Çevre Mühendisliğine Giriş. Doç. Dr. Senar AYDIN

Transkript

1 Çevre Mühendisliğine Giriş Doç. Dr. Senar AYDIN 1

2 10. SU TEMİNİ VE ARITIMI Nüfus yoğunlukları yeterince düşük olduğu müddetçe, içme ve diğer kullanım için gerekli suyun sağlanması ve oluşan atık suyun arıtılması ciddi bir sorun oluşturmayabilir. Bugün bile Amerika nın kırsal kesiminin çoğunda, bir kuyu ve foseptik çukurundan oluşan su/atık su sistemleri kullanılmaktadır. Fakat insanlar sosyalleşip, ticaret arttıkça ve şehirlerde yaşama eğilimi gösterdikçe yeterli miktarda suyun temini ve arıtılması bir sorun oluşturmaktadır. Bu bölümde halkın ihtiyacı olan suya erişilebilirlik konusu ele alınacaktır. 2

3 10.1 HİDROLOJİK ÇEVRİM VE SUYUN ERİŞİLEBİLİRLİĞİ Şekil 10.1 de görüldüğü üzere çevrim; yağışı, yer altı suyunu besleyen sızmayı terleme-buharlaşma olaylarını içermektedir. 3

4 10.1 HİDROLOJİK ÇEVRİM VE SUYUN ERİŞİLEBİLİRLİĞİ Yağış terimi atmosferde bulunan nemin, yeryüzüne indiği tüm formları (yağmur, kar, karlakarışık) içine almaktadır. Yağış, o bölgeye düşen yağışı yükseklik cinsinden kaydeden yağış-ölçer ile ölçülür. Belirli bir bölgedeki yağış yüksekliğinin bilinmesi, genellikle suyun mevcudiyetinin tahmininde faydalıdır. 4

5 10.1 HİDROLOJİK ÇEVRİM VE SUYUN ERİŞİLEBİLİRLİĞİ Buharlaşma ve terleme suyun yeniden atmosfere dönmesinin iki yolu vardır. Buharlaşma, serbest su yüzeyindeki su kaybı iken, terleme bitkilerin su kaybıdır. Buharlaşmayı etkileyen tüm meteorolojik etkenler (güneş ışığı, hava sıcaklığı, nem, rüzgar hızı, vb.) terlemeyi de etkiler. Ayrıca buharlaşma ve terlemenin ayrı ayrı ölçülmesi son derece zordur bu sebeple genellikle ikisinin etkisi evapotranspirasyon adı verilen tek bir terim altında birleştirilir. 5

6 10.1 HİDROLOJİK ÇEVRİM VE SUYUN ERİŞİLEBİLİRLİĞİ Dünyanın yüzeyindeki atmosfere açık suya yüzeysel su adı verilir. Yüzeysel sular; nehirler, göller ve okyanuslar gibi kaynakları içerirler. Sızma olayı, özellikle yağış esnasında görülür ve su toprağın derinliklerine sızarak yer altı suyunu oluşturur. Toplumların su ihtiyacının karşılanmasında hem yer altı hem de yüzey suları, su kaynağı olarak kullanılabilirler. 6

7 Yer Altı Su Kaynakları Yer altı suyu, su teminindeki önemli bir kaynak olduğu gibi, yüzey altı sudan kaynaklanan akımlara da önemli katkıda bir bileşendir. Su, hem toprak yüzeyine yakın hem de derinlerde bulunur. Yer kabuğunun yüzeye yakın yerlerinde, toprağın gözeneklerinde hava ve su birlikte bulunur. Bu bölgeye havalandırma bölgesi ya da vadoz bölge adı verilir. Bu bölge bataklık özelliği gösteren kısımlarda hiç oluşmazken, kurak bölgelerde bu bölgenin kalınlığı onlarca metre kalınlığında olabilir. Havalandırma bölgesinde toprağın nemi su temininde kullanılamaz. Zira, bu su toprak tanecikleri tarafından kılcal kuvvetlerle tutulduğundan, kolaylıkla elde edilememektedir. 7

8 Yer Altı Su Kaynakları Havalandırma bölgesinin altında ise doygun bölge bulunur. Bu bölgede gözenekler su ile doludur ve bu suya yer altı suyu adı verilir. Önemli miktarda yeraltı suyu bulunduran katmanlara akifer adı verilir. Bu doygun bölgenin üst sınırına su tablası denir. Eğer akifer alt kısmından tek bir geçirimsiz tabaka ile sınırlandırılmışsa bu tip akiferlere serbest yüzeyli-basınçsız akifer, hem alt hem de üst kısmından iki geçirimsiz tabaka arasında oluşmuşsa sınırlandırılmış basınçlı akifer adı verilir. 8

9 Yer Altı Su Kaynakları Sınırlandırılmış akiferler, bazen adete bir boru gibi basınç altında bulunabilir. Bu gibi durumlarda akifere açılan kuyu, artezyen kuyu şeklinde olur ve kimi zaman buradaki basınç, herhangi bir pompaja gerek kalmaksızın suyun serbestçe kuyudan çıkması için yeterli olur. 9

10 Yer Altı Su Kaynakları 10

11 Yer Altı Su Kaynakları 11

12 Yer Altı Su Kaynakları 12

13 Yer Altı Su Kaynakları Bir basınçsız akiferde, yer altı su seviyesi yüksekliğinin mesafe ile artması, su seviyesinin akım yönündeki eğimine (dh/dl) eşittir. Su yüzeyinin yükselmesi, suyun potansiyel enerjisinden kaynaklanır ve su daha yüksek enerjili bölgeden enerjisini kaybederek daha düşük enerjili bölgeye doğru akar. Topraktaki gibi gözenekli bir ortamdaki akış ile enerji kaybı Darcy Denklemi ile ilişkilendirilir. Darcy Denklemi aşağıdaki gibidir. 13

14 Tablo 10.1 de porozite, özgül verim ve geçirimlilik katsayılarının tipik değerleri verilmiştir. 14

15 Yer Altı Su Kaynakları Darcy denklemine göre debi artan kesit alanı ve basınç farkı ile artmaktadır. Dolayısı ile sürücü kuvvet (iki nokta arasındaki basınç farkı vb.) büyüdükçe akımda artmaktadır. Geçirimlilik katsayısı (K) toprağın suyu iletme kapasitesinin dolaylı bir ölçüsüdür. Bu değer, örneğin killi zeminler için olan yaklaşık 0.05 m/gün değerinden, çakıllı zeminler için olan 5000 m/gün den daha büyük değerler arasında olmak üzere, farklı zeminler için bariz bir şekilde değişir. Geçirimlilik katsayısı genellikle permeametreler kullanılarak laboratuvarda ölçülür. Permeametrelerde, belirli bir basınç farkı altında, belirli zaman aralığında kesit alanı bilinen bir toprak numunesi için geçen su miktarı ölçülerek geçirimlilik katsayısı hesaplanır. 15

16 Yer Altı Su Kaynakları Örnek 10.1 Problem bir zemin numunesi şekil 10.3 te görülen bir permeametreye yerleştirilmiştir. Numunenin kalınlığı 0.1 m, kesit alanı ise 0.05 m 2 dir. Permeametrenin üst kısmındaki su basıncı 0.5 m dir. Bu koşullarda permeametreden 2 m 3 /gün lük debi geçtiğine göre geçirgenlik katsayısını hesaplayınız. 16

17 Yer Altı Su Kaynakları Basınçsız akiferde bir kuyu açılarak, bu kuyudan su çekilirse, akiferdeki su kuyuya doğru akmaya başlar (şekil 10.4). Su kuyuya yaklaştıkça, akımın gerçekleştiği alan kademeli olarak azalır. Bu sebeple daha yüksek filtrasyon hızları (dolayısıyla daha yüksek gerçek hızlar) gereklidir. Daha yüksek hızlar, daha yüksek enerji kayıpları ile sonuçlanır ki bu da bir alçalma konisinin oluşmasına sebep olur. 17

18 Yer Altı Su Kaynakları 18

19 Yer Altı Su Kaynakları 19

20 Yer Altı Su Kaynakları Bu denklem serbest yüzeyli bir akiferde şekil 10.6 da görüldüğü gibi gözlem kuyuları vasıtasıyla yapılacak, su seviyesindeki düşüşlerin ölçülmesi sayesinde belirli mesafe ve seviyeye düşüşleri için elde edilebilecek debinin belirlenmesinde kullanılabilir. Ayrıca kuyu çapının bilinmesi durumunda da kuyudaki seviye düşüşü tahmin edilebilir. Seviye düşüşü akiferin dibine kadar inerse, kuyu kurumaya başlar ve kuyudan istenen debide su alınamaz. Yukarıdaki denklem serbest yüzeyli bir akifer için türetilmiş olmasına rağmen, gözlem kuyuları ile başlangıçların ölçüldüğü basınçlı akiferde de kullanılabilir. 20

21 Yer Altı Su Kaynakları 21

22 Yer Altı Su Kaynakları Bir akifere çok sayıda kuyu açılması, birbirleri üzerinde girişime sebep olabilir ve yer altı su seviyesinde aşırı düşüşler görülebilir. Şekil 10.9 daki durum göz önünde bulundurulursa; açılan ilk kuyu bir alçalma konisi oluşturur. İkinci bir kuyu açıldığında koniler üst üste binebilir ve bu sebeple her bir kuyu için daha büyük seviye düşüşleri görülür. Eğer akifere fazla sayıda kuyu açılırsa, kuyuların bu birleşik etkisi sebebiyle, yeraltı su kaynakları azalabilir ve kuyular kurumaya başlayabilir. 22

23 Yer Altı Su Kaynakları 23

24 Yer Altı Su Kaynakları Tabi ki yukarıdaki olayın tersi de doğrudur. Kuyulardan birisi sızdırma kuyusu şeklinde kullanılırsa, bu kuyudan basılan su akifere yayılır ve su kaynağının gelişmesini sağlar. Dolayısıyla seviye düşüşünü de azaltır. Aynı zamanda pompaj ve sızdırma kuyularının makul ölçülerde kullanımı tehlikeli atıklardan ve deponi sahalarından kirleticilerin yer altı su kaynaklarına geçmesinin önlenmesinin bir yoludur. 24

25 Yer Altı Su Kaynakları Sonuç olarak yukarıdaki tartışmada birçok kabul yapılmıştır. Öncelikle akiferin homojen olduğu, sonlu büyüklüğe sahip olduğu (yani geçirimsiz bir tabakanın üzerinde yer aldığı), toprağın geçirgenliğinin her yerde ve yönde aynı olduğu kabulleri yapılmıştır. Bu şartlardan herhangi birinin değişmesi durumunda olayın dolayısı ile de yapılan analizin değişmesi kaçınılmazdır. Yer altı suyunun davranışının modellenmesi son derece karmaşık bir olay olması sebebi ile bu tip basitleştirici kabuller yapılmaktadır. 25

26 Yüzeysel Su Kaynakları Yüzeysel su kaynakları yeraltı su kaynakları kadar güvenilir değildir. Zira yıl boyunca, hatta haftalık bazda dahi gerek miktar gerekse nitelik bakımından önemli dalgalanmalar gösterirler. Nehir ya da akarsulardaki su miktarındaki dalgalanmalar, o denli büyük olabilir ki kurak mevsimlerde çok küçük ihtiyaçları dahi karşılayamayabilir. Bu sebeple yağışlı zamanlardaki suyun biriktirilebilmesi için rezervuarlar yapılmalıdır. Bu rezervuarlarda tutulan su kurak mevsimler için biriktirilir. Rezervuar büyüklüğü emniyetli bir şekilde suyun temin edilmesine yetecek kadar olmalıdır. 26

27 Yüzeysel Su Kaynakları Uygun rezervuar hacmini hesaplamanın yollarından birisi, kütle eğrisi oluşturmaktır. Bu metotta, rezervuara giren toplam su miktarı eklenik olarak hesaplanır. Buradaki hacim, rezervuarın ihtiyacı karşılayabilmesi için tutması gereken su miktarıdır. 27

28 Yüzeysel Su Kaynakları 28

29 Yüzeysel Su Kaynakları 29

30 Yüzeysel Su Kaynakları Su temini yapıları, genellikle 20 yıllık ihtiyacın 19 yılını karşılayacak şekilde boyutlandırılır. Başka bir ifade ile, 20 yılda bir gerçekleşen kuraklık rezervuarın su ihtiyacını karşılayamayacak kadar şiddetli olabilir. Dolayısıyla, 20 yıllık sürede suyun tükenmesi kabul edilebilir bir durum değildir. Bu sebeple karar vericiler, daha büyük bir rezervuar yapmayı seçebilirler ve rezervuarın sadece 50 yılda bir boşalmasını isteyebilirler, ya da bir zaman periyodu belirleyebilirler. Buradaki problem, giderek daha küçük bir fayda için, artan bir sermaye yatırımı olmasıdır. 30

31 Yüzeysel Su Kaynakları Frekans analizi yöntemi kullanılarak, kuraklık gibi doğal olayların 100 yada 10 yılda bir tekrar etme sıklığı hesaplanabilir. 10 yıllık kuraklığın, ortalama 10 yıl içerisinde bir kez gerçekleşmesine karşın, bunun garantisi yoktur. Zira belki de 3 yılda bir gerçekleşip daha sonraki 50 yıl boyunca gerçekleşmeyebilir. 31

32 10.2 SU ARITMA Bir çok akifer ve kirlenmemiş yüzey suları yüksek kalitededirler ve bu kaynaklardan elde edilen sular kaynaktan dağıtım şebekesine; insani tüketim, sulama suyu, endüstriyel ihtiyaçların karşılanması gibi çeşitli amaçları karşılamak için doğrudan pompalanır. Özellikle kalabalık nüfusu barındıran ya da yoğun bir şekilde tarımsal faaliyetlerin yürütüldüğü bölgelerde bu denli temiz su kaynaklarının bulunması genellikle istisnai durumdur. Bu sebeple su kaynağının durumuna bağlı olarak, su dağıtım sistemine verilmeden önce arıtılmalıdır. 32

33 Tipik bir su arıtma tesisinin akış şeması şekil de verilmiştir. 33

34 10.2 SU ARITMA Bu şekildeki tesisler, seri haldeki reaktörlerden yada temel işlemlerden oluşmaktadır. Burada su bir prosesten diğerine geçerek hedeflenen son ürünün elde edilmesi amaçlanmaktadır. Her işlem özel bir fonksiyonu yerine getirmek için planlanır ve bu işlemlerin sırası da önemlidir. Bu proseslerin en önemlileri açıklanacaktır. 34

35 Yumuşatma Bazı suların (hem yüzeysel hem de yeraltı suları), içme suyu olarak kullanılabilmesi için sertliğin giderilmesi gerekir. Sertlik kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg) ve demir (Fe) toprak ve kayalardan özellikle kireç taşından çözünerek suya geçen çok değerlikli katyon yada minerallerden oluşur. Sertlik herhangi bir sağlık problemine yol açmazken sabunun etkinliğini azaltır ve çökelek oluşumuna sebep olur. 35

36 Yumuşatma Sertlik iyonlarının sabunla reaksiyonu, banyo küvetlerinde lekelenmelere ve köpüğün sönmesine sebep olur. Sabunlar iki ucu farklı yapıdaki zincir şeklindeki moleküllerden oluşur. Hidrofilik kısım su ile etkileşirken, hidrofobik kısım ise yağ ve gres ile etkileşir. Hidrofobik kısım sertlik yapan iyon ile etkileştiğinde, sabun topağı yada filmi oluşturmak üzere bir kitle oluşturur. 36

37 Yumuşatma Toplam sertlik (TS), sudaki çok değerlikli katyonların toplamı olarak tanımlanabilir. Kalsiyum (Ca +2 ) ve magnezyum (Mg +2 ), sertliğin en büyük kısmını oluştururlar ve bu sebeple genel olarak toplam sertliğin kalsiyum ve magnezyumun toplamlarına eşit olduğu kabul edilir. Bununla birlikte demir (Fe +2 ve Fe +3 ), mangan (Mn +2 ), stronsiyum (Sr +2 ) 37

38 Yumuşatma Sertlik numunede bulunan tüm katyonların analizi ile hesaplanabilir. Katyon analizi Atomik absorpsiyon spektrofotometresi (AAS), İyon seçici elektrotlar (ISE) gibi gelişmiş cihazlarla yapılabilir. Diğer bir alternatif ise sertliğin titrasyonla belirlenmesidir. Tipik sertlik birimleri CaCO 3 cinsinden mg/l yada miliekivalen-gram/l (mekv/l) dir. Bu birimler sayesinde farklı maddelerin katkıları (kalsiyum, magnezyum vb.) doğrudan toplanarak bulunabilir. mg/l biriminde, herhangi bir maddenin katkısı diğer madde cinsinden eklenemez. Örneğin 10 mg/l Ca +2 ile 5 mg/l Mg +2 toplanamaz. 38

39 Yumuşatma 39

40 Yumuşatma Su içerisinde bulunan sertlik iyonlarına bağlı olarak yumuşak yada sert olarak sınıflandırılır. Yukarıdaki örnekteki su çok sert olarak tanımlanabilir (tablo 10.2). 40

41 Yumuşatma Genellikle yüzey suları daha az çözünmüş mineral bulundurduklarından daha yumuşaktırlar. Yine de yüzey suyuda sert olabilir. Su arıtma tesisleri konsantrasyonu mg/ CaCO 3 /L aralığında olan hafif sert suları şebekeye verirler (su çok yumuşak olursa durulama işlemi zor olur. Ayrıca bir miktar sertlik dağıtım sistemini korozyondan korur.) 41

42 Yumuşatma Toplam sertlik, karbonat sertliği (geçici sertlik(ks)) ve karbonat olmayan sertlik (kalıcı sertlik (KOS)) olmak üzere ikiye ayrılır. TS=KS+KOS Karbonat sertliği, toplam sertliğin karbonat ve (CO 3-2 ) ve bikarbonat (HCO 3- ) anyonları ile bileşik halinde bulunan ve sertliğin çökelti oluşturan kısmıdır. Karbonat olmayan sertlik ise toplam sertliğin tüm diğer anyonlarla bileşik halinde olan türüdür. Sertliğin türü sertliğin giderimi için gerekli olan kimyasal maddelerin tür ve miktarını etkiler. 42

43 Yumuşatma Alkalinite suyun tamponlama kapasitesinin (ya da suyun asit veya H + iyonunu nötralize etmesinin) bir ölçüsüdür. ph ile aynı değildir. Suyun yüksek alkaliniteye sahip olabilmesi için bazik olması gerekmez. Sudaki alkalinitenin doğal kaynakları atmosfer ve kireç taşıdır. 43

44 Yumuşatma Alkalinitenin laboratuvar ölçümlerinde iki aşamalı titrasyon kullanılır. 1. basamakta karbonat, 2. basamakta ise bikarbonat alkalinitesi ölçülür. 44

45 Yumuşatma Bar grafikler (şekil 10.13) sertlik türlerinin görselleştirilmesi bakımından faydalıdır. Türlerin bilinmesi kireç-soda metodu ile sertlik giderimi uygularken önemlidir. Bar grafikler oluşturulurken, magnezyum gideriminin daha pahalı olması sebebi ile öncelikle kalsiyum, daha sonra ise magnezyum grafiğe yerleştirilir. Bunları diğer sertlik iyonları ve diğer katyonlar takip eder. Anyon sırasına ilk olarak bikarbonat, ardından diğer anyonlar yerleştirilir. Çünkü karbonat sertliğinin giderilmesi için daha az kimyasal madde gereklidir. 45

46 Yumuşatma Grafik oluşturulurken mekv/l ya da mg CaCO 3 /L gibi toplanabilen birimler kullanılmalı, çizim kendi içerinde uyumlu bir ölçekte yapılmalıdır. Karbonat ve karbonat olmayan sertliğin toplamı, toplam sertliğe denk olmalı, daha büyük olmamalıdır. 46

47 İyon değiştirme ve ters osmoz Yumuşatma su sertliğinin giderilmesi işlemidir. Bu amaçla kullanılan en tipik metodlar iyon değişimi ve çökeltme işlemidir. Sertlik giderimin de ters osmoz kullanılmaktadır. Ters osmoz üniteleri evlerde kullanılmakta (şekil 10.15) ayrıca tuzlu suların arıtımında büyük ölçekli ters osmoz üniteleri yaygın olarak kullanılırken, tatlı su kaynaklarında ters osmozun son derece sınırlı bir kullanım alanı vardır. 47

48 48

49 İyon değiştirme ve ters osmoz Ters osmozda su molekülleri bir membrandan yüksek basınç sayesinde geçirilir. Sonuçta arıtılmış su membranın bir tarafında daha fazla kirletici içeren atıksu membranın diğer tarafında kalır. Bu işlem hem düşük çözünmüş mineral içeriğine sahip su elde edilmesini hem de sudaki bakterilerin uzaklaştırılmasını sağlar. Ters osmoz yavaş bir işlem olup yüksek miktarda atık su üretir. Ayrıca işletme maliyeti de yüksektir. İyon değişimi yada zeolit yumuşatması, yüksek miktarda karbonat olmayan sertlik içeren sular için uygulanabilecek en iyi metotdur. 49

50 50

51 Kireç-soda ile yumuşatma Bazı kentsel su arıtma tesislerinde iyon değişimi kullanılmasına rağmen, büyük çoğunluğunda kimyasal çöktürme kullanılır. Kireç ilavesi ile suyun ph i yükseltilir. Bu işlem için CaO (sönmemiş kireç) ya da Ca(OH) 2 (sönmüş kireç) kullanılır. ph yaklaşık 10.3 e yükseldiğinde alkalinitenin baskın türü olan karbonat CaCO 3 e dönüşerek çöker. ph yaklaşık 11 e yükseldiğinde ise Mg +2, Mg(OH) 2 olarak çöker. Karbonat olmayan sertliğin giderilmesi daha pahalıdır. Çünkü bu işlem için karbonat tuzları ve genellikle sodyum karbonat kullanılır. Bu sebeple önce kalsiyum karbonat sertliğinin giderilmesi amaçlanır. Ardından magnezyum karbonat sertliği ve son olarak da karbonat olmayan kalsiyum sertliği giderilir. 51

52 Kireç-soda ile yumuşatma ph yükseltilmeden önce, sudaki karbondioksit, karbonik asit oluşturur ki bunun kireç ya da sodyum hidroksit ilavesi ile nötralize edilmesi gerekir ya da hava ile sıyırma benzeri bir işlem ile giderilmesi gerekir. Çözünürlük kısıtlamalarından dolayı, çöktürme ile sertlik en düşük 40 mg CaCO 3 /L ye kadar düşürülebilir. Ayrıca zamanı kısaltabilmek için stokiyometrik miktardan daha fazla miktarda kireç ilave edilir. 52

53 Şekil da yumuşatma için genel bir akış şeması görülmektedir. 53

54 Kireç-soda ile yumuşatma Rekarbonasyon (suya karbondioksit ilavesi), çökeltme tankında ayrılamayan küçük taneciklerin, dağıtım şebekesinde nötral ph değerlerinde tekrar çözünür forma geçmesini sağlamak amacıyla ph ın düşürülmesinde kullanılır. 54

55 Kireç-soda ile yumuşatma Suyun bir kısmı çözünürlük sınırına kadar yumuşatılır, bir kısmı ise arıtılmaksızın yumuşatılmış su ile birleştirilir. Bu iki hat birleştirildiğinde arzu edilen sertlik sağlanmış olur. Ayrımsal arıtma sertliği ayarlamada, yatırım ve işletme maliyetleri düşürmede kullanılabilir. Arıtılmadan geçecek suyun debisi karışım noktasında Mg +2 ye göre yazılacak madde denkliğine bağlıdır. Kararlı hal koşulları kabulüne göre madde dengesi; 55

56 Kireç-soda ile yumuşatma 56

57 Koagülasyon Flokülasyon Arıtma tesisine gelen yüzeysel ham sular genellikle, kolloidal kil ve silt taneciklerinden kaynaklanan önemli miktarda bulanıklık içerir. Bu taneciklerde elektrostatik bir yük bulunur. Bu yük sebebiyle, tanecikler sürekli hareket halindedir ve bir araya gelmeleri engellenir. 57

58 Koagülasyon Flokülasyon Koagülantlar ve yardımcı koagülantlar olarak bilinen (ki bilinen en yaygın yumaklaştırıcı alım Al 2 (SO 4 ) 3, benzer şekilde yardımcı yumaklaştırıcılar da kireç ve çeşitli polimerlerdir.) kimyasal maddeler suya ilave edilirler (şekil deki 2. kademe). Burada amaç kolay çökebilen büyük tanecikler oluşturarak, suyu askıda kolloidal maddelerden temizlemektir. Koagülasyon kolloidal taneciklerin birbirine yapışmalarını sağlayarak flok adı verilen daha büyük tanecikler oluşturması için uygulanan kimyasal bir işlemdir. 58

59 Koagülasyon Flokülasyon Koagülasyon işleminde yük nötralizasyonu ve köprü kurma mekanizmalarının önemli olduğu düşünülmektedir. Yük nötralizasyonu, kullanılan koagülant ile kolloidal tanecik zıt yüklü olduğunda gerçekleşir. Bu durum şekil te gösterilmiştir. 59

60 Koagülasyon Flokülasyon 60

61 Koagülasyon Flokülasyon İkinci mekanizma ise koagülant tarafından oluşturulan, makromoleküller sayesinde kolloidal taneciklerin birbirine yapışması şeklinde olup köprü kurma adlı bu mekanizma şekil te gösterilmiştir. Makro-moleküller kolloidleri kendilerine çekip yapıştıran artı yüklü bölgelere sahiptirler. Bu şekilde kolloidleri bir araya getirerek daha büyük tanecikler oluşmasını sağlar. 61

62 Koagülasyon Flokülasyon 62

63 Koagülasyon Flokülasyon Bu her iki mekanizma da, alum ile koagülasyonda önemlidir. Al 2 (SO 4 ) 3 suya ilave edildiğinde öncelikle çözünerek Al +3 ve SO 4-2 iyonlarını verir. Fakat alüminyum iyonu kararlı değildir. Bu sebeple yüklü oksitlere ve hidroksitlere dönüşür. Bu bileşiklerin kendi içerisindeki dağılımları; suyun ph ine, sıcaklığına karıştırma şekline bağlıdır. 63

64 Koagülasyon Flokülasyon Jar testleri en uygun koagülant türünün ve minimum dozajın seçilmesi için kullanılır. Tipik olarak jar testleri 6 lı kaplarda yapılır. Her kaba farklı yumaklaştırıcı ya da farklı dozajlar uygulanır. Karıştırma uygulandıktan sonra çökelme karakteristikleri belirlenir. Daha sonra en iyi katı madde giderimini sağlayan yumaklaştırıcı ve minimum dozaj miktarı belirlenir. Alum gibi metal tuzları kullanıldığında, suyun alkalinitesi ölçülmelidir. Zira bu gibi tuzlar suyun alkalinitesi ile reaksiyona girerek suyun tamponlama kapasitesini düşürür. 64

65 Koagülasyon Flokülasyon 65

66 Koagülasyon Flokülasyon 66

67 Koagülasyon Flokülasyon İri taneciklerin büyütülmesi için kullanılan fiziksel işleme flokülasyon adı verilir. Yük nötralizasyonu ya da köprü kurma yoluyla bir araya gelip birbirine yapışan taneciklerin farklı hızlarda hareket ettirilmesi gerekir. Genellikle arıtma tesislerindeki bu işlem geniş kanatları olan düşük hızlı pedallarla yapılır. Şekil deki 2.kademe ve şekil da gösterilmiştir. 67

68 68

69 Çökeltme Su arıtma işleminde yumaklar oluşturulduğunda, bunların sudan ayrılması gereklidir. Bu işlem sudan daha ağır taneciklerin dibe çöktüğü çökeltme tankları ile yapılır. Çökeltme tankları piston akımlı reaktörler şeklinde tasarlanmaya çalışılır. Burada amaç türbülansın minimumda tutulmasıdır. Çökeltme tanklarındaki giriş ve çıkış yapıları, iki önemli bileşendir. Çünkü bu yapılar piston akışın sağlanabildiği kritik yerlerdir. Şekil de çökeltme tankında kullanılan giriş ve çıkış yapılarından birisi gösterilmiştir. 69

70 70

71 Çökeltme Su arıtma tesislerindeki çamur, Al(OH) 3, CaCO 3 ve kilden oluşur. Biyolojik olarak parçalanabilir değildir. Ayrıca tankın dibinde de parçalanmaya uğramaz. Genellikle birkaç haftada bir tankın dibinden bir vana yardımıyla alınır ve kanal hattına, ya da çamur bekletme/kurutma yataklarına gönderilir. Çökeltme tankları katıların yoğunluğunun sıvınınkinden yüksek olması esasına göre çalışır. Yerçekiminin etkisi altında suda bulunan bir taneciğin hareketi; Tanecik boyutu (hacmi) Taneciğin şekli Tanecik yoğunluğu Sıvının yoğunluğu Sıvının viskozitesi gibi çeşitli değişkenlerden etkilenir. 71

72 Çökeltme 72

73 Çökeltme 73

74 Filtrasyon Yer altı suyunun kalitesi tartışılırken, suyun toprak içindeki hareketinin birçok kirleticiyi uzaklaştırdığından bahsedilmişti. Çevre mühendisleri bu doğal sistemi su arıtma sistemlerinde uygulamaya başladılar ve hızlı kum filtreleri olarak adlandırılan sistemleri geliştirdiler. Hızlı kum filtrelerinin işletilmesi, filtrasyon ve yıkama adı verilen iki aşamayı kapsar. Hızlı kum filtresinin biraz basitleştirilmiş bir çizimi şekil de verilmiştir. 74

75 Filtrasyon 75

76 Filtrasyon Çökelme havuzundan gelen su, filtreye girer, kum ve çakılın arasından sızar. Altta bulunan drenaj sistemi ile temiz su haznesine aktarılır. Filtrasyon esnasında, A ve C vanaları açıktır. Bazen filtre yatağında antrasit ve karbonda kullanılır. Böylece çözünmüş organik madde de giderilir. Flokülasyon ve çökeltme basamaklarından kaçan askıda katı madde, filtre kumunun tanecikleri arasında tutulur ve sonuç olarak hızlı kum filtresi, daha büyük yük kaybına yol açan tıkanma olayı ile karşı karşıya kalır. Bu durumda filtre temizlenmelidir. Temizlik hidrolik olarak yapılır ve bu işleme geri yıkama adı verilir. 76

77 Dezenfeksiyon Su, içerisinde bulunabilecek patojenik organizmaların tamamını yok etmek için dezenfeksiyon işlemine tabi tutulur. Ön klorlama, filtrasyondan önce yapılır. Böylece filtrelerde mikroorganizma büyümesinin önlenmesi ve dezenfektan ile yeterli temas süresinin sağlanması amaçlanır. İyi bir dezenfeksiyon, dezenfektanın konsantrasyonu (C) ile temas süresi (T) arasındaki dengeye bağlıdır. Bu analiz CT kavramı olarak bilinir. 77

78 Dezenfeksiyon Genellikle dezenfeksiyon basınç altında sıvılaştırılmış halde satın alınan klorun, klor besleyici sistemlerle gaz formunda suya verilmesi ile gerçekleştirilir. Suda çözünen klor patojen mikroorganizmalar dahil olmak üzere organik maddeyi oksitler. Suda bakiye aktif klorun bulunması, suda oksitlenecek organizma bulunmadığının bir kanıtıdır. Dağıtım sistemine verilen suda, şebekede oluşabilecek kirlenmelere karşı emniyet unsuru olarak bakiye klor bulunması gereklidir. (Tablo 10.4). Bu sebeple suda hafif bir klor tadı bulunur. 78

79 Dezenfeksiyon 79

80 Dezenfeksiyon Klor suya ilave edildiğinde, ph 6 nın üzerinde hipoklorit (OCI - ) iyonuna ayrışan ve zayıf asit özelliğinde olan hipokloröz asidi (HOCl) oluşturur. Bu iki klor türü sudaki serbest klor olarak tanımlanır. Suda amonyum ya da organik azot varsa, HOCI bunlarla reaksiyon vererek kloraminleri oluşturur. Kloraminler bağlı klorlar olarak tanımlanır. Bunlar serbest klordan daha zayıf dezenfektandırlar ve daha kararlıdırlar. Klor ile reaksiyona girebilecek maddeler (mangan, demir, nitrit, amonyak, organik maddeler) içeren bir suda serbest bakiye klor elde edebilmek için, suya kırılma noktası dozundan daha fazla miktarda klor eklenmelidir (şekil10.32). 80

81 Dezenfeksiyon 1 ve 2 noktaları arasında suya ilave edilen klor, ortamda bulunan mangan, demir, nitrit gibi oksitlenebilir maddelerle reaksiyona girer. 2 ve 3 noktaları arasında, organik maddeler ve amonyak ile reaksiyona girer ve bağlı bakiye klor bileşikleri meydana gelir. 3 ve 4 nolu noktalar arasında, klorlu organikler ve kloraminler kısmen parçalanır. 4 nolu noktanın ötesinde eklenen klor serbest bakiye kloru oluşturur. 81

82 Diğer arıtma işlemleri Buraya kadar tartışılan arıtma ünitelerinin dışında, su dağıtılmadan önce uygulanabilecek ya da uygulanamayacak çeşitli basamaklarda vardır. Mesela su, dağıtım sistemine verilmeden önce kararlı olmalıdır. Kararlı su, dağıtım şebekesinde korozyon yada çökelmeye yol açmayan su demektir. Suyun kararlılığını belirlemek için mermer testi ve langelier indeksi adı verilen iki test kullanılır. Her iki test suyun CaCO 3 doygunluk seviyesini gösterir. Su CaCO 3 e doygun ise suyun kararlı olduğu kabul edilir. 82

83 Diğer arıtma işlemleri Su hususundaki şikayetlerin en yoğun olanları; tat, koku ve renkle ilgili olanlarıdır. Hiç kimse kokan, kötü tadı olan ya da renkli bir suyu içmek istemez. Tat ve kokunun çeşitli sebepleri olabilir. Doğal sebepler arasında bakteri yada alglerin fazla üremesi ya da sıcaklık tabakalaşması olabilir. İnsanlarda kaynaklanan sorunlar ise gerektiği gibi arıtılmayan endüstriyel yada kentsel atıksular, gerek içme suyu arıtma tesisinin, su dağıtım şebekesinin ya da konut tesisatının bakımsızlığı gibi sebepler olabilir. Tat ve koku probleminde anahtar rol bunların kontrol edilmesidir. Kontrol su kaynağının yönetiminin yanı sıra tesis ve dağıtım şebekesinin bakımı ile sağlanır. 83

84 10.3 SUYUN DAĞITIMI Su arıtıldıktan sonra genellikle temiz bir haznede toplanır. Arıtılmış su, bu depodan dağıtım sistemine pompalanır. Ve sistemler, kirleticilerin şebeke içine girmemesi için basınç altında çalışırlar. Su ihtiyacı haftanın günlerine ve günün saatlerine göre değiştiğinden dağıtım sistemi içerisinde depolama yapıları kullanılmalıdır. Çoğu yerleşim biriminde su ihtiyacının az olduğu saatlerde doldurulan, yüksek olduğu zamanlarda ise dağıtım sistemini besleyen ayaklı depolar kullanılır. Şekil te bu tip bir depo ve deponun pik ihtiyaç ve acil zamanlarda şebekeye nasıl su sağladığı görülmektedir. Gerekli olan depolama kapasitesinin hesaplanabilmesi için, örnek de gösterildiği üzere frekans analizi ve madde denkliğinin birlikte yapılması gereklidir. 84

85 10.3 SUYUN DAĞITIMI 85