SU VE HAYAT Su yaşamın ana kaynağıdır. Yaşadığımız gezegenin yüzde 70 i suyla kaplıdır. Su fiziksel larak üç halde bulunur, katı, sıvı ve gaz hali. Mlekül yapısı aşağıdaki gibidir, iki hidrjen ve bir ksijen atmundan meydana gelmiştir. Suyun aşağıdaki özellikleri de çk önemli ve benzersizdir. a) Su spesifik ısıya sahiptir. Bu ısı maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli lan enerji miktarıdır. Su ısınıp sğurken büyük miktarda enerji deplar ve verir, böylece yeryüzü iklimini ayarlamada önemli görevler yapar. b) Su saf haldedir, asidik ve bazik özelliği yktur. Yağmur sularının ph değeri 5,6 dır. c) Su cıva hariç, ısıyı temas yluyla en iyi ileten sıvı özelliğine sahiptir, bu da göl ve kyanuslardaki suyun düzenli bir dikey sıcaklık prfiline sahip lmasını sağlamaktadır. d) Su mlekülleri 0-100 derece gibi geniş bir aralıkta sıvı halde bulunmaktadır, bu da suyun yeryüzünün birçk alanında bulunmasına neden lmaktadır. e) Su çk iyi bir çözücüdür. Yüzey akışı, sızma ve yer altı suyu akışının sağlanmasında bu özellik çk önemlidir. f) Su mlekülleri yeryüzünde üç halde bulunur, katı, sıvı ve gaz hali. Hal değişimleri ısı değişimlerini de gerektirir. Atmsferdeki bu hal değişimleri ısı dengelemesinde önemli bir rl ynar. g) Temiz su en yüksek yğunluğa +4 derecede ulaşır. Suyun Özellikleri Su 0 C nin altında dnar, 100 C nin üzerindeki sıcaklıkta ise buhar haline dönüşür, 0 ile 100 C arasında ise sıvı haldedir. Su, üçlü nktası larak bilinen 273.16 Kelvin (0,01 C) sıcaklık değerine tekabül eden durumda sıvı, katı ve gaz halde dengede bulunabilir. Bu diğer maddelerin sıvı hallerinin sahip lmadığı önemli bir özelliktir. Suyun katı hali yani buz hali sıvı halinden daha az yğundur. Bu nedenle buz, suyun üzerinde yüzebilmektedir fakat dünyadaki başka hiçbir madde böyle bir özelliğe sahip değildir. Diğer bütün maddelerin katı hali, sıvısı içerisinde batmaktadır çünkü katı halin yğunluğu daima daha fazladır. Bilim tarifine göre; bir maddenin katı hali sıvı halinden daha düzenli ve sık bir mlekül yapısı gösterdiğinden her zaman yğunluğu daha fazladır. Fakat su bir istisnadır. Su yaklaşık +4 C de en yğun haldedir. Biraz daha sğuyup 0 C nin altına inildiğinde, yğunluğu azalan katı parçacıklar yukarı hareket eder ve su yüzeyinden dnmaya başlar. Göllerde canlı örneği görüldüğü üzere, su yüzeyden dnmaya başlar ve aşağıya dğru yayılarak dnmaya devam eder. Fakat dünyadaki diğer bütün sıvı maddeler dipten dnmaya başlar ve en sn yüzeyde tamamlanır. Eğer suyun bu istisnai özelliği lmasaydı, dnan deniz ve göllerdeki bütün dip canlıları yk lurdu. Bilimle açıklanamayan bu lgu, yaratanın suya verdiği benzersiz bir özelliktir.
Su kötü bir elektrik iletkenidir. İçerisinde çözünmüş lan mineral tuzlar ve karbndiksit sayesinde iynik bir yapı sergiler ve elektriği az da lsa iletirler. Güneşten gelen kızılötesi ışınlar, suda kırıldıktan snra elektrmanyetik spektrum üzerinde kırmızı renklidir. Kırmızı renk kendi üzerinde absrbe edildiği için, büyük bir kısmı görünmez. Bu nedenledir ki denizler direkt güneş altında mavi, kapalı havalarda ise hafif yeşile kaçan bir tnda görünür. Kırmızı, mavi ve yeşil ana renkleri düşündüğümüzde kırmızının absrbe edilmesi bu durumu açıklamaktadır. Deniz dibinin ysunlu lması halinde deniz çk daha yeşil renkte görünebilmektedir. Snuç larak denizin gökyüzünün maviliğinden dlayı mavi görünmesi gibi bir şey söz knusu değildir. Su, mlekülleri arasındaki çekim kuvveti yani khezyn kuvveti yüksek bir maddedir. Bu nedenle bir bütün halinde dağılmadan kalabilir ve khezyna bağlı larak yüzey gerilimi de yüksek lduğundan durgun su halinde yüzeyi çk pürüzsüzdür. Su, diğer maddelerin mleküllerine karşı çekim kuvveti yani adhezyn kuvveti yüksek lan bir maddedir. Su, eriyebilme özelliğine sahip lan birçk madde için iyi bir çözücüdür. Su, öz ısısı çk yüksek bir madde lduğundan ısıtılır veya sğutulurken diğer maddelere nazaran fazla enerjiye ihtiyaç duyar. Isınan suyun sğuması ve sğuyan suyun ısınması da aynı şekilde zrdur. Hidrljik döngü Hidrljik döngü; suyun yeryüzü-atmsfer sisteminde deplanmasını ve hareketini gösteren bir sistemdir. Su atmsfer, kyanuslar, göller, nehirler, tprak, buzullar, karla kaplı alanlar, yeraltı suları gibi alanlarda tutulmaktadır.
Su çk farklı amaçlarla kullanılır. Endüstriyel tesisin kurulması sırasında gerekli suyun eknmik larak sağlanabileceği su kaynağına gereksinim vardır. Endüstriyel su kaynakları a. yer altı suları b. yerüstü suları Bu kaynaklar yağmur suyu ile beslenirler. Yeryüzü suları: akarsu, göl ve denizlerdir. Ancak denizler büyük su depları lmalarına karşın dğrudan su kaynağı larak kullanılamazlar. Bir fabrika kullanımı için yeterli derecede yer altı suyu bulunsa da, atıkların seyreltilmesi ve çevre kirliliğini azaltmak için yeryüzü suyuna da gerek vardır Suyun endüstride kullanım alanları 1. Taşımacılık Örn. Kömür su ile bulamaç haline getirilip çıkarıldığı yerden taşınır. 2. Isı aktarımında Kndenser Sğutma kuleleri Isı değiştiriciler Sğutma ve havalandırma cihazları 3. Kimyasal raksiynlarda hammadde Örn. Kalsium karbürden asetilen üretimi ve fsfrik asit üretiminde bir girdidir. 4. Çözücü larak En önemli çözücülerdendir. Tuz, klr ve NaOH üretiminin temeli suyun çözme gücüdür. Su bu özelliğinden dlayı iyi bir temizleyicidir. 5. Endüstriyel sıvı atıkların seyreltilmesinde 6. Kinetik enerjisinden yararlanılır Yüksek basınçlı jetlerle bazı metal parçalarının temizlenmesi 7. Evlerde ve fabrikalarda kullanma ve içme suyu larak.
Kullanıldığı yere ve amaca göre suyun kalitesi farklılık gösterir ve buna göre suda kimyasal veya fiziksel prsesler uygulanarak istenilen özelliklere getirilir. Ayrıca endüstride ve evlerde kullanılan su temizlendikten snra dğaya geri verilmesi gerekir. Bu amaçla da farklı yöntemler kullanılarak suyun temizlenmesi sağlanır. ENDÜSTRİDE KULLANILACAK SUYUN NİTELİĞİ Dğada tümüyle saf su yktur. Çk iyi bir çözücü lduğundan, yağmur halinde yağarken bile havada bulunan bir çk gazı çözer. Tprakta ise çeşitli mineral maddeleri çözecektir. Sudaki en önemli safsızlık kalsiyum bikarbnattır [Ca(HCO 3 ) 2 ]. Su kireçtaşından geçerken sudaki çözünmüş CO 2, CaCO 3 luşturur. Suyun niteliğini - katı maddeler, - bakteriler, - renk, kku, ve - çözünmüş diğer safsızlıklar belirler. SU SERTLİĞİ Sular yerkabuğunda denizlere ve göllere dğru akarken farklı tprak türleri lan bölgelerden geçer. Bu bölgelerdeki bazı tuzlar örneğin, Mg 2+ ile Ca 2+ tuzları ve özellikle CaCO 3 ve CaSO 4 tuzları bu sularda çözünür. Böylece yeraltı sularında kalsiyum (Ca 2+) ve karbnat (CO 2-) 3 iynları luşur. Daha snra bu sular, gerekli işlemlerden geçtikten snra, brularla içme suyu larak evlerimize kadar taşınır. İçme sularını ısıtıcıyla ısıttığımızda su buharlaşır; kalsiyum karbnat iynları ise tekrar birleşerek ısıtıcı üzerinde kalsiyum karbnat tuzu larak çöker ve trtu luşturur. Evlerde su kaynatmakta kullanılan kaplarda birikmiş trtular ise kaba sirke kyup kaynatmakla giderilebilir.içerisinde kalsiyum (Ca 2+ ), magnezyum (Mg 2+ ) gibi iynlar bulunduran sular sert su larak tanımlanır. Sert su, kireçli su larak da bilinir. Suyun içerdiği çözünmüş kalsiyum ve magnezyum tuzları, suların sertliğini belirler. Suyun sertliği genel larak suyun sabun harcama özelliği larak da bilinir. Sabun yağ asitlerinin sdyum tuzudur. Su ile reaksiyna girdiğinde Ca, Mg, Fe, Mn gibi tuzlarla +2
değerlikli metal tuzları larak çökerler. Suyun sertliği içermiş lduğu iyn knsantrasynuna bağlıdır. Bunların başlıcaları kalsiyum ve magnezyum iynlarıdır. Diğerleri ise demir, mangan, baryum, aluminyum vb. dir ancak bunlar genellikle eser miktarda bulunurlar. Su sertliği litrede bulunan CaCO 3 ün mg/l larak knsantrasynu cinsinden ifade edilir. Tplam sertlik karbnat ve karbnat lmayan iynların knsantrasynlarının tplamıdır. Ancak kabaca magnezyum ve kalsiyum iynlarının tplamı larak da bilinir. Karbnat sertliği Ca ve Mg um bikarbnatları [Ca( HCO 3 ) 2 ve Mg(HCO 3 ) 2 ]ve karbnatları (CaCO 3 and MgCO 3 ) tplamıdır. Karbnat lmayan sertlik ise yine Ca ve Mg un carbnat iynu dışındaki iynlarının yplamıdır. Bunlar kalsiyum sulfat (CaSO 4 ), kalsiyum klrit (CaCl 2 ), mağnezyum sülfar (MgSO 4 ), ve mağnezyum klrit (MgCl 2 ). Karbnat ve karbnat lmayan setlik ise tplam sertliği verir. Sertlik dereceleri Yumuşak su 0-75 mg/ L CaCO 3 Orta 75 150 mg/ L CaCO 3 Sert 150 300 mg/ L CaCO 3 Çk sert >300 mg/ L CaCO 3 Suya sertlik veren maddeler suyun ısıtılması sırasında uğrayacakları değişikliklere göre ikiye ayrılır. a.geçici sertlik Isıtıldıkları zaman bzunmaya uğrayan Ca ve Mg bikarbnatlardır. Bunlar ısıtıldıklarında karbnat ve karbndiksite dönüşürler. Karbnatları çökerek sarı kahverengi bir taş luştururlar. Bunların birikimiyle de kazan taşı luşur. Ca(HCO 3 ) 2 Mg(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O MgCO 3 + CO 2 + H 2 O b.kalıcı sertlik Isıtıldıklarında değişikliğe uğramayan, karbnat harici sertliktir. Tprak alkali metallerinin silikat, klr, sülfat ve nitratlarından luşur. Bu tuzlar ancak çk fazla buharlaştırma ile sudan giderilebilirler.
Suyun sertlik derecesi endüstrinin veya kullanıcının ihtiyacına göre ayarlanır. Atık sularda sertlik ilgili ülkenin atık su yönetmeliğinde belirlenen değeri aşmamalıdır. Yönetmeliğin lmadığı durumlarda genellikler tplam sertliğin 120 mg/ L civarında lması yeterli labilir. Bunu aşan durumlarda genellikle su sertliğinin giderilmesi prsesi uygulanır. Su sertliği suyun ph derecesinin devamlı larak ölçülmesi ile kntrl edilebilir Bazı prseslerde ph ı 8.5-10 arasında lan suların sertliğinin giderilmesi gerekmektedir. Suyun sertliğinin giderilmesi ile Çözünmüş minerallerin knsantrasynu azaltılması Evde ve endüstride kullanılan temizlik maddelerinin kullanımının azalması Ağır metallerin giderimi sağlanır. Kullanma Sularının Arıtımı İçme ve kullanma sularının taşıması gereken bazı özellikler vardır. Bu özellikler; Su, kkusuz, renksiz, berrak ve içimi serinletici lmalı Su hastalık yapan mikrrganizma içermemeli Suda sağlığa zararlı kimyasal maddeler bulunmamalı Su, kullanıma uygun sertlik derecesine sahip lmalı şeklinde özetlenebilir. Fenller ve yağlar suya kötü kku ve tat veren maddelerdir. Bu nedenle sular bu maddeleri içermemelidir. Sular renksiz, berrak ve içilebilir sıcaklıkta (8-12 C) lmalıdır. Suyun ideal ksijen knsantrasynu ise 5 mg/l sınırına sahiptir. Suda bulunabilen bazı mikrrganizmalar tif, klera ve sarılık gibi hastalıklara neden lur. Sudaki zararlı mikrrganizmaları yk etmek için en etkili yl dezenfeksiyndur. Arsenik, kadmiyum, krm, kurşun, cıva ve selenyum gibi zehirli maddeler suda kimyasal kirliliğe neden lur. Arsenik zehirlenmelerinde felç, sinir sistemi bzuklukları; cıvanın vücutta birikmesi ile baş ağrısı, yrgunluk, ruhi bzukluklar gibi srunlar görülebilir. Kadmiyum bileşikleri baş ağrısı, susuzluk hissi, sinirlilik ve öksürük gibi rahatsızlıklara neden lur. Şehir sularındaki bulanıklık estetik açıdan önemli lduğu gibi suyun tadını da etkiler. Suda bulunan asılı katı maddeler ve çözünmüş rganik maddeler bulanıklığa neden lur. Bu nedenle bulanıklık suda istenmeyen maddelerin varlığına işaret eder. Dezenfektasyn amaçlı yapılan klrlama işlemi bulanık sularda daha zararlı maddelerin rtaya çıkmasına neden labilir. Bu nedenle klrlama işleminin yapılabilmesi için sudaki bulanıklık değerinin belirli bir seviyede lması gerekir. Öte yandan bulanıklığın kaynağı evsel kirlenme, dğal bzunma ve endüstriyel kirlenme de labilir.
Su Arıtım Süreçleri Suyun arıtılması yalnızca suların sertliğinin giderilmesi ile sağlanmaz. Ayrıca içtiğimiz suların hastalık yapıcı mikrrganizmalar ve çeşitli kirleticilerden de arındırılması gerekir. Çünkü dğada bulunan mevcut su kaynakları (göl, akarsu, baraj, kuyu vb.) bazı istisnalar dışında içme, kullanma ve sanayinin ihtiyaçları için dğrudan kullanılmaya uygun değildir. Su arıtımındaki aşamalar dinlendirme, kireç giderme, kagülasyn, havalandırma, klrlama ve kku giderim evreleridir.
EVLERDE SU ARITIMI Evlerde su arıtımı amacıyla kullanılan araçlarda sisteme giren şebeke suyu arıtılmış şekilde içme suyuna dönüşür. Bu cihazlarda 5 farklı filtre kullanılır. Suyla temasa geçen ilk filtre 5 mikrn byuta sahiptir. Çamur, pas ve asbest gibi trtuları tutarak suyun bulanıklığını giderir. Karbn filtre, başta klr lmak üzere kötü kku ve tat veren kimyasal maddeleri tutar. 1 mikrn byutlu filtre suyu sn kez süzer. Snraki aşamada ters zms prensibi ile çalışacak membran filtre kullanılır. Filtreye gelen basınçlı su, gözenekleri milimetrenin milynda birinden çk daha küçük lan membrandan geçerek en düşük mlekül düzeyinde filtre edilir. Bu işlem sırasında suda bulunması lası zararlı karışımların ve mikrpların tamamı dışarı atılır. Sudaki çözünmüş madde miktarı rtalama %90 düşürülerek suyun özü elde edilir. Bilinen en küçük byutlu virüs membran gözeneğinden 20 kat büyüktür. Bu nedenle virüsler membrandan geçemez. Sn aşamada membran filtreden elde edilen su tatlandırılır ve güvenli içme suyuna dönüştürülür. Sistemdeki filtrelerin kullanımlarının süreli lmasından dlayı zaman zaman değiştirilmeleri gerekir. Musluklara takılarak kullanılan filtreler, kullanım ilkelerine uygun kullanıldığı takdirde suyun sertliğini giderme knusunda işlev görebilir. Ev tipi filtreler genellikle kimyasal arıtma yapar, mikrbiyljik arıtma sağlayamazlar. Ancak UV lamba veya gümüş filtre gibi özel birimler kullanılırsa su mikrplardan arındırılabilir. İşlenmiş içme suyu, yeraltı havzalarından elde edilen, ters zms ile saflaştırılıp znlanan ve damak lezzetine uygun lması için mineral ilave edilen sudur. Dğal kaynak suyu ya da işlenmiş içme sularının tercih edilmesi kişiye bağlıdır. İşlenmiş içme suyunun dğal kaynak suyundan farkı içme suyuna minerallerin ilave edilmesidir. Bu nedenle mineral düzeyi her zaman aynı düzeyde tutulabilir. Ancak dğal kaynak suyunda mineral yapısı mevsimsel larak değişim gösterir. İşlenmiş içme suyu kaynağına bağlı larak gazlı veya gazsız labilir. Tercihe göre kaynağından çıkarıldıktan snra da karbndiksit ile zenginleştirilerek gazlı hale getirilebilir. Dğal kaynak suları işleme tabi tutulmazken işlenmiş içme suları, dezenfeksiyn, filtrasyn, çöktürme, saflaştırma gibi işlemlere tabi tutulduğundan dğal su larak değerlendirilemez. DENİZ SUYUNDAN İÇME SUYU ELDESİ Deniz suyundan içme suyu elde etmenin dayandığı prensip ters zms dur. Ters zms da aynen zms layındaki gibi farklı derişimlere sahip iki çözelti yarı geçirgen zarla (membran) ayrılmıştır. Derişik çözelti tarafına zmtik basınçtan daha yüksek bir basınç uygulandığında lay tersine döner (Yanda b şekli). Bu durumda derişik çözeltinin sıvı kısmı (çözücüsü) seyreltik çözeltiye dğru hareket eder. Böylece seyreltik çözelti daha seyreltik hale gelir. Derişik çözelti larak deniz suyu (tuzlu su) kullanıldığında üzerine uygulanan 30-80 bar civarındaki basınç ile tuz ve diğer iynlarından ayrıştırılarak içme suyunun değerlerine getirilebilir. Damıtma, deniz suyundan içme suyu elde etme yöntemlerinin bir diğeridir. Deniz suyu atmsfer basıncından düşük basınçlarda dlayısıyla 100 C nin altında kaynamaya bırakılarak damıtılır. Deniz suyunu tuzundan arındırma yöntemlerinden bir diğeri de deniz suyu basınçlanarak içinden metan gazı geçirmektir. Bu işlemde su yüzeyinde kısa sürede metan ve su mleküllerinden luşan kristaller luşur, geride ise tuz kalmış lur. Isıtılan kristallerden metan gazının buharlaşmasıyla su eldesi sağlanır.
SUYUN HAZIRLANMASI Sağlanan suyu kullanılabilir yapmak için uygulanan temel işlemler 1. Dezenfeksiyn 2. Filtrasyn 3. Sertliğinin giderilmesi Dezenfeksiyn En basit ve eknmik yöntem klrlamadır. Direkt larak klrla yapılabildiği gibi hipklrid kullanılarak da yapılabilir. Klr gereksinimi sudaki rganik madde miktarına bağlıdır. Organik madde miktarı fazla ise direkt klr (Cl veya Cl 2 ), an ise hipklrid (HOCl) kullanılabilir. Dezenfeksiyn için kullanılan diğer maddeler brm, zn ve gümüş tuzlarıdır. Filtrasyn Kaba parçacıkların çöktürülerek ayrılması işleminde genellikle sedimentasyn tankları kullanılır. 2-3 m derinliğinde bölmeli tanklardır. Su belirli bir hızla akarken suda bulunan kaba parçacıklar ilk haznede ve sırasıyla en sn haznede en küçük parçacılar ayrılır. Tankın çıkışında ise su kendiliğinden çökmüş maddeleri bırakmış larak çıkar. Kimyasal maddelerle çöktürme işlemine kagülasyn denir. Suda bulunan maddeler genellikle negatif yüklüdür. Suya pzitif yüklü katynlar katıldığında bu parçacıklar birleşerek hızla çökerler. En çk kullanılan katynik çözeltiler Al 2 (SO 4 ), MgSO 4 ve FeCl 3 dür. Çökme reaksiynları Al 2 (SO 4 ) 3.18 H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2 3CaSO 4 +2Al(OH) 3 (çöker)+6co 2 +9H 2 O 2FeCl 3 +3Ca(HCO 3 ) 2 3CaCl 2 +2Fe(HCO 3 ) 2 2Fe(HCO 3 ) 2 2Fe(OH) 3 (çöker)+6co 2 Eğer rtam yeteri kadar bazikse çöken maddelere yapışan katı parçacıklar negatif yükleri nötürleştirerek sudan ayrılırlar. Kagülasyndan snra suyun sedimentasynla ayrılması uzun sürer. Bu nedenler sular filtrelerden geçirilir. Filtrasyn için kum filtreler kullanılabilir.
SU SERTLİĞİNİN GİDERİLMESİ Endüstride kullanılacak suyun sertliğinin giderilerek kullanılması yani yumuşatılması gerekir. Bazı hallerde yalnız su yumuşatma yetmez saflaştırılması da gerekir. Suyun saflaştırılması işlemi sudan rganik maddelerin ve mikrrganizmaların giderilmesi işlemidir. Su sertliğinin giderilmesi genellikle iki yöntemle yapılır. a. iyn değiştiriciler b. kimyasal maddeler İyn değiştirme Katı maddede bulunan (iyn değiştirici) suda çözünen (hidratize) iynların, çözeltide bulunan benzer yükteki iynlarla yer değiştirilmesi işlemidir. Hareketli iynlar, elektriksek yönden nötr veya yüklü larak katı yapıya bağlanmıştır. Bunlara iyn değiştirici denir. İyn değiştiricilerin sabit yüklü grupları negatif lduğu zaman katyn değiştirici, pzitif lduğu zaman anyn değiştirici iyn değiştirici denir. İyn değiştiriciler iyn değiştirici reçine denir. Reçinelerin %80 inden fazlası su yumuşatmada kullanılır. Su yumuşatılması işleminde kullanılan iyn değiştiricilerde aranan özellikler 1. Su ile reaksiyna girmemeli 2. Mekanik aşınmaya dirençli lmalı 3. Sürekli rejenere edilebilmeli 4. İyn değiştirme hızı ve kapasitesi yüksek lmalı Kimyasal maddelerle çöktürme Sertliği giderilecek suya, Ca +2 ve Mg +2 katynları ile suda güç çözünen maddeler verebilecek kimyasal maddeler ilavesiyle sertlik veren maddeler çöktürülürler. Çöktürme maddeleri larak NaOH, Na 3 PO 4 ve Na 2 CO 3 kullanılabilir. Çöktürme maddesi uygun knsantrasynda çözelti veya süspansiyn halinde sertliği giderilecek suya katılır ve karıştırılır. En çk kullanılan yöntemlerden birisi Kireç-sda yöntemidir. Bu yöntemde kireç dymamış çözelti halinde, sda ise uygun knsantrasynda ilave edilir. MgCl 2 + Na 2 CO 3 MgCO 3 (çöker) + 2NaCl MgCO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 (çöker) + CaCO 3 (çöker)
Na 2 CO 3 ilavesinde luşan ve çk az çöken MgCO 3, kireç ilavesinde tamamiyle ayrılır. Bu yöntemle sertlik 30 ppm e kadar düşürülebilir.