Suyun sertliği, sabunu çökeltme kapasitesinin bir ölçüsüdür. Sabun suda mevcut kalsiyum ve magnezyum iyonları tarafından çökeltilir. Diğer çok değerlikli katyonlar da sabunu çökeltebilir. Fakat bunlar genellikle başka bileşenlerle kompleks haldedirler. Çok değerlikli katyonların su sertliğine katkıları düşüktür. Pratikte toplam sertlik; kalsiyum ve magnezyum iyon konsantrasyonlarının toplamı olarak tarif edilir. Sertlik mg CaCO 3 /L olarak ifade edilir. Sularda genellikle bikarbonat ya da sülfat tuzları şeklinde bulunan kalsiyum ve magnezyum tuzlarının neden olduğu sertliğin en belirgin özelliği kalsiyum ve magnezyum iyonlarının sabunla reaksiyonu sonucu köpüğün kesilerek katılaşmasıdır. Sabunlar, yüksek moleküler ağırlıklı yağ asidi tuzları içerirler. 1 CEV3352
Su sertliğinin neden olduğu bir diğer problem, mineralleşmedir. Kalsiyum ve bikarbonat içeren sular ısıtıldığında çözünmeyen kalsiyum karbonat oluşur: Ca ++ +2HCO 3 CaCO 3(s) +CO 2 +H 2 O CaCO 3 sıcak su iletim sistemlerinin, suyun temasta olduğu yüzeylerini kaplayarak sıcak su hatlarında tıkanmalara neden olur ve ısı transferini engeller. 2 CEV3352
Toplam sertlik -yaklaşık olarak- kalsiyum ve magnezyum iyonlarının sebep olduğu sertlik toplamı olarak ifade edilmektedir. Genellikle mg CaCO 3 /L olarak ifade edilir 1 Fransız Sertlik Derecesi = 10 mg CaCO 3 /L 1 Alman Sertlik Derecesi = 17,8 mg CaCO 3 /L 1 İngiliz Sertlik Derecesi = 14,3 mg CaCO 3 /L 3 CEV3352
Sertlik Derecesi Sertlik derecesi meq/l mg CaCO 3 /L Yumuşak < 1.5 < 75 Orta sert 1.5-3 75 150 Sert 3-6 150 300 Çok sert >6 >300 Katyonlar Ca 2+ Mg 2+ Na + K + 4 CEV3352 Anyonlar HCO - 3 CO 3 2- OH - SO 4 2- Cl - NO - 3 Geçici Sertlik, Alkalinite Kalıcı Sertlik
Sertlik Gidermenin Faydaları Aşırı Sabun Tüketiminin Önlenmesi Sıcak Su SistemlerindeTabakalaşmanın Önlenmesi Dezenfeksiyona Katkı ve Su Depolarında Alg Birikiminin Azalması Organik Bileşenlerin ve TOC un Azaltılması Demir ve Mangan Giderimi Yüzeysel Sulardaki Bulanıklığın Giderilmesi Florür Giderimi 5 CEV3352
Giderilmemesi durumunda sertlik nedeniyle su iletim hatlarında meydana gelebilecek olumsuzluklar 6 CEV3352
Sulardaki sertlik esas olarak kalsiyum ve magnezyum iyonlarından ileri gelir. Karbonat, bikarbonat, kalsiyum ve magnezyum bileşenleri karbonat sertliği yada diğer deyimle geçici sertlik meydana getirirler. Geçici sertlik suyun ısıtılması ile giderilebilir. Klorür ve sülfattan kaynaklanan sertlik ise karbonat olmayan sertlik türünü oluşturur ki buna da kalıcı sertlik veya karbonat olmayan sertlik denilmektedir. Sertlik giderme için uygulanan belli başlı yöntemler şöylece sıralanabilir: - İyon değiştirme yöntemi - Kireç ile yumuşatma - Kireç-soda yöntemi ile yumuşatma 7 CEV3352
Kimyasal Çöktürme: Ekonomik olması dolayısı ile büyük ölçekli uygulamalarda sıkça kullanılan bir yöntem olup, sonuçta sertlik ancak 30-40 mg/l değerlerine kadar düşürülebilmektedir. Bu amaçla uygulanan yöntemler şöylece sıralanabilir: Kireç-soda yöntemi Sodyum hidroksitle çöktürme Fosfatlar ile çöktürme Suyu yumuşatmak (sertliğini gidermek) için değişik işlemler (prosesler) kullanılmaktadır. Yumuşatılacak su hacmi çok fazla ise, kireç-soda yöntemi kullanılır. Bu proseste su Ca(OH) 2 ve Na 2 CO 3 ile muamele edilir. Muamele sonucu: Ca(HCO 3 ) 2 ın CaCO 3 olarak, Mg(HCO 3 ) 2 ise Mg(OH) 2 olarak çöktürülmesi mümkündür. Sadece kalsiyum bikarbonat sertliği varsa, sadece Ca(OH) 2 ile sertlik giderilebilir. Ca ++ +2HCO 3 +Ca(OH) 2 2CaCO 3 +2H 2 O 8 CEV3352
Toplam Sertlik = Karbonat sertliği+ Karbonat olmayan sertlik Alkalinite<Toplam Sertlik Alkalinite = Karbonat Sertliği Toplam Sertlik Alkalinite = Karbonat Olmayan Sertlik Alkalinite Toplam Sertlik Toplam Sertlik = Karbonat Sertliği 9 CEV3352
Kalsiyum Karbonat Eşdeğeri Ca sertliği (CaCO 3 cinsinden)= Ca +2 (mg/l) x CaCO 3 ın eq. ağ. Ca +2 un eq. ağ. Mg sertliği (CaCO 3 cinsinden) = Mg +2 (mg/l) x CaCO 3 ın eq. ağ. Mg +2 un eq. ağ. 10 CEV3352
Toplam Sertlik (CaCO 3 cinsinden) Toplam Sertlik Kalsiyum Magnezyum mg CaCO 3 /L = sertliği + sertliği mg CaCO 3 /L mg CaCO 3 /L Eq. Ağırlık = Atomik Ağırlık Etki Değ. Ca +2 için Eq. Ağırlık = 40,08 2 = 20 g/eq 11 CEV3352
SORU 1 30 mg/l kalsiyum ve 20 mg/l magnezyum içeren bir suyun toplam sertliğini CaCO 3 cinsinden hesaplayınız. Bilinenler Kalsiyum 30 mg/l Magnezyum 20 mg/l Bilinmeyenler Toplam sertlik, mg CaCO 3 /L 12 CEV3352
Çözüm 1: Kalsiyum Toplam Sertlik = sertliği Magnezyum + sertliği mg CaCO 3 /L mg CaCO 3 /L mg/l CaCO 3 30 20 Toplam Sertlik = x 50 + x 50 20 12,15 Toplam Sertlik = (1,5) 50 + (1,65) 50 Toplam Sertlik =75 mg/l+82.5 mg/l=157,5 mg CaCO 3 /L 13 CEV3352
Kimyasal Çöktürme Avantajları Demir ve mangan giderimi Katı maddelerin azaltılması Kireç-soda yöntemi kullanıldığında yüksek ph nedeniyle bakteri ve virüslerin giderimi (etkisiz hale getirilmesi) Fazla florür ün giderimi Korozyon ve kabuklaşmanın önlenmesi Dezavantajları Bütün sertliğin giderilememesi Operatör kontrolünün gerekliliği Yüksek miktarda çamur üretiminin gerçekleşmesi 14 CEV3352
Kireç ve Soda ile Yumuşatma Kireç ve soda ile sertlik gidermede temel reaksiyonlar aşağıda gösterilmiştir. Kireç ilavesi ile ph 10 civarına getirilir ve aşağıdaki reaksiyonlar (1, 2, 3 ve 4 nolu reaksiyonlar) gerçekleşir. Aşırı kireç uygulanmadığında sadece bu reaksiyonlar geçerlidir. Bu reaksiyonlar sadece ilgili sertlik yapıcı bileşik (örn. Ca(HCO 3 ) 2, Mg(HCO 3 ) 2, NaHCO 3 mevcut olduğunda gerçekleşir. NaHCO 3 mevcut olduğunda gerçeklesen reaksiyon sonucu oluşan Na 2 CO 3 soda olup, oluşan bu miktar gerekli soda miktardan düşülebilir. CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3(s) + H 2 O (1) (rekarbonizasyon) Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2CaCO 3(s) + 2H 2 O (2) Mg(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 MgCO 3 + CaCO 3(s) + 2H 2 O (3) 2NaHCO 3 + Ca(OH) 2 CaCO 3(s) + Na 2 CO 3 + 2H 2 O (4) (Soda) 16 CEV3352
Asırı kireç ilavesi ile ph 11 civarına çıkartılır ve aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir. Asırı kireç miktarı genel olarak 1 meq/l dozajında verilir. 3 nolu reaksiyonda oluşan MgCO 3, Mg(HCO 3 ) 2 bileşiğinin giderilmesi ile oluşur. Oluşan ve mevcut CaSO 4 kireç ile giderilemez. Sadece soda ile giderilebilir. MgCO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2(s) + CaCO 3(s) (5) MgSO 4 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2(s) + CaSO 4 (6) CaSO 4 + Ca(OH) 2 reaksiyon yok (7) 17 CEV3352
Soda ilavesi ile aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir. Soda (Na 2 CO 3 ) ilavesi ile giderilen kireç, aşırı olarak verilen kireç miktarıdır. CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3(s) + Na 2 SO 4 (8) Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3(s) + 2NaOH (9) 18 CEV3352
Rekarbonizasyon Sertlik gidermek genelde ph >10 üzerinde yapılır. Bu şekilde suyu deşarj etmek, CO 3 çökeleği oluşturacağından iletim borularını tıkar ve tahrip eder. Bu olayın önlenmesi için ph ayarlaması yapılır. Kimyasal çöktürme sonrasında ph nın 8,5 civarına düşürülmesi amacı ile sisteme CO 2 verilir. Rekarbonizasyon işlemi, suya CO 2 verilerek gerçekleştirilir. Aşırı kirecin çöktürülmesi ve ph nın düşürülmesi Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Çökmeyen CaCO 3 ve Mg(OH) 2 in çözündürülmesi CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 Mg(OH) 2 + 2CO 2 Mg +2 + 2HCO 3-19 CEV3352
Kireç ve Soda ile Yumuşatma Prosesi 1-Tek kademeli aşırı kireç uygulaması Soda Ash 20 CEV3352
2-İki kademeli aşırı kireç uygulaması Soda Ash 21 CEV3352
NaOH ile Yumuşatma Soda (Na 2 CO 3 ) kullanımı genellikle gerekmez Avantajları Depolama kolaylığı ve stabil olması Daha az çamur oluşumu Kullanım kolaylığı Dezavantajı: Pahalı olması Küçük tesislerde kullanımı yaygın 22 CEV3352 CO 2 in giderilmesi CO 2 + 2NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 ın giderilmesi Ca(HCO 3 ) 2 + 2NaOH CaCO 3 + H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 ın giderilmesi Mg(HCO 3 ) 2 + 4 NaOH Mg(OH) 2 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O MgSO 4 ın giderilmesi MgSO 4 + 2NaOH Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4 CaSO 4 ın giderilmesi CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4
SORU 2: Aşağıda iyon konsantrasyonları verilmiş olan suyun yumuşatılması için aşırı kireç uygulaması yapılmadan kireç ile yumuşatılacaktır. Kullanılacak kireç miktarını meq/l olarak hesaplayınız. Ca +2 : 40 mg/l Mg +2 : 12,2 mg/l Na + : 9,2 mg/l Alkalinite : 195,2 mg /L SO4-2 : 9,6 mg/l 23 CEV3352
ÇÖZÜM 2: Öncelikle bu iyonların konsantrasyonları meq/l cinsinden hesaplanır. Bu hesaplar aşağıdaki tabloda gösterilmiştir İyonlar Konsantrasyon mg/l Mol Ağr. (g/mol) Etki değerliği, eq/mol Eşdeğer Ağr. g/eq Konsantrasyon meq/l Ca +2 40 40 2 20 2 Mg +2 12,2 24,4 2 12,2 1 Na + 9,2 23 1 23 0,4 HCO 3-195,2 61 1 61 3,2 SO 4-2 9,6 96 2 48 0,2 Ardından katyon ve anyonları gösteren bir diyagram çizilir. 24 CEV3352
Sadece kireç ile yumuşatma yapılacağından ve asırı kireç ile ph yükseltilmesi yapılmayacağından sadece 1, 2, 3 ve 4 nolu reaksiyonlar geçerli olacaktır. Buna göre, Ca(HCO 3 ) 2, Mg(HCO 3 ) 2 ve NaHCO 3 miktarınca kireç [Ca(OH) 2 ] kullanılacaktır. Diyagram incelenirse bu bileşiklerin konsantrasyonları su şekilde bulunur: Ca(HCO 3 ) 2 : 2 meq/l Mg(HCO 3 ) 2 : 1 meq/l NaHCO 3 : 0,2 meg/l Dolayısıyla gerekli kireç miktarı: 2 nolu reaksiyon için : 2 meq/l 3 nolu reaksiyon için : 1 meq/l 4 nolu reaksiyon için : 0,2 meq/l Toplam kireç miktarı : 3,2 meq/l 25 CEV3352
SORU 3: Aşağıda özellikleri verilen su, kireç-soda yöntemiyle yumuşatılacaktır. Gerekli kireç ve soda dozajlarını meq/l olarak hesaplayınız. Ca +2 : 30 mg/l, Mg +2 : 36,6 mg/l, CO 2 : 11 mg/l Alkalinite : 122 mg /L, SO 4-2 : 120 mg/l ÇÖZÜM 3: Öncelikle bu iyonların konsantrasyonları meq/l cinsinden hesaplanır. Bu hesaplarbu hesaplar aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. İyonlar Konsantrasyon mg/l Mol Ağr. (g/mol) Etki değerliği, eq/mol Eşdeğer Ağr. g/eq Konsantrasyon meq/l Ca +2 30 40 2 20 1,5 Mg +2 36.6 24.4 2 12.2 3.0 CO 2 11 44 2 22 0.5 HCO - 3 122 61 1 61 2.0 SO -2 4 120 96 2 48 2.5 26 CEV3352
Ardından katyon ve anyonları gösteren bir diyagram çizilir. Yukarıda çizilen diyagrama göre bazı bileşiklerin konsantrasyonları aşağıda verilmiştir. Ca(HCO 3 ) 2 : 1,5 meq/l Mg(HCO 3 ) 2 : 0,5 meq/l MgSO 4 : 2,5 meq/l Dolayısıyla ilk etapta (1 den 4 e kadar olan reaksiyonlar için) gerekli kireç miktarı: 1 nolu reaksiyon için : 0,5 meq/l 2 nolu reaksiyon için : 1,5 meq/l 3 nolu reaksiyon için : 0,5 meq/l 27 CEV3352
Asırı kireç uygulaması için 1 meq/l kireç eklenir. 3 nolu reaksiyon neticesinde 0,5 meq/l MgCO 3 oluşmuştur. Oluşan MgCO 3 5 nolu reaksiyon ile giderilir. 2. etapta (5 den 7 e kadar olan reaksiyonlar için) gerekli kireç miktarı: 5 nolu reaksiyon için : 0,5 meq/l 6 nolu reaksiyon için : 2,5 meq/l Gerekli toplam kireç miktarı: 0,5 + 1,5 + 0,5 + 1,0 + 0,5 + 2,5 = 6,5 meq/l dir. Kireçleme sonucu oluşan CaSO 4 miktarı 6 nolu reaksiyonda meydana gelen miktar olan 2,5 meq/l dir. Suda başlangıçta CaSO 4 yoktur. Uygulanan fazla kireç dozajı da 1 meq/l olduğuna göre gerekli soda (Na 2 CO 3 ) miktarı: 8 nolu reaksiyon için : 2,5 meq/l 9 nolu reaksiyon için : 1,0 meq/l Gerekli soda miktarı : 3,5 meq/l dir. 28 CEV3352