TEKSTİL TERBİYE İŞLETMELERİNDE SU KALİTESİ VE HAZIRLANMASI Ö.Gör.Dr. Hüseyin Aksel EREN DERSİN İÇERİĞİ Tekstil terbiyesinde kullanılan suyun özellikleri Tekstil terbiye proses suyundan beklentiler Su kaynaklı problemler Proses suyu hazırlık işlemleri Tekstil atıksuları DERSİN AMACI Tekstil Terbiyesinde belirleyici etkiye sahip, en önemli maddelerden olan suyun genel özeliklerinin tanıtılması, terbiye proseslerinde kullanılacak suda bulunması gerekli özelliklerin öğretilmesi ve proses suyu hazırlama tekniklerinin anlaşılması Dersin Kazandıracağı Bilgi ve Beceriler 1. Sudan kaynaklanabilecek terbiye problemlerinin bilinmesi, 2. Terbiye proseslerine yönelik su kalitesinin bilinmesi, 3. Terbiye işletmesinde proses suyu hazırlanması hakkında teorik bilgiye sahip olunması 4. Atıksu probleminin anlaşılması TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 1
KAYNAKLAR Tekstil Fabrikalarında Su ve Analizleri,, Necdet Seventekin,, Ders Notu şeklinde, 68s. İşletme suyunun kalitesi ve iyonlar kataloğu,, Yavuz, Ö.N., Rudolf Duraner. Tekstil Fabrikalarında Kullanılan Suyun Kalitesinin İyileştirilmesi,, Sayıt, G. 2005, Ege Üniversitesi Tekstil Mühendisliği ABD, Yüksek lisans tezi. Reaktif boyamada bikarbonat probleminin çözümü, Uca, R., Çınarlı, A., İpekten, S., Çaylı, G., 2002, I. Ulusal Tekstil Kimyasalları Kongresi, Bursa. ÖDEV VE PROJELER DÖNEM ÖDEVİ Aşağıdaki başlıklar hakkında bilgi toplanarak derste sunum yapılacak, ödev CD de teslim edilecek. 1. Türkiye ve Dünyada Su (03.12.2007) 2. Tekstilde Suyun Geri Kazanımı / Tekrar Kullanımı (10.12.2007) 3. Türkiye de Tekstil İşletmelerinde Su Hazırlamaya Yönelik Makine/ Sistem Sağlayan Firmaların Ürünleri(17.12.2007) 4. Tekstil atıksularının oluşturduğu çevresel problemler (24.12.2007) 5. Tekstilde Su Analizleri (03.12.2007) 6. Türkiye de Bölgelere Göre Su Özellikleri (İstanbul, Bursa, Denizli, Çorlu, Adana, Kayseri, Antep) (10.12.2007) 7. Örnek bir terbiye işletmesinin su hazırlama ve arıtım tesisleri prosedürleri (17.12.2007) ÖDEV VE PROJELER DÖNEM ÖDEVİ Ödevler grup ödevidir, Konular powerpoint sunusu şeklinde hazırlanacak ve derste sunulacaktır Grup elemanı sayısı 2-42 4 öğrenci, Son teslim 3 Aralık 2007 ( Sunumlar: 3 ( Sunumlar: 3-10-17-24 Aralık / Dönem sonu: 31 Aralık 2007) DEĞERLENDİRME Dönem ödevi 25 % Ara sınav 25 % Final 50 % TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 2
DÖNEM ÖDEVİ DERSİN TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ PROGRAMI ÇIKTILARI İLE İLİŞKİSİ DEĞERLENDİRMEDE dikkat edilecek hususlar: Ödevin düzeni/bütünlüğü Kaynak sayısı İnternet taraması yapılmış olması Sunum performansı DERS PLANI 1- Giriş, Su döngüsü ve özellikleri 2- Tekstil terbiyesi proses suyundan beklenen özellikler 3- Proses suyu hazırlama işlemleri 4- Tekstil Atıksuları GİRİŞ TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 3
SU İnsanların içmek, temizlenmek ve tarım için kullandıkları su 19.yy içinde artık endüstrinin en önde gelen maddesi buhar olarak insanlığın hizmetine girdi. Daha sonra gemi ve lokomotif sanayi ve elektrik üretim tesislerinde modern teknolojinin vazgeçilmez akışkanı haline geldi. SU Suyun buhar makinelerinde kullanılmaya başlaması aynı zamanda içindeki yabancı maddelerden arındırılması ihtiyacını doğurdu. 20. yüzyıla gelindiğinde suyun kullanıldığı her sahada içinde taşıdığı yabancı maddelerden arındırılması gerekliliği ortaya çıktı. SU Ham suyun arıtılması sudaki yabancı maddelerin en büyüklerinin arındırılması ile başlar ve sudaki iyonların arındırılmasına kadar kademe kademe devam eder. Diğer bir anlatımla; ham sudaki askıda maddeler ve organik maddeler fiziksel yollarla, çözünmüş maddeler ise iyonları arındıran metotlarla temizlenir. SU 1940 lara kadar sanayinin saf su ihtiyacı damıtma (distilasyon( distilasyon) ) ile karşılandı. Damıtma tesisinde üretilen deiyonize su genel olarak bir miktar çözünmüş madde içermektedir. 1940 ların sonunda sudaki iyonların katyon ve anyon değişimini sağlayan yüksek kapasiteli reçineler keşfedildi ve saf su üretiminde bir devrim yaşandı. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 4
SU Reçine ile iyon değişimli demineralizasyon 1950 lerden bu güne kadar öncelikli teknoloji konumunu korumuştur. 1970 lerde membran teknolojisi ortaya çıkmış ve özellikle Ters Osmoz membranları ticari uygulama bulmuşlardır. Günümüzde arıtılacak ham suyun karakterine ve elde edilecek suyun saflığına göre reçine veya ters osmoz sistemleri kullanılabileceği gibi ikisinin birbirini tamamlayıcı sistemler olarak kullanımı da mümkündür. SU ve TEKSTİL Su tekstil terbiyesinin temel maddesidir. (ön terbiye, boyama, baskı ve bitim işlemleri ile yıkamalar) Terbiye işletmelerinde su çözücü özelliğinin yanında ısıtma ve buharlamada da kullanılır. SU ve TEKSTİL Terbiye işletmelerinde kullanılan suyun kalitesi, üretilen mamullerin kalitesi üzerinde belirleyici bir rol oynamaktadır. Su kalitesinden kasıt suyun içerdiği safsızlıklardır. SU ve TEKSTİL Su doğadan tamamen saf bir halde elde edilemez. İçerisinde çözünmüş gaz ya da katı maddeler ile askıda kalmış maddeler içerir. Suyun içerdiği yabancı madde miktarı elde edildiği yere göre değişir, bu değişim su döngüsü incelendiğinde anlaşılabilir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 5
SU DÖNGÜSÜ SU DÖNGÜSÜ VE SU ÖZELLİKLERİ Bugün kullandığımız suyun milyonlarca yıldır dünyada bulunduğu ve miktarının çok fazla değişmediği doğrudur. Dünyada su hareket eder, formu değişir, bitkiler ve hayvanlar tarafından kullanılır, fakat gerçekte asla yok olmaz. Buna Hidrolojik Döngü (Su Döngüsü, Su çevrimi) ) denir. SU DÖNGÜSÜ SU DÖNGÜSÜ Bu döngüde suyun hareket etmesini sağlayan beş değişik olay vardır: 1- Yoğunlaşma (kondenzasyon( kondenzasyon), 2- Yağış (precipitation( precipitation), 3- Toprağa geçiş (Infiltration( Infiltration) ) ve yeraltı sularının oluşumu, 4- Yüzeyel akıntı (Runoff( Runoff) ) ve yüzey suları ile yeraltı sularının oluşumu, 5- Buharlaşma (Evapotranspiration( Evapotranspiration) TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 6
SUDAKİ SAFSIZLIKLAR Suda bulunabilecek safsızlıklar iki grupta toplanmaktadır: 1. Suda çözünmeyen maddeler: : kum, kil, bitki parçacıkları, bakteriler, v.s. 2. Suda çözünen maddeler 1. Organik maddeler: Hümin ve flavinler,, endüstriyel atıklar 2. Çözünen tuzlar: : Kalsiyum ve magnezyum karbonat/bikarbonatlar, sodyum, potasyum, demir, amonyum ve mangan tuzları 3. Çözünen gazlar: : oksijen ve karbondioksit SU Bu safsızlıkların miktarı ve oranları suyun alındığı kaynağa göre değişir. Doğada bulunan su kaynakları genellikle dört grupta toplanmaktadır: 1. Meteor suları 2. Yeraltı ve kaynak suları 3. Yüzey suları 4. Deniz suları 1- Meteor suları Yağmur ve kar sularıdır. Mevcut sular içinde en saf olanıdır. Bununla birlikte havada bulunan gazları içerdiği gibi organik ve anorganik maddelerde içerebilir. 2- Yer altı ve kaynak suları Bulunduğu ve geçtiği toprak tabakalarını çözmesi sonucunda, tabakaların cinsine göre çeşitli çözünmüş maddeler içerirler. Özellikle klorür ve sülfat tuzları bulundururlar. Bunun yanında demir, mangan ve sertlik yapıcı bileşenleri bulundururlar. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 7
3- Yüzey suları Akarsu, göl ve dere sularıdır. Doğal bir süzülmeye uğramadıklarından içerdikleri safsızlıklar öncekilerden daha fazladır. Bileşimleri mevsime ve yağışa göre ve bulundukları ya da aktıkları toprağa göre değişir. 4- Deniz suları Özellikle okyanusların kimyasal bileşimi sabittir. Ancak nehirlerin denize karıştığı bölgelerde yerel tuzluluk farkları görülebilmektedir. Terbiyede Su Kalitesinin Önemi Tekstil terbiyesi proses suyundan beklenen özellikler Suyun saf olarak bulunmayıp bir çok yabancı madde içerdiği anlatıldı. Terbiyede su kullanımında suyun da bir kimyasal madde olduğu, içinde bulunan iyonların terbiye prosesini ve kumaş tutumunu etkilediği hep akılda tutulmalıdır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 8
Terbiyede Su Kalitesinin Önemi Terbiye işletmesine gelen suyun kalitesi çok sık değişebilir. (yağış durumuna göre yer altı su kalitesi değişkendir ve bunun yanında vardiyalı çalışan işletmelerde su hazırlama operatörlerinin değişmesi (tam otomatik sistem yoksa)) Standart ürün kalitesi tutturulmak isteniyorsa standart su kalitesinin de tutturulması gerekir. Terbiyede Su Kalitesinin Önemi Dolayısıyla en modern, tam otomasyonlu, terbiye makineleriyle çalışılsa bile su kalitesinin değişken olması değişken kumaş renkleri ve kaliteleri oluşmasına neden olabilir. Terbiyede Su Kalitesinin Önemi Ürün kalitesini bu derece etkileyen suyu hazırlayan cihazlar da aslında boya mutfağı ve makineleri kadar önemlidir. Ancak birçok işletmede su arıtma cihazlarına gereken önem verilmemektedir. Terbiyede Su Kalitesinin Önemi Neticede oluşan hatalı boyamalardan dolayı tekrar tekrar yapılan yıkama ve boyama işlemleri, düzeltmeler için fazladan kullanılan boyarmadde ve kimyasal maddeler ile zaman ve işgücü kayıpları ortaya çıkmaktadır. Su kalitesine özen gösterildiğinde bu problemlerle daha az karşılaşılacaktır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 9
SUYUN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ SUYUN ÖNEMLİ FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Suyun önemli fiziksel özellikleri arasında renk, koku ve tat, bulanıklık, sıcaklık ve elektriksel iletkenlik sayılabilir. Suyun Fiziksel Özellikleri 1. Renk Bu özellik genellikle askıda ve çözünmüş maddelerin bir belirtisidir. Çöktürme ve filtrasyonla yapılan saflaştırma işlemleri rengi düşük seviyelere indirmektedir. Suyun Fiziksel Özellikleri 2. Koku ve tat Koku ve tat suda çözünmüş gazlar ile inorganik ve organik maddelerden kaynaklanır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 10
Suyun Fiziksel Özellikleri 3. Bulanıklık Çoğu kez renkle birlikte olur, fakat çözünebilir maddelerin değil asılı durumdaki katı maddelerin belirtisidir. Asılı maddeler özellikle koyu renkteyse çok az miktarda olmalılar, aksi taktirde materyal üzerine çökerek lekelenme oluşturabilirler. Suyun Fiziksel Özellikleri 4. Sıcaklık Yüzey sularının sıcaklığı iklime bağlıdır. Yer altı suları ise 20-40 metre derinlikte 1 derece kadar yükselir. Suyun Fiziksel Özellikleri 5. Elektriksel İletkenlik Suyun elektriksel iletkenliği içinde çözünmüş olan iyonların cinsi ve konsantrasyonuna bağlıdır. Çözünmüş tuz konsantrasyonu arttıkça elektriksel iletkenlikte artış olur, buradan hareketle iletkenlik değerinden çözünmüş toplam tuz miktarı hakkında fikir edinilebilir. Suyun Kimyasal Özellikleri Suyun başlıca kimyasal özellikleri: ph, Asitlik, Alkalinite ve Sertlik olarak sayılabilir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 11
Suyun Kimyasal Özellikleri 1. ph Tanım olarak hidrojen konsantrasyonunun eksi logaritmasıdır. Özellikle kimyasal tepkimelerde çok önemli ve kontrol edilmesi gerekli bir parametredir. Suyun Kimyasal Özellikleri 2. Asitlik Bir suyun asitliği, sudaki asitlik yapan bileşikleri nötralize etmek için harcanan NaOH miktarı ile belirlenmektedir. Asitlik mineral asitlerden ya da zayıf organik asitlerden kaynaklanabilir. Suyun Kimyasal Özellikleri 3. Alkalinite Alkalinite belirlenen bir ph değerine kadar suyun kuvvetli asitlerle reaksiyona girmesinin kantitatif kapasitesi olarak tanımlanır. Alkalinite suyun agregat teşkil etme özelliğinin bir ölçüsüdür. Alkalinite su ve atıksuda kullanılan önemli bir parametredir. Suyun Kimyasal Özellikleri Yüzeysel sularda alkalinite karbonat, bikarbonat ve hidroksil içeriğinin bir fonksiyonudur. Alkalinite ölçümleri fenolftalein alkalinitesi (p alkalinite) ) ve metiloranj alkalinitesi (m alkalinite) ) olarak ölçülür. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 12
Suyun Kimyasal Özellikleri Fenolftalein alkalinitesi: 100 ml su numunesine birkaç damla fenolftalein indikatörü damlatıldıktan sonra pembe renk kayboluncaya kadar 0,1 N HCl ile titre edilir. Sarf edilen asit miktarı (ml) p değerini verir. Fenolftalein damlatıldığında pembe renk oluşmazsa p değeri sıfıra eşittir. Suyun Kimyasal Özellikleri Metiloranj Alkalinitesi (Tüm alkalinite): Fenolftalein alkalinitesi test edilmiş olan renksiz numuneye (aynı numune) birkaç damla metiloranj indikatörü damlatıldıktan sonra renk sarıdan turuncuya dönene kadar 0,1 N HCl ile titre edilir. Suyun Kimyasal Özellikleri Alkalinite İlişkileri Suda bulunan karbonat, bikarbonat ve hidroksil iyonlarının miktarı, p ve m alkalinitelerinden bulunabilmektedir. Titrasyon değerlendirmeleri çizelgeye göre yapılır: TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 13
Suyun Kimyasal Özellikleri Tablodan bulunan hidroksil, karbonat ve bikarbonat iyonlarının değerleri, 2,8 ile çarpılarak baziklik dereceleri (Alman derecesi) hesaplanabilir. m x 2,8 = tüm baziklik derecesi p x 2,8 = fenolftalein baziklik derecesi a x 2,8 = kostik bazikliği derecesi (a = 2p m) Suyun Kimyasal Özellikleri Tablodan bulunan hidroksil, karbonat ve bikarbonat iyonlarının değerleri, bu iyonların miktarlarını hesaplarken ekivalent ağırlıkları ile çarpılır. CO -- 3 = 60 HCO 3- = 61 OH - = 17 Suyun Kimyasal Özellikleri 4. Sertlik Bir suyun sertliği içerdiği minerallerden oluşur. Bu mineraller kalsiyum, magnezyum, demir, çinko, alüminyum ve manganez bileşikleridir. Ancak kalsiyum ve magnezyum diğerlerine göre çok daha fazladır. Terbiyede Proses Suyundan Beklenen Özellikler TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 14
Terbiyede Sudan Beklenen Özellikler Fabrikalarda kullanılan sularda bulunması istenen özellikler, suyun kullanılacağı yere ve işleme göre birbirinden farklılık gösterir. Tekstil fabrikalarında kullanılan su; 1. Kazan suyu ve 2. İşletme suyu olarak iki grup altında toplanmaktadır. 1. Kazan suları Enerji kaynağı olarak ve ısıtmada kullanılacak su buharının eldesi için gerekli olan sudur. Kazan işletmesinde, özellikle yüksek basınçlarda, suyun sadece sertliğini değil, içerisinde bulunan bütün maddeleri göz önünde bulundurmak gerekir. 1. Kazan suları A- Kaba, kolloidal ve moleküler pislikler Organik ya da inorganik esaslı olan bu safsızlıklar filtrasyon ya da çöktürme yoluyla uzaklaştırılmalıdır. 1. Kazan suları B- Silisyumdioksit (SiO2) Silikat taşlarına neden olur. Mutlaka uzaklaştırılmalıdır. Kazan suyuna trisodyumfosfat ilave edildiğinde kalsiyum ve magnezyum silikatların oluşumu önlenir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 15
1. Kazan suları C- Suya sertlik veren iyonlar (Ca( ve Mg) Kazan taşı oluşumuna neden olurlar. Kazan taşı oluşumunu önlemek için fosfat ilave edilir. Genellikle trisodyumfosfat tercih edilir. 1. Kazan suları D- Çözünmüş gazlar (O2 ve CO2) Korozyona neden olurlar. Amonyak ilavesiyle karbondioksit zararsız amonyum karbonat haline dönüştürülür. 1. Kazan suları Sonuç olarak iyi bir kazan besleme suyu; 1. Kazan taşı oluşturmamalı 2. Korozyona neden olmamalı 3. Temiz buhar eldesine olanak vermelidir. 2. İşletme suları Tekstil terbiyesinde kullanılacak olan sudur. Başlıca beklentiler: Renk renksiz olmalıdır ph nötr veya 7,5 civarı Sertlik 0 civarında Metal iyonları özellikle demir ve mangan bulunmamalı İndirgen ve oksidan madde bulunmamalı TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 16
2. İşletme suları İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar terbiye işleminin cinsine göre çeşitli olumsuzluklara neden olurlar. İşletme suyunda bulunabilecek safsızlıklar ve neden olabilecekleri problemler listelenecek olursa: İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler 1- Katı ve kolloidal maddeler 2- Ağır metaller 3- ph 4- Su sertliği İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler I- Katı ve kolloidal maddeler: Bu maddeler tekstil malzemesinin üzerine yapışarak malzemenin görünümünün bozulmasına neden olurlar. Özellikle sargı şeklindeki malzemelerin terbiyesinde, flottenin sirkülasyon yönüne bağımlı olarak, sargının iç ve dış taraflarında tutunup kalırlar. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler II- Ağır metal iyonları: Bu iyonlar (demir, mangan) kasar işlemlerinde katalitik etki göstererek liflerin zarar görmesine neden olabilirler. Kullanılan kimyasalın boşa tükenmesine neden olurlar. Malzemede lekeler oluşturabilirler. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 17
İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Mangan iyonları makine ve cihazların kauçuk aksamına etki yaparak eskimesine (yaşlanmasına) neden olurlar. Tanen ile yapılan çalışmalarda demir iyonu tanen ile reaksiyona girerek koyu renkli bileşiklerin oluşmasına neden olur. II. Ağır metal iyonları Şekilde çözgüsü viskon,, atkısı pamuk olan bir dokuma kumaş görülmektedir. II. Ağır metal iyonları II. Ağır metal iyonları Şekilde kopmuş olarak görünen kısım viskon çözgüdür. Kopmanın nedeni makine aksamından bölgesel olarak bulaşan demir iyonlarının ağartmada katalitik etki göstermesidir. Terbiye sırasında, zaten yaş dayanımı düşük olan viskon lifleri katalitik hasarın da etkisiyle kopmuş ve şekilde görünen hata oluşmuştur. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 18
II. Ağır metal iyonları Burada bir hususa dikkat çekmekte fayda var: Metal iyonları sadece sudan değil pamuk lifinden de kaynaklı olabilir. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler III- ph Düşük olması durumunda liflere zarar verebilir, makinelerin korozyonuna neden olabilir. Bunun yanında asit ya da alkali fazlası bazı tekstil proseslerini bozabilmektedir. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Doğal sular bikarbonatların varlığından kaynaklanan alkaliniteye sahip olabilmektedirler. Çürümüş bitki atıkları ihtiva eden bazı kaynaklardan gelen sular hafif asidik olabilmektedir. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Ayrıca saflaştırma prosesleri de suyun ph ının değişimine neden olabilmektedir. Reçine ile yumuşatmada suyun bikarbonat içeriği artarak ph 8 seviyelerine çıkabilmektedir. Kireç-soda prosesi ile saflaştırılan suyun ph ı da alkali olabilmektedir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 19
İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Ege Üniversitesinde yapılan yüksek lisans çalışmasında sudaki bikarbonatın ph a etkileri incelenmiştir. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Isıtma ve kaynatma sonrasında sodyumbikarbonat iyonları sodyum karbonat iyonlarına dönüşmeye başlamaktadır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 20
İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler IV- Su sertliği İşletme suyunun yumuşak olması istenir. Suyun sertliği, içerdiği minerallerden oluşur. Bu mineraller kalsiyum, magnezyum, demir, çinko, aliminyum ve manganez bileşikleridir. Fakat su içindeki kalsiyum ve magnezyum iyonlarının diğerlerine göre çok fazla olması sebebiyle su sertliğinde öne çıkarlar. Bunlar karbonat, bikarbonat, klorür, sülfat ya da nitrat bileşikleri şeklinde görülür. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Çeşitli sertlikler bulunmaktadır: Tüm sertlik (TS): suda çözünmüş halde bulunan tüm toprak alkali bileşiklerin oluşturduğu sertlik Geçici sertlik (GS): Bikarbonat ve karbonatların oluşturduğu sertliktir. Karbonat sertliği olarak ta ifade edilir, su ısıtıldığında bikarbonat bileşikleri karbonat şekline dönüşüp çökeceklerinden bu şekilde giderilebilirler. Kalıcı sertlik (KS): Bikarbonat ve karbonatlar dışındaki kalsiyum ve magnezyum nötr tuzlarının oluşturduğu sertliktir. (Ca( Ca-Mg klorür ve sülfatlar) İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Kalsiyum sertliği: suda çözünmüş olarak bulunan kalsiyum bileşiklerinin oluşturduğu sertliktir. Magnezyum sertliği: suda çözünmüş olarak bulunan magnezyum bileşiklerinin oluşturduğu sertliktir. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Çeşitli sertlik birimleri vardır. Bunlardan en çok kullanılanları şunlardır ; 1. FRANSIZ SERTLİK DERECESİ (FS) : Litrede 10 mg kalsiyum karbonat kapsayan suyun sertliği, 1 Fransız Sertlik Derecesidir. 2. İNGİLİZ SERTLİK DERECESİ (IS) : 1 galon (0,7 litre) suda 10 mg kalsiyum karbonat kapsayan suyun sertliği, 1 İngiliz Sertlik Derecesidir. 3. ALMAN SERTLİK DERECESİ (AS) : Litrede 10 mg kalsiyum oksit(cao CaO) ) kapsayan suyun sertliğidir. 4. AMERİKAN SERTLİK DERECESİ (ppm( ppm): 1 Litrede 1 mg kalsiyum karbonat kapsayan suyun sertliği 1 ppm dir. 1 FS ( F)( = 0,56 AS ( dh( dh) ) = 0,7 IS ( eh)( = 10 ppm TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 21
Sert Su Nasıl Derecelenir? Çok yumuşak 0-5 F Yumuşak 5-10 F Orta sert 10-20 F Sert 20-30 F Çok sert >30 F İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Su sertliğinin tayininde en çok kullanılan iki metot: 1. Boutron-Boudet Boudet yöntemine göre su sertliği tayini (sabun metodu) 2. EDTA ile sertlik tayini İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Boutron-Boudet Boudet yöntemine göre su sertliği tayini (sabun metodu) Suyun sertliğini meydana getiren Ca ve Mg gibi katyonlar, yüksek karbonlu yağ asitlerinin alkali tuzları olan sabun ile suda çözünmeyen bir çökelti meydana getirirler. Suda bulunan sertlik verici iyonların bu şekilde çökerek sudan ayrılmasından sonra sabun köpürür. Sabunun bu özelliğinden yararlanarak suyun toplam sertliği, ayarlı sabun çözeltisi ile tayin edilebilir. Tayinde indikatör olarak köpük kullanılır. Metot kesin sonuç vermemekle beraber, pratik olması nedeniyle özellikle arazi analizleri ve sanayide uygulanır. İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler EDTA ile sertlik tayini Etilen diamin tetra asetik asit ve bunun sodyum tuzu metal katyonlarının bulunduğu çözeltiye ilave edildiği zaman, çözünebilir halka kompleksi meydana getirir. ph ı 10,0 ± 0,1 ve kapsamında Ca ve Mg bulunan çözeltiye Erio Chorome Black T ilave edilirse çözeltinin rengi şarap kırmızısı rengini alır. Bu çözeltiye EDTA ilave edilirse, Ca ve Mg iyonları EDTA ile kompleks meydana getirir. Çözeltide bulunan Ca ve Mg iyonlarını kompleks içerisine alacak kadar EDTA ilave edilirse, renk şarap kırmızısından maviye döner. Bu titrasyonun son noktasıdır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 22
EDTA Eriochrome Black T (Schwarz( T) Eriochrome Black T (Schwarz( T) de aslında kompleks yapma özelliğine sahiptir. EDTA numune hazırlama Suda kalsiyum ya da magnezyum iyonları varsa Eriochrome bunlarla kompleks oluşturarak kırmızı renk alır. EDTA ilave edildiğinde, EDTA daha kuvvetli olduğu için kalsiyum ve magnezyum iyonlarını Eriochrome dan alıp kendisine bağlar. Dolayısıyısla renk maviye döner. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 23
Titrasyon EDTA titrasyon İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler İşletme suyunun yumuşak olmaması durumunda karşılaşılabilecek problemler 4 başlıkta incelenebilir: 1. Sert sabun oluşumu 2. Alkali ve yüksek sıcaklıkta çökme 3. Soda kullanımında çözünmeyen bileşikler oluşturma 4. Düzgünsüz boyama TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 24
İşletme sularında bulunabilecek safsızlıklar ve oluşturdukları problemler Sert sabun oluşumu ve çökmesi Yıkamada sabun kullanılması durumunda sert su sert sabun oluşturur.(1) Böylece hem sabun tüketimi artar hem de tekstil mamulünün üzerine çökebilen sert sabunlar oluşur. Suda çözülmeyen sert sabunların oluşması ve bunların çökmesine sabun kesilmesi denir. Sert sabun problemi Oluşan sert sabunlar, yıkama işlemine katılmadıklarından, suyun sertlik derecesine bağlı olarak bir miktar sabunun boşa gitmesine neden olurlar. Örneğin 100 litre suda 1 Alman sertliğinde 16 g 15 Alman sertliğinde 240 g sabun boşa gitmektedir. Sert sabun problemi Oluşan sert sabunların kumaş üzerine çökmesi sonucu lekeler meydana gelir ve buna bağlı olarak kumaşın kirlenmesine, yapılan boyamaların kötü sürtme ve yıkama haslıkları göstermesine neden olarak, kumaş kalitesi düşer. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 25
Sert sabun problemi Sert sabunlar kumaşın gözeneklerini tıkayarak özellikle iç çamaşırların sağlık açısından kötüleşmesine neden olurlar. Çamaşırların tutumunun kötüleşmesi yanında sert sabunlar hidrofob özellikte olduğundan çamaşırlar da su itici karakter kazanır ve ter emme (havlularda su emme) özellikleri düşer. Sert sabun problemi Oluşan sert sabunları giderebilmek için, dispergir maddeler kullanılabilse de ekonomik olup olmadığı tartışılmalıdır. Su sertliği Su sertliğinin oluşturacağı diğer bir problem (2) bazik ve yüksek sıcaklıkta yapılan işlemlerde çökerek malzemenin tutumunu bozmalarıdır. Su sertliği Aynı formülü Ca yerine Mg koyarak ta yazabiliriz. Görüldüğü gibi, kaynatma sonucunda suda çözünen bikarbonat iyonları çözülmeyen karbonatlar halinde çökmektedir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 26
Su sertliği Asit ilave edildiğinde (bazı boyamalarda olduğu gibi), çökelekler oluşmayıp, suya sertlik veren Ca ve Mg iyonları, suda çözünebilen başka bileşiklere dönüşürler. Su sertliği Su sertliğinin oluşturacağı diğer bir problem (3) terbiye işlemlerinde soda kullanılması durumunda kalsiyum tuzları ile sodanın reaksiyona girmesi sonucu, suda çözünmeyen bileşikler oluşmasıdır. Su sertliği Su sertliğinin oluşturacağı son problem (4) ; suda çözünen boyarmaddelerle yapılan boyamalarda Ca ve Mg iyonları boyarmaddelerle birleşerek, suda zor çözünen veya hiç çözünmeyen bileşikler oluşturmaları ve dolayısıyla düzgünsüz boyamaya neden olmalarıdır. Su sertliğinin isteneceği yer var mıdır?? TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 27
Su sertliğinin isteneceği yer var mıdır? 2. İşletme suları Hidrojen peroksit ile ağartma yaparken stabilizatör olarak su camı (silikat) kullanılıyorsa kullanılan suda az da olsa magnezyum sertliği bulunması istenir, hatta yoksa ilave edilir (Epsom( tuzu-magnezyumsülfat magnezyumsülfat). Çünkü su camı magnezyum ile birleşerek magnezyum silikatı oluşturur ki bu da stabilizatör görevi yapar. Reaktif Boyama Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Özellikle pamuk boyamacılığında en çok tercih edilen sınıftır. Parlak renkleri ve lif ile kovalent bağ yapması önde gelen özellikleridir. Klasik boyama reçetesi tuz, alkali ve boyarmaddeyi içerir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 28
Vinilsülfon tipi için : ph 11 (alkali) (C) 50-80 g/l tuz (B) Reaktif Boyama Reaktif Boyama Reaktif boyamada alkali boyarmadde ve lif arasında katalizör görevi yapar. Burada alkali miktarı değil ph asıl önemli noktadır ve proses süresince dikkatle kontrol edilmelidir. Uygun ph değerleri ılık banyoda (60 C) boyayanlar için ph 11,5, sıcak banyoda boyayanlar (80 C) için ph 10-11 11 ve soğuk banyoda (40 C) boyayanlar için ph 12,5 seviyesindedir. Reaktif Boyama Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Boyama banyosunda bikarbonat bulunması durumunda, bikarbonat ortamın ph sını tamponlama noktası olan 8,82 e çeker. Pamuk elyafının reaktif boyarmaddeler ile boyanmasında, ortamdaki bikarbonat varlığının problem olması işte ph üzerindeki bu etkiden kaynaklanmaktadır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 29
Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Bikarbonatın ph ı etkilemesi sonucu ; Boya girişinden soda veya alkali dozajına kadar olan ısıtma anında ph yükselir. İlk soda veya alkali ilavesi ile ph ani yükselmektedir. Ortamın ph değeri 7-7,5 iken ilk soda ilavesi ile çok kısa sürede ph = 9-9,5 değerine çıkmaktadır. Sıcaklık sonrası ortama soda veya alkali ilavesi ile ph = 11 e çıkılamaz. Soda veya alkali dozajı bittikten sonra ph düşmeye başlar. Bikarbonat çökmelerine zaman zaman rastlanmaktadır. Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi İşletmelerde genellikle kuyu suyu kullanılır. Bu önce yumuşatma işleminden geçirilerek toplam sertliği giderilir. Kalsiyum ve magnezyumun karbonat, bikarbonat ve sülfat gibi bileşikleri reçinelerden geçince kalsiyum ve magnezyum iyonları tutulur. Diğer iyonlar ortamda kalır. Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Flotte ısıtıldığında ortamdaki bu bikarbonat varlığı ortamın ph değerini tamponlar. Bu tamponlama nedeni ile ph = 8,82 değerine doğru değişmektedir Boyama prosesi basit olarak üç ayrı aşamada incelenebilir. Bunlar migrasyon aşaması, alkali dozajı aşaması ve son aşama olarak fiksasyondur. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 30
Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Migrasyon Aşaması Boyarmadde ortama verildikten sonra tuzun elektrolit etkisi ile boyarmadde kumaşın üzerine çektirilir. Sıcaklık yükseltilmesi ile boyarmaddenin kumaş üzerindeki düzgün dağılım sağlanır. Alkali (soda veya sıvı alkaliler) dozajına kadar ph asidik ortamda sağlanmalıdır. Oysa ortamdaki bikarbonat varlığı ph ın asidik ortamda kalmasını engeller. Bu durumda kuvvetli boyarmaddeler erken fiksasyona girerler. Çünkü ph yükselmesi ile bazı boyarmaddeler düşük sıcaklıkta, düzgün dağılım sağlanmadan pamuk ile reaksiyona girerler. Bu durumda kuvvetli reaktivitedeki boyarmaddeler ilk önce selülozun en kolay bağları ile bağlanmaktadır. Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Alkali Dozajı Aşaması Ortama alkali ilavesi yapıldığında boyarmaddelerin fiksasyonu başlar. Alkali ortalama 30 dakikada dozajlanır. Dozaj bitiminde boyarmaddenin %50 si fiske olur. ph değerinin yavaş yavaş yükselmesi için alkali dozajlı verilir. Dozajlama ile teorik olarak ph =6 dan 11 e lineer artarak yükselmesi beklenir. Fakat pratikte yapılan çalışmalarda bu lineerlik görülmez. İlk alkali dozajında, toplam alkali miktarının % 5 kadarı dozajlandığında ph değeri ani bir yükselme ile 9,0 9,5 değerini bulmaktadır. Bu ani yükselme ile boyama hızlı olduğundan abrajlı boyama riski yükselir. Bu nedenle boyama verimi düşer ve bazı boyarmaddeler hidroliz olduğundan renk farkı olmaktadır. Alkali dozajlamada ani ph yükselmesi Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Fiksasyon Aşaması Soda dozajı ile ph = 10,8 11,2 aralığına getirilmelidir. Soda dozajı sonrasında, kalan boyarmaddeler selülozun diğer bağları ile bağlanmak için yarışırlar. Alkali ortamda soğuk boyalar daha hızlı hidroliz olduklarından bu süre 45 dakikayı aşmamalıdır. Ortamda bikarbonat olduğu zaman soda dozajı sonrası ph = 10,8 e kadar çıkarılamaz. Bunun nedeni bikarbonatın ph değerini kendi ph tamponlama noktası olan 8,82 değerine çekmek istemesindendir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 31
Bikarbonat etkisiyle ph düşmesi Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Yukarıda anlatılan nedenler ile işletmede meydana gelen olan aşağıdaki problemler bikarbonat varlığından kaynaklandığı görülmektedir. Bunlar; 1. ph = 11 değerine sadece soda kullanılarak ulaşmak mümkün olmaması, 2. Soda sonrası ph değeri kısa sürede düşmesi, 3. Beyaz çökeltiler ve renklerin matlığı, 4. Laboratuar işletme ve partiler arası renk farkının olması, 5. Boyaların çektirilememesi, 6. Bazı renk haslıklarının düşüklüğü, gibi problemlerin bikarbonattan kaynaklandığı görülmektedir. Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Kaynak: Reşat UCA, Adem ÇINARLI, Sinan İPEKTEN, Gökhan ÇAYLI REAKTİF BOYAMADA BİKARBONAT PROBLEMLERİNİN ÇÖZÜMÜ VEYA SODA YERİNE ; COLINOR İLE SODYUM HİDROKSİT KULLANIMI VE AVANTAJLARI I. Ulusal Tekstil Yardımcı Kimyasalları Kongresi, Bursa 2002 Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Bikarbonat iyonlarının ph üzerine etkisini araştırmak için Ege Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Bölümünde de bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışma kapsamındaki veriler çizelgelerde gösterilmiştir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 32
Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Belirli miktar bikarbonat ilave edilen suyu aşağıdaki diyagrama göre boyama şartlarında muamele ederek ölçülen değerler Çizelge 6.6 da verilmiştir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 33
Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Çizelgeden çıkan sonuçlar: Birkarbonat miktarı arttıkça oluşan tamponun etkisi artmakta ve ph 11 e çıkılamamaktadır. Birkarbonat miktarı arttıkça nihai ph düşmektedir. İşlem süresi uzadıkça tampon etkisi artmaktadır. Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Nasıl Önlenir? Bu problemleri çözmek için boya sonrasından soda dozajına kadar ph sabit tutulmalı, soda dozajı ile ph yükselmesinin lineer olması sağlanmalı ve ph =11 çıkarılması sağlanarak aynı değerde sabitliği sağlanmalıdır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 34
Reaktif Boyamada Bikarbonat Problemi Bikarbonat probleminin çözümünde tamponlayıcı maddeler kullanılmasının yanında ; tandem, split, asitleme,, tersinir osmoz ve kireçleme gibi bikarbonat iyonlarının giderilmesi sağlayan düzeneklerde kullanılabilir. Terbiye Proseslerinde Kullanılan Suyun Özellikleri Terbiye Proseslerinde Kullanılan Suyun Özellikleri Tekstil terbiye işletmelerinde kullanılan sudan beklenen temel kriterler şunlardır: 1. Askıda madde bulundurmamalı 2. Nötral ph a sahip olmalı 3. Demir, mangan, kalsiyum ve magnezyum tuzları ve ağır metaller içermemeli 4. Korozyona sebep olmamalı 5. Köpüklenmeye ve kokuya neden olan maddeler içermemeli Terbiye Proseslerinde Kullanılan Suyun Özellikleri Bu kriterler ışığında tekstil proselerinde kullanılacak sulardaki kirliliklerin kabul edilebilir limitlerini şöyle özetlemek mümkündür: TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 35
Terbiye Proseslerinde Kullanılan Suyun Özellikleri Terbiye Proseslerinde Kullanılan Suyun Özellikleri 1- Renk Bu özellik genellikle gerek asılı gerek çözülebilir maddeler olarak kirlenmenin belirtisidir. Kabul edilebilir kirliliğin limiti 5 birim (hazen( hazen) ) dir. Çöktürme ve filtrasyonla yapılan saflaştırma işlemleri genellikle rengi düşük seviyelere indirmektedir. 1- Renk Hazen birimi: 1892 yılında kimyacı A. Hazen tarafından Pt/Co (platin/kobalt) içeren stok çözeltilerle hazırlanan bir skaladır. 1952 yılında ASTM (American Society for Testing and Materials), ASTM Test Method D1209 StandardTest Method for Color of Clear Liquids (Platinum-Cobalt Scale). metodunu buna dayanarak geliştirmiştir. The reference solutions are designated according to their platinum content in mg/l in the range 0 500. American Public Health Association (APHA) da benzer bir metodu kullanır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 36
2- Bulanıklık Bulanıklık çoğu kez renkle birlikte ifade edilmektedir, ancak çözülebilir maddelerin değil asılı durumdaki katı maddelerin belirtisidir. 3- Asılı katı maddeler Miktarı çok düşük olmalı ve tekstil malzemesi üzerine çökmemelidir. Genel kullanım içim 5 mg/l yeterli olsa da bobin boyamada daha düşük limitler gerekebilmektedir. Çünkü bobinler çok etkili filtre görevi görürler ve katı maddeleri banyodan süzerek kendi üzerlerine biriktirirler.bobin üzerindeki katı çökelekler koyu lekeler olarak görülürler. 4- Sertlik Bütün tekstil proseslerinde olmasa bile bazılarında proses suyunun sertliğinin giderilmesi gerekmektedir. Örneğin sabun kullanılanlarda yumuşak su şartken peroksit ağartmasında bir miktar sertlik (Mg) istenebilir. Yumuşatma genelde iyon değiştirme prosesi ile yapılır ve 0 a yakın sertlikte su elde edilir. 5- Metaller Metaller lekelenmelere neden olmakta ya da prosesi bozmaktadır. Demir, mangan, alümimyum,, bakır ve ağır metaller için limitler çizelgede verilmişti. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 37
6- Silis Silis ya da silisyumdioksit sularda az miktarda bulunur. Su sert olmadığı sürece az miktardaki silis zararlı değildir. Sert sularda ise kalsiyum ve magnezyumsilikat çökelekleri meydana getirmektedir. 7- Sülfat SO -2 4 Doğal kaynaklı ya da alüminyum sülfat ile yaptırılan koagülasyondan veya suyun tekrar kullanımından kaynaklanır. Boyama hızına etki etmemesi için boyahanelerde takip edilmelidir. 8- Klorür Bazen tuz içeren kaya tabakalarından oldukça fazla miktarda klorür suya geçmektedir. Sülfatta olduğu gibi boyama hızına etki etmemesi için konsantrasyonu sabit olmalıdır. 9- Klor Suların sterilizasyonundan gelebilecek az miktarda serbest klor (0,1-0,2 0,2 ppm) ) zararlı değildir. Bu klor sodyumbisülfit ile uzaklaştırılabilir. Ancak yine de kaynağını belirlemek ve önlemek gereklidir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 38
10- Fosfat Nehirlerdeki fosfat miktarı kanalizasyon sularının deşarjı nedeniyle artma eğilimi gösterir. Evlerde kullanılan deterjanlardan gelen fosfatlar bunun kaynağıdır. Kalsiyumkarbonat çökeleklerini önlemek için yapılan sodyumhegzametafosfat ilaveleri de sudaki fosfatın kaynağı olabilir. 11- Karbondioksit Doğal sularda serbest halde bulunduğu gibi sert suların asitlenmesi sonucu da ortaya çıkar. Prosese zarar vermese de demir boruların korozyonuna sebep olur. 12- Çözünmüş oksijen Suların çoğu içerir. Korozyona neden olur ve etki basınç ve sıcaklıkla artar. 13- Optik beyazlatıcılar Düşük miktarları bile pastel tonların eldesinde sorun oluşturur. Suyu bir miktar buharlaştırdıktan sonra pamuk veya sentetik bir lifle muamele edildiğinde malzeme UV ışığı altında incelenir ve kolayca varlığı belirlenir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 39
14- Yüzeyaktif maddeler Boyama banyosunda kullanılacak ideal bir suyun özellikleri: Parametre Sınır değerler Görünüm berrak Su kaynağındaki miktarları giderek artmaktadır. Genelde problem oluşturmazlar. Ancak aprede kullanılan katyonik YAM lar ile anyonik YAM lar ve yıkama kullanılan anyonik YAM lar ile katyonik YAM lar birleşirse çökmeler olmaktadır. Bu maddelerin varlığı suda kirlenme olduğunun işaretidir. Koku kokusuz ph-değeri nötür Sertlik < 5 dh Çözünmüş katı maddeler < 1 mg/l Katı madde kalıntıları < 5 mg/l Organik maddeler < 20 mg/l (KMnO 4 sarfiyatı) İnorganik tuzlar < 500 mg/l Demir miktarı (Fe) < 0,1 mg/l Mangan miktarı (Mn) < 0,02 mg/l Bakır miktarı (Cu) < 0,005 mg/l Nitrat miktarı (NO- 3 ) < 50 mg/l Nitrit miktarı (NO- 2 ) < 5 mg/l 5 İşletme Suyu Analizleri Toplu Sonuçları Bölge : BURSA İncelenen su : İşletme suyu Suyu incelenen Firma sayısı : 30 Numunelerin alındığı tarih aralığı: Nisan 2000 Eylül 2000 Parametre Hedef değer Bulgu Görünüm renksiz berrak renksiz berrak ph-değeri 6 8 7,3 8,3 Toplam sertlik < 5 dh; <2 dh iyi 0,2 10,0 Bikarbonat < 300 mg/l 140 500 Demir miktarı < 0,1 mg/l 0,01 0,3 Mangan miktarı < 0,02 mg/l 0,001 0,22 Bakır miktarı < 0,005 mg/l 0 0,65 Silis < 10 mg/l 6,2 32,4 6 6 TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 40
Proses suyu hazırlama işlemleri Proses suyu hazırlama işlemleri Su hazırlanmasından amaç şu ana kadar olumsuz etkileri anlatılan safsızlıkların sudan uzaklaştırılmasıdır. Henüz hazırlanmamış olan suya brüt su denir. Brüt su olarak bazen yüzey suları bazen de derin sular anlaşılır. Her iki su arasındaki temel farklılıklar Tablo da gösterilmiştir: Yüzey suyu ve derin su arasındaki farklılıklar Bulanıklık ve süspansiyon maddeleri Renk Mineral miktarı Çözünmüş haldeki demir ve mangan Silis Yüzey suları Değişken, bazen yüksek Değişken bazen yüksek Geçtiği yere göre değişken Genellikle yoktur Orta seviyede Derin sular Çok az veya yok Çok az veya yok Yüzey sularına göre yüksektir Genellikle vardır Bazen yüksek Proses suyu hazırlama işlemleri Buna göre yüzey suları ile derin suların hazırlama işlemleri arasında bir miktar fark bulunmaktadır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 41
Proses suyu hazırlama işlemleri Bu işlemlerde amaç bulanıklığın, süspansiyon maddelerin ve organik maddelerin giderilmesidir. Ancak brüt suyun cinsine ve içerdiği değişkenlere göre işlemlerin tamamı veya bir kısmı uygulanır. Bu işlemlerde sertlik ve baziklik giderilmemektedir. Bunların giderilmesi bu işlemden sonra yapılmaktadır. Yüzey sularının temizlenmesi 1. Direkt filtrasyon a. Ön koagülasyon-flokülasyon yapmadan direkt filtrasyon b. Kısmi ön koagülasyon-flokulasyon yaparak filtrasyon 2. Koagülasyon-flokülasyon flokülasyon-dekantasyon veya flotasyon a. Koagülasyon-flokulasyon flokulasyon-dekantasyon b. Koagülasyon-flokülasyon flokülasyon-flotasyonflotasyon Derin suların temizlenmesi 1. Çözünmüş gazların giderilmesi 2. Demir ve manganın giderilmesi Su sertliğinin giderilmesi 1. Çöktürme yöntemleri a. Kireç-soda yöntemi b. Alkali-kostik kostik yöntemi c. Soda yöntemi d. Neckar yöntemi e. Karbonat sertliğinin giderilmesi f. Barit yöntemi g. Fosfat yöntemi 2. İyon değiştirme yöntemleri a. Anorganik iyon değiştiriciler b. Yapay esaslı iyon değiştiriciler c. Tam tuzsuzlaştırma işlemi d. Amonyum iyon değiştiricisi e. Kısmi tuzsuzlaştırma f. Karbon değiştiricileri TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 42
Alkali (Baziklik) ayarlanması Bunlardan sonraki adımda yapılabilecek işlemler: 1. Alkali (Baziklik) ayarlanması 2. Kondens sularındaki yağların giderilmesi Yüzey sularının temizlenmesi 1. Direkt filtrasyon a. Ön koagülasyon-flokülasyon yapmadan direkt filtrasyon b. Kısmi ön koagülasyon-flokulasyon yaparak filtrasyon 2. Koagülasyon-flokülasyon flokülasyon-dekantasyon veya flotasyon a. Koagülasyon-flokulasyon flokulasyon-dekantasyon b. Koagülasyon-flokülasyon flokülasyon-flotasyonflotasyon 1. Direkt filtrasyon Poröz (gözenekli) bir ortamdan veya geçirimli bir madde arasından geçirilen suyun arıtılması işlemine filtrasyon (süzme) adı verilmektedir. Bu işlem esnasında, askıda ve kolloid maddelerin tutulması ve mikroorganizmaların giderimi gerçekleşir. 1. Direkt filtrasyon Filtrasyon işleminde kullanılan filtre ortamı, yani gözenekli ortam, Tanecikli kum yatağı, Çakıl taşları, Antrasit Cam, küçük kömür parçacıkları Veya herhangi bir kararlı madde (gözenekli beton, plastik v.b.) olabilir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 43
1. Direkt filtrasyon Kumun diğer filtre malzemelerine göre ucuz oluşu, her yerde kolayca bulunabilmesi ve uygulamalarda iyi sonuçlar vermesi kum filtrelerinin yaygın olarak kullanılmasına neden olmuştur. 1. Direkt filtrasyon Kullanılan filtre ortamına göre filtreler üç sınıfa ayrılırlar: a. Tek ortamlı filtreler: Tek tip filtreler olup filtre ortamı genellikle kum veya sıkıştırılmış antrasittir. b. Çift ortamlı filtreler: Filtre yatağında iki tip filtre malzemesi mevcuttur. Genelde antrasit ve kum kullanılır. c. Çok ortamlı filtreler: İkiden fazla filtre malzemesi içerirler. Genellikle filtre ortamı için kum, antrasit ve çakıl kullanılır. 1. Direkt filtrasyon 1. Direkt filtrasyon Tekstil proses suyu hazırlanmasında kullanılan filtreler genellikle homojen kum filtre ya da çift tabakalı antrasit-kum filtreleridir. Üst tabakayı oluşturan antrasit kuma göre daha etkilidir (2-3 3 kat). Brüt suyun yapısına bağımlı olarak çift tabakalı filtrelerin kullanılmasında, homojen filtrelere nazaran sistematik bir avantaj yoktur. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 44
Antrasit 1. Direkt filtrasyon Antrasit aslında kaliteli bir cins taş kömürüdür. Doğal antrasit ; askıda katı maddeler olarak adlandırılan suda çözünmeyen kum, çamur ve tortuların giderilmesi, içme sularında okside edilmiş demir ve mangan giderilmesi ve kazanlarda silis kaçağının önlenmesi için kullanılır. Kendisinden sonra uygulanacak arıtım elemanlarının tortudan korunmasını sağlar. Böylece su. minimum mikronojlara inerek tortusuz, renksiz ve berrak bir görünüm kazanır. Antrasit filtrelerde ise filtrasyon sadece, süzme etkisiyle değil aynı zamanda adsorpsiyon etkisi ile de gerçekleşir. Doğru dizayn ve seçim yapıldığı takdirde 10 mikron hassasiyete kadar oldukça efektif ve güvenilir bir şekilde filtre edebilirler. r. Kum tanelerinin veya antrasit in van der waals vs.. gibi çekim kuvvetleri, mikron mertebesinde küçük olan tozları kendilerine çeker. Toz, kum tanesine gider yapışır. Elek prensibinden farklıdır. Kum, antrasit veya dual media filtreleri adsorpsiyon prensibi ile çalışırlar. Suyu berraklaştırırlar. 1. Direkt filtrasyon Filtrasyon mekanizmaları: Kum filtrelerinde katı maddeler değişik mekanizmalarla tutulmaktadırlar. Bunlar: 1. Mekanik süzme 2. Çökelme 3. Yüzeyde tutma (adsorbsiyon( adsorbsiyon) 4. Kimyasal reaksiyon 5. Biyokimyasal reaksiyon 1. Mekanik süzme Kum tanecikleri arasındaki gözeneklerden daha büyük olan askıda katı maddeler su ortamından uzaklaştırılır. Tutulan tanecik büyüklükleri filtre yatağı içindeki gözenek büyüklüğüyle sınırlı kalır ve filtrasyon hızından etkilenme olmaz. Mekanik süzmede askıda katı maddelerin sadece bir kısmı su ortamından uzaklaştırılır. Partikül boyutu 60 mikrometreden küçük olanlar tutulamazlar. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 45
2. Çökelme Filtre yatağından aşağıya doğru geçirilen ham su içerisindeki kirletici taneciklerin filtre dolgu malzemesini oluşturan taneciklerin yüzeyine çökelmesi olarak tanımlanır. Filtrasyon işlemi devam ettikçe çökelen maddelerin etkili gözenek aralıkları düşecek ve filtrasyon verimi düşecektir. Bu nedenle belirli sürelerde filtre geri yıkamaya alınır. 3. Yüzeyde tutma (adsorbsiyon( adsorbsiyon) Askıdaki katı maddelerin, kolloidal maddeler ve moleküler düzeyde çözünmüş maddelerin uzaklaştırılmasında en etkin mekanizma adsorbsiyondur. Adsorbsiyonu sağlayan kuvvetler çok kısa mesafede (0,01-1 1 mikron) arasında etkili olurlar. Adsorbsiyonu oluşturan en önemli iki mekanizma kirletici ve dolgu malzemesindeki tanecikler arasındaki kütlesel kuvvetlerle elektrostatik kuvvetlerdir. 3. Yüzeyde tutma (adsorbsiyon( adsorbsiyon) Elektrostatik kuvvetler tutulacak taneciğin yükünün tutma yüzeyindeki yükle zıt olmasına dayanır. Uygun ph da filtre ortamındaki kum negatif yüke sahiptir ve pozitif yüklü tanecikleri yüzeyinde tutar. Su ortamındaki pozitif yüklü tanecikler: karbonat kristalleri, demir ve alüminyum oksit yumakları, demir, mangan tanecikleri v.b. Bunlar filtrasyon esnasındaki adsorbsiyon ile tutulurlar. 3. Yüzeyde tutma (adsorbsiyon( adsorbsiyon) Kum taneciğinin yüzeyinde biriken kirleticiler negatif yükü zamanla azaltır. Zamanla kum taneciğinin etrafı tamamen pozitif yüklerle kaplanır ve yüzey yükü pozitif hal alır. Böylece su ortamındaki fosfat, nitrat gibi çözünmüş negatif yüklü tanecikler de giderilir. Aynı şekilde aşırı doyma olunca yük tekrar değişir ve bu olay sonunda filtrenin toplam elektriksel yüzey potansiyelinde azalma olur ve çıkış su kalitesi bozulur. Bundan dolayı filtrenin geri yıkanması gerekir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 46
4. Kimyasal reaksiyonlar Ham su filtreye verildiğinde filtre ortamında çeşitli kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Bu reaksiyonlar sonucunda suda çözünmüş olan kirletici maddeler daha az zararlı bileşiklere veya çözünmeyen maddelere dönüşürler. 4. Kimyasal reaksiyonlar Arıtılacak su içerisindeki çözünmüş organik maddeler oksijen ile aerobik olarak parçalanırlar. C 5 H 7 O 2 N + 5O 2 4CO 2 + HCO - 3 + NH + 4 + H 2 O Bu reaksiyon bakteriler vasıtasıyla ilerleyerek (nitrosomonaz( ve nitrobakter) neticede karbondioksit, nitrat, hidrojen katyonu ve su oluşur. 4. Kimyasal reaksiyonlar Bu reaksiyonlar ile demir ve mangan iyonlarının giderilmesi de sağlanır. 2Mn +2 + O 2 + HCO - 3 2MnO 2 + 4CO 2 + 2H 2 O +2 değerlikli manganez +4 değerlikli mangandioksite yükseltgenerek su ortamından uzaklaştırılmıştır. 5. Biyokimyasal reaksiyonlar Filtre ortamında yaşayan mikroorganizmaların faaliyeti sonucu oluşan reaksiyonlardır. Organik maddelerin parçalanması reaksiyonlarında rol alırlar. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 47
1. Direkt filtrasyon Filtrasyon işleminde kullanılan filtreler inşaat ve hidrolik şartlara göre iki sınıfta incelenir: 1. Yerçekimi ile çalışan filtreler (açık filtreler): Suyun filtreden geçişi yerçekimi etkisiyle sağlanır, üstü açıktır. Hızlı ve yavaş olmak üzere iki tipi vardır. 2. Basınçlı filtreler: Su filtre içine basınçla basılır. 1. Direkt filtrasyon Açık filtreler Su yerçekimi etkisi kuvvetiyle süzülür. Bu filtrelerin üstü açık olup çıkış suyu basıncı atmosfer basıncına eşittir. 1. Direkt filtrasyon/ / açık filtre 1. Direkt filtrasyon Basınçlı filtreler Genellikle tank şeklinde yapılırlar. Suyu hareket ettiren kuvvet basınç farkıdır. Düşey ve yatay tipleri mevcuttur. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 48
1. Direkt filtrasyon/ / basınçlı filtre 1. Direkt filtrasyon/ / basınçlı filtre Filtrelemede temiz su girişi Kum filtre KUM ÇAKIL Filtrelenmiş su çıkışı TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 49
Filtrelerin temizlenmesi Filtredeki gözenekler zamanla dolacağı için temizlenmesi gerekir. Filtrelerin temizlenmesi geri yıkama işlemi ile yapılır. Şekilde geri yıkama işlemi gösterilmiştir. Filtrelerin temizlenmesi Çıkış suyu kalitesi bozulduğu zaman ve filtre basıncı değeri belli bir limiti aştığı zaman geri yıkama uygulanır. Geri yıkama işlemi ile ters akımda hava ile basınçlı su gönderilerek önce yatak genişletilir. Geri yıkama anında yatak kalınlığı ve porozitesi artar. Filtrelerin temizlenmesi Geri yıkama işlemi esnasında filtre temizlenmesinde yardımcı işlem olarak hava ile temizleme yanında mekanik temizleme ve ve yüzey yıkama da vardır. Ancak en çok hava ile temizleme uygulanır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 50
Filtrelerin temizlenmesi Filtrelerin temizlenmesi HATIRLAYALIM!!! Yüzey sularının temizlenmesi a. Ön koagülasyon-flokülasyon yapmadan direkt filtrasyon 1. Direkt filtrasyon a. Ön koagülasyon-flokülasyon yapmadan direkt filtrasyon b. Kısmi ön koagülasyon-flokulasyon yaparak filtrasyon 2. Koagülasyon-flokülasyon flokülasyon-dekantasyon veya flotasyon a. Koagülasyon-flokulasyon flokulasyon-dekantasyon b. Koagülasyon-flokülasyon flokülasyon-flotasyonflotasyon Koagülasyon: Koagülant maddelerin uygun ph da atıksuya ilave edilmesi ile atıksuyun bünyesindeki kolloidal ve askıda katı maddelerle birleşerek flok oluşturmaya hazır hale gelmesi işlemidir. Flokülasyon: Flokülasyon (yumaklaştırma), atıksuyun uygun hızda karıştırılması sonucunda koagülasyon işlemi ile oluşturulmuş küçük taneciklerin, birbiriyle birleşmesi ve kolay çökebilecek flokların oluşturulması işlemidir. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 51
a. Ön koagülasyon-flokülasyon yapmadan direkt filtrasyon Bütün süspansiyon maddelerinin ve brüt su içerisinde bulunan çok küçük partiküllerin giderilmesini sağlamadığından filtre edilen suda bu maddeler görülebilir. Süspansiyon maddeleri büyük partiküllerden oluşuyorsa uzaklaştırılabilir. Renk ve organik çözünen maddelerin giderilmesinde etkili değildir. Suyun ön koagülasyonu,, suya metal tuzlarının (alüminyum veya demir tuzları) veya katyonik polimerlerin ilavesiyle yapılır. Bu maddeler çok ince kolloidal maddelerin giderilmesini sağladıkları gibi rengin ve organik maddelerin giderilmesini de sağlar. Süspansiyon: Katının sıvı içerisinde homojen dağılması Kolloidal:Koloidal kelimesi aslında İngilizce bir terim olan colloid lerden geliyor. Homojen karışımlara bir örnektir koloidaller. Kolloidleri,, süspansiyon ve çözelti arasında bir yerde düşünmek yanlış olmaz. Çözeltiler gibi homojen dağılım göstermekle beraber, süspansiyon gibi parçacıklardan oluşur ve sıvı içerisinde asılı dururlar. Çözeltiler gibi çözücü sıvı molekülleri ile iyi bir bağ oluşturmazlar. Moleküllerden daha büyük yapılıdırlar. Yine de iyi bir mikroskop olmadan (çıplak gözle) görülemeyecek kadar da küçüktürler. Boyları yaklaşık 1 ile 100 nanometre (10 x -9) arasında değişir. Örnek; süt, mayonez, sis. b. Kısmi ön koagülasyon- flokulasyon yaparak filtrasyon b. Kısmi ön koagülasyon- flokulasyon yaparak filtrasyon Suda asılı bulunan çok ince kolloidal maddeleri çöktürmek için koagülant olarak alüminyum sülfat çok kullanılır. Alüminyum sülfat bazik ortamda aliminyumhidroksit halinde çöker. Kolloidal partiküllerin çoğu negatif yükle yüklenmiş halde bulunurlar ve pozitif yük taşıyan alüminyumhidroksite bağlanarak çökerler. Kısmi bir karıştırma yapılırsa çökme kolaylaşır. TEK4097 Tekstil Terbiyesinde Su Kalitesi ve Hazırlanması 52