Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi Cilt:31 Sayı:2-3 1994 DAMLA SULAMA SİSTEMLERİNDE KULLANILAN FİLTRELER V. DEMiR* E. UZ** ÖZET Filtreler, damla sulama sistemlerinde önemli rol oynarlar. Damlatıcılar; su geçiş bölgelerinin küçük olması nedeniyle tıkanmaya elverişlidirler. Bu da damla sulama ile sulamada tarla üzerinde kötü bir su dağılımına neden olmaktadır. Kötü bir su dağılımı sonuçta verimi azaltarak, enerji kullanımını ve sistemin bakım maliyetlerini arttıracaktır. Bu nedenle damla sulama sistemlerinde mutlak suretle filtre kullanılması gerekmektedir. Bu bildiride, damla sulama sistemlerinde kullanılan filtreler hakkında açıklamalar yapılmıştır. GİRİŞ Damla sulama sistemlerinin çalışması ile ortaya çıkan temel problemlerden biriside damlatıcıların tıkanmasıdır. Tıkanma problemleri tesisin düzenli çalışmasına sık sık engel olmakta ve sulama sisteminin etkinliğini azaltmaktadır. Önlem alınmadığı takdirde, tesis kurulduktan kısa bir süre sonra damlatıcılar tıkandığında, sistemin, tekrar çalışır konuma getirilmesi bakım maliyetini arttırmakta ve sistemin tekrar yeni baştan düzenlenmesine veya terk edilmesine sebep olmaktadır. Damlatıcı tıkanması, doğrudan-doğruya sulama suyunun kalitesine (süspansiyon oranına, kimyasal bileşimine ve mikrobiyal aktivitesine) bağlıdır (7,8). Bu nedenle tıkanmanın önlenmesi için uygulanan suyun içeriğindeki söz konusu faktörlerin belirlenmesi gereklidir. Damlatıcıların tıkanmasına neden olan fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörler Çizelge 1 deki gibi özetlenebilir. Söz konusu üç faktör arasında yakından bir ilişki vardır ve. birinin kontrol edilmesi ile diğerlerinin sebep olduğu problemler bir miktar azaltılabilir. Fiziksel problemlerin çözülmesinde mekanik filtrasyondan yararlanılır. Bu amaçla çeşitli tip ve yapıda filtreler kullanılmaktadır * E.Ü.Ziraat Fakültesi tarım Makinaları Bölümü. Arş.Gör. **E.Ü.Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü. Prof.Dr. 177
Çizelge 1. Damla sulama sistemlerinin tıkanmasında etkili olan fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörler (5,6). Fiziksel Faktörler (süspansiyon katılar) Kimyasal Faktörler (çökeltiler) Biyolojik Faktörler (bakteri ve algler) İnorganik partiküller: Kalsiyum veya Flamentler -Kum magnezyum karbonat -Mil -Kil -Plastik Kalsiyum sülfat Silimler Organik partiküller: Ağır metal - Suda yaşayan btkiler hidroksitler, Mikrobiyolojik (phytoplanktonlar/ karbonatlar, çürüme; algler) silikatlar ve -Demir sülfidler -Sülfür -Manganez -Suda yaşayan hayvanlar Petrol ve diğer (zooplanktonlar) yağlar -Bakteriler Gübreler Fosfat, demir, bakır, sulu amonyak, çinko, manganez Mekanik Filtrasyonda Kullanılan Filtreler Filtrasyon; bir süspansiyonun içinde bulunan partikülleri ayırmak olarak tarif edilebilir. Ayırma, ayrılacak partiküllerin kendine has özelliklerinin (yoğunluk, partikül boyutları, kimyasal, elektriksel ve manyetik özellikler v.b.) belirlenmesine ve bu özellikler arasındaki farklılıklara dayanır (1,3,9). Sulama sistemlerindeki filtrasyon işlemi, çeşitli delikler yada belirti aralıktaki disk plakalar arasından suyu geçirerek veya katı parçacıklar ile su arasındaki özgül ağırlıklarda önemli fark olduğu zaman merkezkaç kuvvetlerin etkisi ile gerçekleştirilmektedir. Bütün bu işlemlerin herbirinde amaç, etkinlik, ekonomiklik ve istenen su kalitesinin elde edilmesidir. Mekanik filtrasyon sistemlerinin sınıflandırılması, ayırmada kullanılan yöntemlere göre yapılabilir (Çizelge 2) (1). Filtreler, damla sulama sistemlerinde önemli rol oynarlar. Damlatıcılar, su geçiş bölgelerinin küçük olması nedeniyle tıkanmaya elverişlidir. Bu da damla sulama ile sulamada tarla üzerinde kötü bir su dağılımına neden olmaktadır. Kötü bir su dağılımı sonuçta verimi azaltarak, enerji kullanımını ve sistemin bakım maliyetlerini arttıracaktır. Bu nedenle damla sulama sistemlerinde mutlak suretle filtre kullanılması gerekmektedir. Böylece sistemin kontrol ünitesinde yer alan filtreler sayesinde damlatıcıların, tıkanması önlenmeye çalışılmakta, ayrıca sürekli olarak korunmaları da sağlamaktadır. 178
Çizelge 2. Mekanik filtrasyon yöntemlerinin sınıflandırılması (1) Filtredeki akışı güvenlik altına almak için sulama süresi sonunda veya sulama aralarında filtrelerin kontrolünün ve bakımının iyi yapılması, gerekmektedir. Bu bakım işlemlerinin bilhassa, debinin azalmasını ve filtredeki basınç kaybı artışını önlemek için uygun zamanda yapılması önemlidir. Filtre Tipleri Piyasada, herbiri farklı prensiplere, teknolojilere ve su kalitesine göre farklı filtrasyon özelliklerine dayanan çeşitli tiplerde filtreler bulunmaktadır. 1-Granül Filtreler (Kum veya Çakıl Filtreler) Kum veya çakıl filtreleri olarak ta adlandırılan granül filtreler, ince katmanlar veya üst üste yığılmış partiküller arasından suyun geçirilerek süzülmesi (filtre, edilmesi) olayını gerçekleştirirler (Şekil 1,a) (2). Temel olarak bir tankın içine çeşitli irilikteki partiküllerin doldurulması ile oluşturulurlar. Bu partiküller kum, çakıl veya diğer irilikteki materyallerden oluşmaktadır. Filtre materyali olarak kullanılan partiküllerin iriliği, filtrenin filtrasyon hızına ve partiküllerin etkin boyutlarına bağlıdır. Granül filtreler, organik madde ve mil içeren suların filtrasyonu için çok elverişlidirler. Bu filtreler yüksek oranda kirliliği temizleme kapasitesi ile karakterize edilirler. Bununla birilikte pahalıdırlar ve yüksek oranda bakım gerektirirler (4,9). Granül filtreler, geriye yıkama sistemi ile temizlenebilirler (Şekil 1.b). Filtre materyali suyun kalitesine bağlı olarak bir veya iki sulama sezonundan sonra değiştirilmelidir. 179
Şekil 1. Granül (kum veya çakıl) filtreler a. b. Granül filtreler başlıca iki grup altında toplanabilirler: a) Filtrasyon hızına göre, - Hızlı akışlı filtreler: Çalışma hızları 4-20 m/s arasındadır. - Yavaş akışlı filtreler: Çalışma hızları 1 m/s'nin altındadır. Granül filtreler, 1-10 mikron arasındaki çapa sahip partikülleri ayırmada etkili değildirler. Bu sınırlar içindeki partikülleri ayırmada etkinlikleri %15'den daha azdır. 10 mikrondan daha büyük çaptaki partikülleri ayırma etkinliği ise %50'den daha fazladır (1). b) Filtre materyalinin dağılımına ve tipine göre. Bu filtreler sulama için kullanılan rezervuarlar, barajlar, açık kanallar, ırmaklar v.b. su kaynaklarından alman suyun birinci filtrasyonu için kullanılmaktadırlar. Filtreler, filtrasyon isteğine ve su çıkışına bağlı olarak tek veya gruplar halinde bağlanabilmektedirler. 180
2-Elek ve Disk Filtreler Bu tip filtrelerin yapıları, granül filtrelere göre daha basittir ve dolayısıyla daha ucuzdur. Filtrelerin yapılışlarına göre başlıca iki tipi mevcuttur (Şekil 2), (1,2). a- Disk filtreler: Halka şeklindeki disklerin eksenel olarak yerleştirilip sıkıştırılmasıyla oluşturulan filtrelerdir. b- Elek filtreler: Plastik veya metal etekli filtrelerdir. Şekil 2. Elek ve disk filtreler Söz konusu filtreler, su içindeki partiküllerin temizlenmesinde oldukça başarılıdırlar. Ancak filtre elemanları üzerinde oluşan kirliliğin belirli bir değerinden sonra filtre, sistem içinde büyük basınç kayıplarına neden olmaktadır. Bu nedenle filtre elemanlarının periyodik olarak temizlenmesi gereklidir. Piyasada el ile temizlenen tiplerin yanında, otomatik olarak kendi kendini temizleyen filtreler de bulunmaktadır. Elek veya disklerin yapımında saf çelik veya plastik malzemeler kullanılmaktadır. Ayrıca elek yapımında bazen yumuşak dokuma bez de kullanılabilmektedir. 20 mesh'den 200 mesh'e kadar değişen ölçülerde süzme yeteneğine sahip olan elek veya disk filtreler, genellikle 140-74 mikron (100-200 mesh) arasındaki bölgede daha çok kullanılmaktadırlar. 3-Kartuş Filtreler Kartuş filtreler genel olarak çok ince partiküllerin temizlenmesine uygundurlar (2,7). Yıkanabilir ve kullanıldıktan sonra atılabilir olmak üzere başlıca iki tipi mevcuttur. Filtre elemanları naylon, pamuk ve fiberglastan imal edilmektedir. Bununla birlikte bu filtreler, yüksek satın alma ve bakım maliyeti gerektirdiklerinden büyük çaplı sulamalar için elverişli değildirler. Genellikle sera, bahçe ve fidanlıklarda kullanılırlar. 181
4-HidrosikIon Filtreler (Santrifüj Kum Ayırıcılar) Hidrosiklon filtrelerde ayırma işlemi, santrifüj ve yerçekimi kuvvetlerinin etkisi ile gerçekleşmektedir (Şekil 4) (2,9). Bu filtreler kum, çakıl ve sudan daha ağır olan partiküllerin ayrılmasında kullanılırlar. Normal çalışma koşullan altında 74 mikron (200 mesh) çapından daha küçük partikülleri ayıramazlar. Bundan dolayı hidrosiklon filtreler tek başlarına kullanılmamaktadır. Genel olarak filtrasyon sisteminin birinci elemanı olarak yerleştirilirler. Hidrosiklon filtreler normal olarak pompa istasyonlarının hemen yanına yerleştirilirler. Pompadan çıkan sudaki taş, kum, çer-çöp gibi partiküllerin sudan ayrılmasında yüksek oranda etkilidirler. Ayrılan katı partiküller, filtrenin altında bulunan bir tanka biriktirilmekte ve bu tank zaman zaman boşaltılarak temizlenmektedir. Şekil 4. Hidrosiklon filtreler (santrifüj kum ayırıcılar) Filtrasyon Sistemi Filtrasyon sistemi, kontrol ünitesinin bir bölümü olarak damla sulama sisteminin başına gelmektedir. Damla sulama sisteminin başında yer alan kontrol ünitesinin şematik görünüşü Şekil 5'te verilmiştir (1). Burada filtrasyon sistemi, tek bir filtre tipinden değil filtrelerin bir kombinasyonundan oluşmaktadır (Şekil 5). Genel olarak bir filtrasyon sisteminde, birinci filtre olarak "hidrosiklon filtreler", ikinci filtre olarak "granül filtreler", ikinci veya kontrol filtresi olarak ta "elek veya disk filtreler" kullanılmaktadır. Ayrıca kontrol filtresi olarak otomatik çalışan yine elek veya disk filtreler de kullanılmaktadır. 182
Şekil 5. Filtrasyon sisteminin genel görünüşü Diğer Yöntemler Bu yöntemler sulama sistemlerinin daha iyi çalışmasını sağlamak için ön tedbirleri içermektedirler. Bunları şu şekilde sıralayabiliriz (2): a- Rezervuar işletimi -Rezervuarların dizaynı, yapımı -Pompalama derinliği (su yüzeyinden 1.2-1.9 m civarında) b- Ana boru ve yan boru hatlarının temizlenmesi - Ana hatlar - ikincil hatlar ve lateraller c- Debi ve basıncın kontrolü d- Sulama ekipmanları - Temizleme vanaları - Pulsasyon SONUÇ Ülkemizdeki damla sulama sistemlerinde genel olarak kullanılan filtreler ithal edilmektedir. Fakat son yıllarda özellikle hidrosiklon filtreler, yerili olarak ta çeşitli firmalar tarafından imal edilerek kullanılmaktadır. Ayrıca disk filtre imalatı konusunda da bazı yerili firmalar çalışmaktadır. Yapılan araştırmalar damla sulama sisteminde damlatıcı debi değişiminin başlıca sebeplerinden birinin damlatıcı tıkanması olduğunu göstermiştir. Damla sulama sisteminin gün veya yıl içinde çalışma zamanındaki su sıcaklığı, su kalitesindeki dalgalanma ve kimyasal maddelerin ilavesi, damlatıcı tıkanmasında ve damlatıcı debi değişiminde etkili olmaktadır. Ayrıca damlatıcı konstrüksiyonu ve damlatıcıların kullanılma süresi gibi faktörlerde, debi değişimlerinin diğer sebeplerini oluşturmaktadır. Sonuç olarak söylemek gerekirse, damlatıcı tıkanmasını önlemek veya azaltmak için en iyi çözüm sürekli önleyici bakımdır. Damla sulama sistemlerinden istenilen başarının 183
sağlanması yönünden özellikle inorganik maddelerin temizlenmesi için filtre kullanımı ve bu amaçla kullanılacak olan filtrelerin veya filtre kombinasyonlarının uygun olarak seçilmiş olması önemlidir. SUMMARY Filters Using in the Drip Irrigation Systems Filters play an essential role in modern irrigation (especially drip irrigation) systems where low discharge emitters are used (drippers, sprayers and mini sprinklers). Due to the small cross-section of the nozzle, the emitters are susceptible to clogging, which entails poor water distribution over the field. This, in turn, will reduce yields, increase energy consumption and increase the maintenance costs of the system. In this paper, filters that are using in the drip irrigation systems were subjected. LİTERATÜR 1. Anonymous, 1989. Filtration and Water Treatment Manual for Low-Volume irrigation Systems. Plastro Gvat - Plastic Pipes and Accessories. Irrigation Systems, 30050 Kibbutz Gvat, Israel. 2. Anonymous, 1989. Lakos Sand Separators. Lakos Separators and Filtration Systems. 1911 N.Helm, P.O.Box6119 Fresno California 93703, USA 3. Benami,A. and A.Ofen, 1985. Irrigation Engineering. Irrigation Engineering Scientific Publications, Hafia, Israel. 4. Boswel,M.J., 1986. Water Treatment. Micro-lrrigation Design Manual. James Hardie Irrigation, 1588 N.MarshalI Avenue P.O.Box "X" El Cajon, CA 920222-2246, U.S.A 5. Bucks.D.A., F.S.Nakayama and A.W.Warrick, 1982. Principles, Practices, and Potentialities of Trickle (Drip) Irrigation. in: Hillel,D.(Ed.), Advances in Irrigation 1:219-298, Academic Press, New York. 6. Bucks.D.A. and F.S.Nakayama, 1985. Guidelines for Maintenance of a Trickle irrigation System. Proc.Third Inter l. Drip/Trickle Irrig.Cong., Drip/Trickle irrigation in Action, ASAE StJoseph, Michigan, p. 119-126. 7. Douglas.A and Bruce.P.E., 1985. Filtration Analysis and Application. Proc.Third Inter l Drip/Trickle Irrig.Cong., Drip/Trickle irrigation in Action, ASAE StJoseph, Michigan, p.58-68. 8. Gilbert.R.G. and H.W.Ford, 1986. Operational Principles- Emitter Clogging. in: Nakayama.F.S. and D.A.Bucks, Trickle irrigation for Crop Production. Elsevier Science Publishers B.V., P.O.Box 211,1000 AE, Amsterdam, Netherland. 9. Nakayama,F.S., 1986. Operational Principles- Water Treatment. in: Nakayama,F.S. and D.A.Bucks (Ed.), Trickle irrigation for Crop Production. Elsevier Science Publishers B.V., P.O.Box211, 1000 AE, Amsterdam, Netherland. 184