama yapıldığında yaklaşık 7 µm açıklığa sahiptir 35

36 2.7 Filtrasyon Yavaş kum filtreleri: İçme suyu arıtımında sıklıkla kullanılan proseslerden biri de yavaş kum filtreleridir. Yavaş kum filtreleri, suyun poroz bir tabakadan çok düşük hızlarda geçirilerek arıtıldığı proseslerdir. İlk olarak 1800 lü yılların ortasından itibaren kullanılmaya başlayan bu proses, 1900 lerin başında hızlı kum filtrelerinin geliştirilmesiyle askıya alınmış olsa da, şimdilerde özellikle düşük işletme maliyetleri ve daha az operatör ihtiyacı nedeniyle özellikle küçük arıtma tesislerinde sıklıkla tercih edilmektedir. Yavaş kum filtrelerinde arıtım, temel olarak fiziksel filtrasyon ve biyolojik aktivite ile gerçekleşir. Arıtım esasen, yatak yüzeyine yakın bir bölgede gerçekleşmektedir. Filtre yüzeyinde oluşan, biyolojik aktivitenin vuku bulduğu kısma Almanca schmutzdecke adı verilmekte olup, bu tabakanın karakteristiği ham su kalitesine ve filtre temizleme yöntemlerine göre değişir. 36

37 2.7 Filtrasyon Yavaş kum filtreleri: 37

38 2.7 Filtrasyon Yavaş kum filtreleri: 38

39 2.7 Filtrasyon Yavaş kum filtreleri: Yavaş kum filtreleri için hamsu kirlilik parametreleri üst limitleri Parametre Yavaş kum filtreleri için üst limit Bulanıklık 5-10 NTU Alg /L Renk Pt-Co Çözünmüş organik karbon 2,5-3,0 mg/l UV absorbansı (254 nm) 0,080/cm Çözünmüş oksijen >6 mg/l Fosfat fosforu 30 µg/l Amonyak 3 mg/l Demir <1 mg/l Mangan <1 mg/l 39

40 2.7 Filtrasyon Yavaş kum filtreleri: Bir yavaş kum filtresi dört temel bileşenden oluşmaktadır: süpernatant, filtre yatağı, drenaj sistemi ve debi kontrol sistemi. Bir yavaş kum filtresi tasarlanırken proje ömrü yaklaşık 7-10 yıl olarak düşünülmelidir. Bununla birlikte proje ömrü yıl mertebelerinde de olabilir. Yavaş kum filtrelerinde uygun filtrasyon hızları 0,08 ila 0,25 m/sa olarak kabul edilmektedir. Bu filtrasyon hızları için yatak derinliği en az 45 cm ve en çok 90 cm olabilmektedir. Yavaş kum filtrelerin kullanılacak yatak için etkin boyut 0,15-0,35 mm arasında, üniformluk katsayısı ise 1,5-3 arasında rapor edilmektedir. 40

41 2.7 Filtrasyon Hızlı kum filtreleri: Suyun, filtre yatağından yüksek filtrasyon hızlarında geçirilmesine olanak sağlayan filtre tasarımları hızlı filtreler olarak nitelendirilmektedir. Hızlı granüler filtrelerde, yüksek filtrasyon hızından ötürü yük kayıpları da yüksek olmakta, bu nedenle filtre hizmet süreleri kısalmaktadır. Hızlı filtrelerde yatak malzemesi olarak kullanılan kum ya da diğer malzemelerin daha büyük boyutlu seçilmesi gerekmekte; bu sayede hizmet süreleri nispeten uzatılabilmektedir. 41

42 2.7 Filtrasyon Hızlı kum filtreleri: Hızlı filtrelerde askıda katı madde giderimi temel olarak iki kademede gerçekleşir. İlk kademede, sudaki askıda katıların, filtre malzemesi olarak kullanılan danelere ya da daha önce filtre yatağında tutulmuş olan floklara transferi gerçekleşmektedir. İkinci kademede, sudaki katı maddeler yatak daneleri ya da daha önce tutulmuş floklar üzerine yapışır. 42

43 2.7 Filtrasyon Hızlı kum filtreleri: 43

44

45 2.7 Filtrasyon Hızlı kum filtrelerinin tasarım kriterleri: Hat üzerinde filtrasyon için 20 NTU, doğrudan filtrasyon için 80 NTU ve konvansiyonel filtreler için 3000 NTU dur. Renk üst limitleri ise sırasıyla 50, 50 ve 100 Pt-Co dur. Verilen bu limitleri hamsu kalitesi, iklimsel şartlar, askıda katıların mahiyeti, performans gereksinimleri, filtre tasarımı, kullanılan yatak malzemesi ve yatak kalınlığı, filtrasyon hızı ve kullanılan polimere etkilemektedir. Hava sıkışmasını önlemek amacıyla genellikle filtre yatağı üzerinde su yüksekliğinin en az 0,9 m olması istenmektedir. Yüksek hızlarda 1.5 m de olabilir. Filtre hızları 5 ila 15 m/sa ve bazen 25 m/sa olabilmektedir. 45

46 2.7 Filtrasyon Filtre yatak malzemesi: Filtre malzemesinin seçiminde daha önce kurulmuş sistemlerde elde edilen tecrübeler ve pilot çalışmalardan elde edilen performans verileri büyük rol oynamaktadır. Filtre malzemesinin seçimi ile ilgili AWWA B100-09, AWWA B604-96, DIN EN 12902: 2004 ve DIN EN 12904:2005 standartlarından faydalanılabilir. Filtre malzemesinin seçiminde ve tasarımda yatak bileşimi, yatak kalınlığı, boyut dağılımı ve özgül ağırlık dikkat edilmesi gereken parametrelerdir. Bununla birlikte, dane şekli, asit çözünürlüğü, sertliğe karşı dayanım, nem muhtevası, adsorpsiyon kapasitesi ve safsızlık gibi parametreler de göz önünde bulundurulmalıdır. Silika kumu, lal ya da garnet, kırılmış antrasit kömürü, granüler aktif karbon veya bunların bir kombinasyonu filtre malzemesi olarak kullanılmaktadır. 46

47 2.7 Filtrasyon Filtre yatağının temizlenmesi: Yavaş kum filtreleri ilk 10 cm lik kısmın sıyrılması ile yapılmaktadır. Zamanla eksilen kum yerine ilave yapılmaktadır. Hızlı kum filtresi ise geri yıkanarak temizlenmektedir. Üç farklı geri yıkama stratejisi uygulanmaktadır. İlk olarak 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. Geri yıkama işleminde su, su ve hava kullanılmaktadır. 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. 47

48 2.7 Filtrasyon Filtre yatağının temizlenmesi: Geri yıkama sistemlerinde tipik hava ve su debileri Yatak malzemesi Geri yıkama stratejisi Normal şartlarda hava debisi (m 3 /m 2.sa) Su debisi (m 3 /m 2.sa) İnce kum (d 10 = 0,5 mm) Hava Su İki ve üç tabakalı yatak (antrasit d 10 = 1 mm) Hava Su Çift tabakalı kaba yatak (antrasit d 10 = 1,5 mm) Hava Hava+su Su Kaba kum (d 10 = 1 mm) Hava+su Su Aynı ya da iki katı Kaba kum (d 10 = 1 mm) Hava+su Su Aynı ya da iki katı Kaba antrasit (d 10 = 1,5 mm) Hava+su Su Aynı ya da iki katı 48

49

50 2.7 Filtrasyon Hızlı ve yavaş kum filtreleri arasındaki farklar Mukayese Kriteri Hızlı kum filtreleri Yavaş kum filtreleri Filtre hızı, m3/m2.st ,1-0,5 Kumun dane çapı, mm 0,5-2 0,15-0,35 Malzeme üniformluk katsayısı, u = d60 / d10 <1,5 2~3 Yatak kalınlığı, m 0,5-2 0,6-1,2 Su yüksekliği, m 0,25-2 1,0-1,5 Temizleme şekli Geri yıkama Sıyırma Temizleme aralığı, gün 1 ~ Bir filtrenin en düşük yüzey alanı, m Bir filtrenin en büyük yüzey alanı, m Filtre sayısı, n 4 ~ 40 - Filtrenin tesirli kısmı Bütün hacim Üst yüzey İnşa maliyeti Düşük Yüksek İşletme masrafları Yüksek Düşük Tesisin ömrü Kısa Uzun Yetişmiş eleman ihtiyacı Fazla Az

51 2.8 Dezenfeksiyon İçme sularında hastalık yapıcı (patojenik) mikroorganizmaların bulunması istenmemektedir. Bu mikroorganizmalar filtrasyon ve membran gibi ayırma prosesleri ile sudan uzaklaştırılabilir veya dezenfektanlar kullanılarak etkisiz hale getirilebilir. Suda bulunan patojen mikroorganizmaların etkisiz hale getirilerek, suyun güvenle içilebilmesini sağlayan proses dezenfeksiyon olarak tanımlanmaktadır. Sterilizasyon, dezenfeksiyondan daha ileri bir kademe olup, sporlar dahil tüm canlıların öldürülmesi işlemidir. İçme suyu arıtımında ilk dezenfeksiyon işlemi 1897 yılında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada dezenfektan olarak klor kullanılmıştır. 51

52 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfeksiyon mekanizması: Patojen mikroorganizmaların etkisiz hale getirilmesi dezenfektanın yapısına ve mikroorganizmaların türüne bağlıdır. Mikroorganizmaların yok edilmesi veya etkisiz hale getirilmesi dört mekanizmayla açıklanmaktadır. Bunlar; Hücre duvarının zarar görmesi Hücre geçirgenliğinin değiştirilmesi Hücre protoplazmasının koloidal yapısının değiştirilmesi Metabolik aktivitede etkili kritik enzimin etkisiz hale getirilmesidir. Hücre duvarının zarar görmesi hücre çözülmesine ve ölümüne yol açmaktadır. Hücre geçirgenliğinin değiştirilmesi stoplazmik membranın seçici geçirgenliğini imha etmekte ve hayati önem arz eden azot ve fosfor gibi nütrientlerin hücre dışına çıkmasına sebep olmaktadır. Asitler ve bazlar tarafından hücre proteinlerinin denatürasyonu hücrenin imhasına sebebiyet vermektedir. Kritik enzimin etkisiz hale getirilmesi genellikle oksitleyici kimyasallarla gerçekleşmektedir. 52

53 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfeksiyon verimini etkileyen faktörler: Kimyasal dezenfeksiyon verimi aşağıdaki faktörlerden etkilenmektedir: Etkisiz hale getirilecek organizmanın türü, durumu, konsantrasyonu ve dağılımı Dezenfektanın türü ve konsantrasyonu Arıtılacak suyun kimyasal ve fiziksel özellikleri Dezenfeksiyon için gerekli temas süresi Suyun sıcaklığı Chick s kanuna göre aşağıdaki denklem ile bekleme süresi hesaplanmaktadır; log N 0 N t = k. t N o : Başlangıçtaki organizma sayısı N t : t süre sonunda organizma sayısı k: katsayı, 1/zaman t: Temas süresi 53

54 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfektan Seçimi: İçme suyu dezenfeksiyonu için gerekli olan miktardan daha fazla dezenfektan kullanılmaktadır. Dezenfektan kullanımının birincil amacı patojen mikroorganizmaları etkisiz hale getirmek ve ikincil amacı ise dağıtım sisteminde muhtemel mikrobiyal faaliyetleri engelleyebilmektir. Aşağıda belirtilen diğer amaçları içinde dezenfektan kullanılmaktadır. Asya istiridyesi ve zebra midyelerinin kontrolü Demir ve manganın oksidayonu Dağıtım sistemlerinde bakteriyolojik çoğalmaların engellenmesi Kimyasal oksidasyonla koku ve tat giderilmesi Koagülasyon ve filtrasyon ünitelerinin verimlerini arttırmak Çöktürme tankı ve filtrelerde alg büyümelerini engellemek Renk giderimi sağlamaktır. 54

55 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfektan seçimi: Filtrasyon prosesi öncesindeki proseslerde veya filtrasyon prosesi girişinde yapılan dezenfeksiyon birincil (ön) dezenfeksiyon olarak tanımlanmaktadır. Birincil dezenfeksiyon amacıyla kullanılacak dezenfektanların yan ürünü oluşumu dikkate alınmalıdır. Ozon gibi kalıntı bırakmayan dezenfektanlar da birincil dezenfeksiyon için kullanılabilmektedir. Birincil dezenfeksiyon için uygun bir konsantrasyon x zaman (CT) değeri belirlenmelidir. CT değeri dezenfeksiyon verimliliğini belirlemek maksadıyla tanımlanmıştır. TOK> 2 mg/l TTHM> 0,08 mg/l HAA5>0,06 mg/l Bromür- 1 mg/l 55

56 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfeksiyon seçimi: İkincil (son) dezenfeksiyon içme suyu şebekelerinde kalıntı bırakılması amacıyla kullanılmaktadır. İçme suyu şebekesinde olası mikrobiyal oluşumlar ikincil dezenfeksiyonla engellenmektedir. Klor, kloraminler ve klordioksit gibi kalıntı bırakabilen dezenfektanlar ikincil dezenfeksiyon amacıyla kullanılabilmektedir. İkincil dezenfektan seçiminde toplam asimile edilebilir organik karbon (AOC) organik karbon konsantrasyonu, dezenfeksiyon yan ürünleri oluşturma potansiyeli (DYÜOP) ve dağıtım sisteminde bekleme zamanı etkilidir. 56

57 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfektanlar: Suların dezenfeksiyonu birkaç şekilde yapılabilir. Çökeltme, yumaklaştırma ve filtrasyon gibi işlemlerle mikroorganizmaların kısmen azaltılması mümkündür. Ancak asıl mikroorganizma giderme metotları aşağıda belirtilmektedir. Kaynatma ve benzeri fiziksel işlemlerle dezenfeksiyon Ultraviyole ışınlarıyla dezenfeksiyon Bakır ve gümüş gibi metal iyonlarıyla dezenfeksiyon Halojenler (Klor, brom, iyot), ozon, potasyum permanganat gibi oksidantlar ile dezenfeksiyon 57

58 Klor Ozon Klor Dioksit Permanganat Kloramin Ozon/ Peroksit Ultraviyole 2.8 Dezenfeksiyon Dezenfektanların kullanımlarına bağlı özellikleri Durum THM ve TOK oluşturur Evet Bazen Hayır Hayır Evet Bazen Hayır Oksitlenmiş organik oluşturur Bazen Evet Bazen Bazen Hayır Evet Bazen Halojenik organik oluşturur Evet Bazen Hayır Hayır Evet Bazen Hayır İnorganik yan ürün oluşturur Hayır Bazen Evet Hayır Hayır Bazen Hayır Biyolojik olarak ayrışabilir organik madde oluşturur Bazen Evet Bazen Hayır Hayır Evet Hayır Maksimum kalıntı dezenfektan seviyesi Evet Hayır Evet Hayır Evet Hayır Hayır Kireçle yumuşatma etkileri Evet Hayır Hayır Hayır Evet Hayır Evet Bulanıklık etkileri Hayır Bazen Hayır Hayır Hayır Bazen Evet Giardia giderimi - <2,0 log Evet Evet Evet Hayır Hayır Hayır Hayır Giardia giderimi - >2,0 log Hayır Evet Evet Hayır Hayır Hayır Hayır Cryptosporidium giderimi - <2,0 log Hayır Evet Evet Hayır Hayır Hayır Hayır Cryptosporidium giderimi - >2,0 log Hayır Evet Hayır Hayır Hayır Hayır Hayır Virus giderimi- <2,0 log Evet Evet Evet Hayır Hayır Hayır Evet Virus giderimi- >2,0 log Evet Evet Evet Hayır Hayır Hayır Evet İkincil dezenfektan olarak kullanılır Evet Hayır Bazen Hayır Evet Hayır Hayır Büyük tesisler için uygulanabilirliği Küçük tesisler için uygulanabilirliği Evet Evet Evet Evet Evet Evet Hayır Evet Evet Evet Evet Evet Evet Evet 58