ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ NDE KİMYASAL PROSESLER

Transkript

1 9 ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ NDE KİMYASAL PROSESLER 1. Koagülasyon- Flokülasyon Prosesleri 2. Elektrokoagülasyon Prosesi 3. Kimyasal Çöktürme Prosesleri 4. Su Yumuşatma Prosesleri 5. Adsorpsiyon Prosesleri 6. Oksidasyon 7. Dezenfeksiyon 8. İyon Değiştiriciler

2 10 TANECİKLERİN ÖZELLİKLERİ KOLLOİDLER Suda kolay ve hızlıca çökmeyen makromoleküller veya küçük çaplı askıda partiküller. Çok küçük çaplı olduklarından kolloid yüzey gerilim kuvvetleri ve kolloid etrafındaki su ara tabakası etkileri yerçekim kuvvetine göre daha çok etkilidir. Dolayısıyla kolloidler kolay çökelemezler

3 11 KOLLOİDLER Kolloidlerin yüzeyleri genellikle elektriksel olarak yüklüdür. Bu yüzey yüklerinden dolayı kolloidler arasında itici (repulsive) ve çekici (attractive) kuvvetler oluşur. Bu kuvvetler de partiküllerin stabilitesini artırır. Örn: Killer, bakteriler, virüsler ve bazı proteinler

4 12 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

5 13

6 14 KİMYASAL KOAGÜLASYON- FLOKÜLASYON KOAGÜLASYON (PIHTILAŞTIRMA): Partiküllerin (genel olarak ASKIDA KATI MADDE) koagülantların kullanılarak destabilizasyonudur. FLOKÜLASYON (YUMAKLAŞTIRMA): Koagülasyon sonucu destabilize olan partiküllerin ve kolloidlerin taşınım ve agregasyonu (toplanma/yumaklaşma) sonucu daha büyük yumaklara (ya da floklara) dönüştürülmesidir.

7 15 KOAGÜLASYON TEORİSİ İşletme dozunda toksik olmamalı Yüksek yük yoğunluğuna sahip olmalı Nötral ph değerlerinde çözünmemeli KOAGÜLASYON FİZİĞİ 1. Elektriksel çift tabakanın sıkıştırılması 2. Adsorpsiyon ve yük nötralizasyonu 3. Adsorpsiyon ve tanecikler arası köprü oluşumu 4. Bir çökelti içerisinde yakalama

8 16 KOAGÜLANTLAR-inorganik koagülantlar ph (su ve atıksuyun bulanıklık vb. değerlerine bağlı olarak ) ph 6 ve 9 aralığında en uygun verim elde edilmektedir. ph 5 10 aralığında en uygun verim elde edilmektedir.

9 17 BULANIKLIK Partiküller (kum, silt, kil, bakteri, virüs) 1. Suspended Solids 2. Colloidal Solids (~0.1 to 1 mm) 3. Dissolved Solids (<0.02 mm)

10 18 KOAGÜLASYON NEDEN GEREKLİDİR? Kolloidler oldukça küçük maddelerdir ve yerçekimi etkisi ike çökebilecek nitelikte değildirler.

11 19 KOLLOİD STABİLİTESİ Kolloidler genellikle negatif yüzey yüküne sahiptir. Elektrostatik kuvvet kollodilerin biraraya gelmesini engeller Brownian hareketi kolloidleri süspanse halde tutar

12 20 KOLLOİDLERİN STABİLİZASYONU 1.YÜK NÖTRALİZASYONU: Pozitif yüklü iyonlar (Na+, Mg2+, Al3+, Fe3+ etc.) kolloidal negatif iyonları nötralize ederek destabilizasyonu sağlar 2. SWEEP KOAGÜLASYONU: (ENMESHMENT): Al2 (SO4 ) 3, FeCl3 gibi Bazı metal tuzların ilave edilmesiyle sweep koagülasyonu ile kolloidal kirlilikler giderilir.

13 21

14 22

15 23 KOAGÜLANTLAR-organik koagülantlar Epiklorohidrin dimetilamin (epi-dma) Polidialil dimetil amonyum klorür (poly- DADMAC)

16 24 Suda bulunan askıdaki ve kolloidal partiküller genellikle negatif bir elektrik yükü taşırlar ve bu nedenle birbirlerini iterek yumaklaşmayı ve dolayısıyla çökelmeyi önlerler.

17 25

18 26 YUMAKLAŞTIRICI YARDIMCILARI

19 27 ELEKTRİKSEL ÇİFT TABAKA Elektriksel Çift Tabaka, İki temel kısımdan oluşur. Stern Tabakası Gouy-Chapman Tabakası

20 28 Zeta Potasiyelinin ph ile Değişimi

21 29 KOLLOİDLERİN ÇÖKELMELERİ Stokes Kanunu: Çökelen bir partikülün üzerinde iki ana kuvvet etkilidir. 1. Yerçekimi Kuvveti (gravitional forces) 2. Sürtünme Kuvveti (frictional forces) STOKE S kanununda kolloid partiküllerinin bireysel olarak birbirlerini etkilemeden çöktükleri farz edilir. Çökelmeyi etkileyen floklaşmanın olmadığı varsayılır.

22 30

23 31 Jar Testi Koagülasyon ve flokülasyon yöntemi ile bir atıksuyun verimli olarak arıtılabileceği bir arıtma ünitesi yapmak için öncelikle laboratuar analizleri yapmak gerekir. Bu testlere Jar (kavanoz) testi denir.

24 32 Bu test yardımıyla; 1. Koagülant türü 2. Koagülant dozu 3. ph ayarlaması 4. Karıştırma hızı 5. Karıştırma süresinin optimizasyonu yapılır.

25 33

26 34

27 35 SORU Bir atıksu örneği ile laboratuvarda yapılan deneylerden, istenilen arıtımı gerçekleştirmek için optimum koagülant dozu 20 mg/l olarak tespit edilmiştir. Atıksuyun debisi m 3 /gün arasında değişmektedir. Ortalama debi ise 3500 m 3 /gün dür. A) Günlük koagülant gereksinimini, B) Karıştırma tankı ve flokülasyon havuzlarındaki bekleme süreleri sırasıyla 1 dakika ve 30 dakika olduğuna göre arıtım için tank hacimlerini hesaplayınız. Formüller: Günlük koagülant gereksinimi(cr):=optimum doz x Qort