Temel İşlemler I Doç. Dr. Senar AYDIN
1. GİRİŞ Temel İşlemler, Çevre Mühendisliğinde bir akışkan ortamdan kirletici uzaklaştırma veya akışkanı hedefleyen bir fiziksel ve kimyasal kompozisyona getirebilme amacıyla uygulanan fiziksel, kimyasal ve biyolojik işlemlerin bütününe verilen addır. Her bir işlemin temel işleyiş prensibinin ne olduğundan o işlemin uygulandığı ünitenin tasarım ve işletme esaslarına kadar tüm detaylar Temel İşlemler kapsamındadır.
1. GİRİŞ Çevre Mühendisliği eğitiminde Temel İşlemler bilgileri ağırlıklı olarak su ve atıksu arıtımına yönelik olarak verilse de bu kapsamdaki bilgiler mesleğin diğer alanlarında, hava kirliliğinde atık gazaların arıtımı, katı atıklarda kompost ve sızıntı suları, toprak kirliliğinde toprağın ıslah edilmesi, kirlenme kontrolü amacıyla yapılan çalışmalarda da Temel İşlemlerin çeşitli prensipleri, uygulamaları ve modifikasyonları yer almaktadır.
1. GİRİŞ Temel İşlemler, Temel Operasyonlar ve Temel Prosesler (süreçler) olmak üzere iki bölüme ayrılmaktadır.
1. GİRİŞ Temel Operasyonlar ortamda sadece fiziksel değişim sağlayarak gerçekleştirilen işlemlerdir. Katı- sıvı ayırma işlemleri (ızgara, elekler, kum tutucu, çökeltme, filtrasyon, flotasyon), gaz transfer işlemleri (havalandırma), adsorplama (aktif karbon adsorpsiyonu), karıştırma, ısı transferi,
1. GİRİŞ Temel Prosesler ise ortamda en az bir kimyasal ve/veya biyolojik değişim sağlanarak hedefe ulaşılan işlemlerdir. Dengeleme, nötralizasyon, kimyasal arıtım işlemleri (kimyasal çöktürme, koagülasyon-flokülasyon, sertlik giderimi), iyon değiştirme, dezenfeksiyon, biyolojik arıtım sistemleri, çamur arıtma yöntemleri, ileri arıtım teknikleri.
1. GİRİŞ Arıtılacak su ve atıksu için arıtma derecesinin ve uygulanacak işlem/işlemlerin tür ve sıralamasının belirlenmesinde ham suyun kalitesi ve sonuçta istenilen su kalitesi önemli parametrelerdir.
1. GİRİŞ Çevre Mühendislerinin karşı karşıya kaldığı değişik kirlilik problemlerinin çözümünde bu temel işlemlerin laboratuvar ölçekli düzenekleriyle yapılan arıtılabilirlik uygulamalarına gereksinim duyulmaktadır. Lisans ve lisansüstü eğitimde ve araştırma çalışmalarında arıtılabilirlik uygulamaları önemli yer tutmaktadır. Her bir temel işlemin laboratuvar ölçekli düzenekleri kurularak farklı koşullarda çalıştırılmasıyla arıtılabilirlik çalışmaları yapılabilmekte ve bunlardan elde edilen sonuçlardan yaralanılarak uygun arıtma sistemi geliştirilebilmektedir.
1. GİRİŞ Bir arıtılabilirlik çalışması iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım bir veya daha fazla sayıda temel işlemin uygulanabileceği deney düzeneğinin tasarlanması, kurulması ve çalışma koşullarının belirlenmesi çalışmalarını kapsar. İkinci kısım ise hazırlanan bu düzeneğin belirlenmiş olan koşullarda çalıştırılırken sistemden numunelerin alınması ve arıtılacak olan parametre ya da parametrelerin analiz edilmesi çalışmalarını kapsar.
1. GİRİŞ Bu numune alma ve analiz işlemlerinin ne kadar süreceği ise uygulanan temel işlemin türüne, özelliklerine, giderimi yapılacak olan kirleticinin özelliklerine ve sistemin kinetiğine bağlı olarak değişeceğinden her çalışmanın kendine özgü olarak belirlenir. Sistemde hedeflenen verime ne sürede ve hangi koşullarda ulaşıldığına, hatta ulaşılıp ulaşılamadığına bağlı olarak, o temel işlemlerin o kirleticiyi giderip gideremeyeceği, giderebiliyorsa uygun arıtım süresi ve uygulama koşulları belirlenebilmektedir.
1.1. Su ve Atıksuyun Niteliği Bir su arıtma tesisinin tasarımı ham suyun niteliğine ve çıkış suyunun beklenilen niteliğine bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Kimyasal formülü H 2 O olan saf su renksiz, tatsız ve kokusuz bir bileşiktir. Çözücü özelliğinden dolayı çevrede dolaşımı sırasında bir çok doğal ve insan yapısı maddeyi çözerek bünyesine alır. Çözünmüş ve askıdaki bu maddeler safsızlık olarak adlandırılır ve suya doğadaki çevrim sırasında girer.
1.1. Su ve Atıksuyun Niteliği Yağmur suyu yere düşerken toz taneciklerini, bitki polenlerini, oksijen, azot, karbon dioksit, kükürt dioksit gibi çözünmüş gazları ve diğer kimyasal bileşikleri toplar. Buna göre yağmur suyu saf değildir ve yağarken topladığı bazı safsızlıkları içerir. Yüzey akıntısı kum, kil, sebze artıkları, bakteriler, atık ürünler ve aşınmış kayaçlardan mineraller gibi taşıyabildiği ve çözebildiği her şeyi sürükler.
1.1. Su ve Atıksuyun Niteliği Yüzey akıntıları, yüzey altı akış, yer altı suyu akışı ve atıksu akışları ile birlikte akarsular, nehirler ve göllerin beslenmesinde temeldir. Göl ve göletlerde kil ve kum gibi bazı askıda maddeler ve diğer safsızlıklar çökelebilir. Sudaki mikroplar, hayvansal ve bitkisel yaşam sudaki, safsızlıklara katkıda bulunarak üreyebilir ve ölebilir.
1.1. Su ve Atıksuyun Niteliği Yer altı suyuna doğru süzülen yağmur suyu jeolojik katmanlardan geçerken bazı mineralleri çözer. Çözmenin derecesi akışın niceliğine, jeolojik katmanın bileşimine ve suyun asitliğine bağlıdır. Bu nedenle yer altı suları genellikle yüzey sularından daha fazla çözünmüş mineral içerir.
1.1. Su ve Atıksuyun Niteliği Doğadan geçerken suya geçen safsızlıklar çözünmüş ve askıda şeklinde sınıflandırılabilir. Başlıca çözünmüş safsızlıklar katyonlar, anyonlar, bitkisel atıklar gibi organik bileşikler, oksijen, karbon dioksit ve hidrojen sülfür gibi gazlardır. Başlıca askıdaki safsızlıklar da kil, kum, bakteri, virüs, protozoa gibi canlılardır. Atıksu kanalizasyon aktarılan sıvıdır ve evsel atıksu (tuvalet, banyo ve kullanma sularını içerir), endüstriyel atıksu, hastane atıksuları, yağmur sularını ve sızıntı sularını içerir.
1.1. Su ve Atıksuyun Niteliği Suyun/atıksuyun niteliğini gösteren özellikler safsızlığın doğasına göre; Fiziksel (Toplam katılar (askıda ve çözünmüş), bulanıklık, renk, tat, koku, sıcaklık), Kimyasal (ph, katyonlar, anyonlar, alkalinite, asidite, sertlik, iletkenlik, çözünmüş gazlar, BOİ, KOİ, TOK, organik azot/fosfor, klorür, sülfat, gres, ağır metaller), Biyolojik (Bakteri, protozoa, virüs, BOİ) olarak sınıflandırılabilir.
Havalandırma (Aeration): Havalandırma, su ortamındaki tat ve koku problemine yol açan, CO 2 ve H 2 S gibi çözünmüş gazların, uçucu organik bileşiklerin (volatile organic compounds, VOC) giderilmesi, Fe ve Mn ın oksidasyon yolu ile giderilmesi, koku ve tat problemine yol açabilecek havasız ortamların oluşmasının engellenmesi amacıyla uygulanmaktadır.
Koagülasyon (Coagulation): Koagülasyon sudaki askıda parçacıkların giderilmesi amacıyla kullanılan bir temel işlemdir. Koagülasyonda tek başına çöktürülemeyen askıda katı parçacıklar önce durağan halden çıkarılır ve daha sonra bir araya gelmeleri sağlanarak kolayca çökebilen yumaklar haline dönüştürülür. Kil ve silt kaynaklı bulanıklık, mikrobik kirleticiler gibi doğal organik maddeler, sentetik organik maddeler, zehirli maddeler, demir ve mangan koagülasyon yoluyla giderilebilen parametrelerdir.
Koagülasyon (Coagulation): Parçacıkların durağanlığının bozulması (destabilization) hızlı karıştırma ünitelerinde, durağanlığı bozulan parçacıkların bir araya getirilerek daha kolay çökebilen büyük kümeler haline getirilmesi (floklaştırma) ise yavaş karıştırma ünitelerinde gerçekleştirilmektedir. Alüminyum ve demir tuzları en yaygın kullanılan koagülantlardır. Koagülasyonda en uygun koagülant ve en uygun koagülant dozu jar-test deneyleri ile tespit edilir.
Çöktürme ve Yüzdürme (Sedimentation & Flotation): Çöktürme ve yüzdürme, su ortamındaki katı ve sıvı fazın birbirinden ayrıştırılması işlemidir. Çöktürme, katı parçacıkların yerçekimiyle çöktürülerek sudan uzaklaştırılması esasına dayanır. Su arıtımında çöktürme flokülasyon işlemi ile birlikte kullanılır ve flokülasyon sonucu oluşan katı parçacık kümeleri çöktürme tanklarında sudan ayrılır.
Çöktürme ve Yüzdürme (Sedimentation & Flotation): Yüzdürme ise, suyun havalandırılması yoluyla katı maddelerin ve/veya flokların su yüzeyinde toplanması ve sonrasında da sıyrılarak uzaklaştırılması işlemidir. Su arıtımında genellikle dikdörtgen, atıksu arıtımında ise dairesel çöktürme tankları tercih edilmektedir. Özellikle optimum filtrasyon için çöktürme tankı performansı oldukça önemlidir. Katı parçacıklar çöktürme tanklarında verimli bir biçimde giderilemediği koşullarda, filtre operasyon süreleri kısalı ve filtrelerde ciddi işletim problemleriyle karşılaşılabilir.
Filtrasyon (Filtration): Filtrasyon su arıtımında askıda katı madde giderimi için yaygın kullanılan bir işlemdir. Kil ve silt, kolloit ve çökelti doğal organik parçacıklar, koagüle edilen metal tuzları çökeltileri, kireçle yumuşatma sonucu oluşan çökeltiler, mikroorganizmalar, demir ve mangan çökeltileri filtrasyon ünitelerinde giderilen katı parçacıklardır. Su arıtımında genellikle kum, silis, antrasit kömürü, ilmenit ve grena gibi granül filtre malzemeleri kullanılmaktadır.
Filtrasyon (Filtration): Filtreler, atmosfere açık ve akımın yerçekimi ile sağlandığı havuzlar veya kapalı ve suyun basınç altında aktığı tanklar şeklinde tasarlanabilir. Optimum filtre performansı için, suyun filtrasyon öncesi ön arıtımdan geçirilmesi gerekir. Özellikle yüzey su kaynakları için (yüksek askıda katı madde konsantrasyonu) filtrasyon öncesi çöktürme zorunludur. Askıda katı madde konsantrasyonunun düşük olduğu koşullarda su koagülasyon sonrası doğrudan filtrasyon ünitesine gönderilebilir ve bu işleme doğrudan filtrasyon adı verilir.
Filtrasyon (Filtration): Filtreler uygulanan yüzey yüküne göre hızlı ve yavaş filtreler olarak ikiye ayrılırlar. Filtreler operasyon süreçleri sonunda temiz su ile geri yıkanarak tekrar servise hazır hale getirilirler. Geri yıkamam zamanının aşılmaması çıkış suyu kalitesinin bozulmaması açısından oldukça önemlidir. Çıkış suyunda bulanıklığın ve hidrolik yük kaybının izlenmesi geri yıkama zamanının belirlenmesinde kullanılan yöntemlerdir.
Kimyasal Çöktürme (Chemical Precipitation): Su arıtımında kimyasal çöktürme genellikle sertlik giderilmesinde kullanılan bir işlemdir. Demir ve mangan, ağır metaller, çözünmüş organik maddeler, çeşitli virüs ve bakteriler de kimyasal çöktürme yoluyla giderilebilir. Kimyasal çöktürme işlemi temelde kimyasal dengeye dayanan bir işlemdir. Bu işlem giderilmek istenen kirleticilerin suda oluşturduğu bileşiklerin çözünürlüğüne bağlıdır.
Kimyasal Çöktürme (Chemical Precipitation): Genelde hidroksit ve karbonat bileşiklerinin sudaki çözünürlüğü oldukça düşüktür ve giderilmek istenen metal, hidroksit veya karbonat bileşiği haline dönüştürülerek su ortamından uzaklaştırılabilir. Yumuşatma işleminde sertliğe yol açan kalsiyum ve magnezyum gibi iki değerlikli katyonlar da kimyasal çöktürme işleminde çözünürlüğü düşük olan karbonat ve/veya hidroksit bileşiklerine dönüştürülerek su ortamından uzaklaştırılırlar.
Kimyasal Çöktürme (Chemical Precipitation): Kireçle çöktürme [Ca(OH) 2 ] sertlik giderimi, ağır metal, demir ve mangan arıtımında kullanılan en yaygın kimyasal çöktürme yöntemidir. Sertlik giderilmesinde kireç yanında soda (Na 2 CO 3 ) veya kostik soda (NaOH) da kullanılabilir. Hangi kimyasalların ve işlemlerin seçileceği sudaki sertliğin hangi formda olduğuna ve sertliğin hangi oranda giderileceğine bağlıdır. Kimyasal çöktürme ile sertlik giderimi sonunda suyun ph ı oldukça yüksektir (ph>11) ve korozyonu engellemek için nötralize edilmesi gerekir. Karbonasyon (suya CO 2 verilmesi) genellikle başvurulan nötralizasyon yöntemidir.
İyon Değiştirme (Ion Exchange): İyon değiştirme, giderilmek istenilen kirleticinin sentetik veya doğal bir reçine üzerine adsorblanması temeline dayalı bir işlemdir ve su arıtımında yaygın olarak sertlik giderimi amacıyla kullanılır. Özellikle küçük kapasiteli arıtma tesislerinde iyon değiştirme yumuşatma için ekonomik bir alternatif olabilir. İyon değiştirme yumuşatma yanında baryum, arsenik, krom, flor, nitrat, radyum ve uranyum gibi zehirli veya radyoaktif metallerin giderilmesinde de sıkça kullanılır.
İyon Değiştirme (Ion Exchange): İyon değiştirme kolonları, reçinelerindeki fonksiyonel grup adı verilen kimyasal iyon grubuna göre, katyon giderilmesinde kullanılan güçlü ve zayıf asit kolonları, anyon giderilmesinde kullanılan güçlü ve zayıf baz kolonları olarak sınıflandırılırlar. İyon değiştirme kolonları, içerdikleri reçine tipine ve fonksiyonel gruplarına bağlı olarak her iyonu aynı derecede tercih etmediklerinden dolayı giderilmek istenilen kirletici için en uygun kolonun kullanılması optimal iyon değiştirme için çok önemlidir.
Dezenfeksiyon (Disinfection): İçme suyu arıtımında dezenfeksiyonun ana işlevi suyun her türlü mikrobik içerikten arındırılması ve dağıtım şebekelerinde bakteriyolojik büyümenin önlenmesidir. Klor uzun yıllar boyunca kullanılan tek dezenfektan olmasına karşın günümüzde klor dioksit, ozon, klor aminler ve potasyum permanganat gibi çeşitli dezenfektanlar yaygınlık kazanmaktadır. Özellikle klor kullanılması sonucu oluşan yan ürünlerin insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilerinin fark edilmesi, yeni dezenfektanların kullanımını daha yaygın hale getirmiştir.
Dezenfeksiyon (Disinfection): Kullanılan dezenfektanın etkili olması yanında, etkisinin uzun süre devam etmesi (dağıtım şebekelerinde bir miktar dezenfektanın bakiye olarak bulunması) gerekir. Zararlı yan ürünler oluşturmasına karşın klor, güçlü bir dezenfektan olması ve etkisinin uzun sürmesi nedeniyle halen yaygın tercih edilen bir dezenfektandır. Kloraminler daha zayıf dezenfektanlardır ancak etkileri uzun süre devam eder ve klora göre zararlı yan ürün oluşumu daha azdır.
Dezenfeksiyon (Disinfection): Ozon oldukça etkili bir dezenfektandır, ancak etkisi uzun süreli değildir ve diğer dezenfektanlar ile karşılaştırıldığında ise daha pahalıdır. Özellikle yüzey su kaynakları için, arıtma sonrası dezenfeksiyonun yanında kaynaktan alınan suya arıtma tesisinde biyolojik büyümenin önlenmesi, koku ve tadın giderilmesi amacıyla ön dezenfeksiyon uygulanabilir. Dezenfeksiyonun verimliliği kullanılan dezenfektan tipi ve dozuna, arıtılan suyun mikrobiyolojik kalitesine, suda dezenfektan ile girişime yol açabilecek maddelerin varlığına ve dezenfeksiyon süresine bağlıdır.
Izgaralar (Screening): Izgaralar su ve atıksuların bünyesinde bulunan iri parçaların atıksu ve su ortamından uzaklaştırılması için kullanılır. Izgaralar atıksu arıtma tesislerindeki mekanik aksamın korunması, arıtma tesisindeki ekipmanlarda fiziksel hasarların oluşmaması ve arıtma veriminin arttırılması amacıyla kullanılan ön arıtım işlemleridir.
Izgaralar (Screening): Tipik bir ızgara, belirli aralıklarla dizilmiş metal çubuk bloğundan, bu bloğun yerleştirildiği bir yaklaşım kanalından, temizleme ekipmanlarından ve drenaj plakasından oluşur. Kullanım amaçlarına bağlı olarak; kaba ızgaralar, orta ızgaralar ve ince ızgaralar olarak üç şekilde sınıflandırılmaktadır.
Izgaralar (Screening): Kaba ızgaralarda boyutları 130 mm ve daha büyük olan dal, tahta parçası, plastik malzemeler, karton parçaları, bez ve sünger parçaları gibi maddeler tutulur. İnce ızgaralarda veya eleklerde ise boyutları 15 mm den daha küçük olan katı maddeler tutulur. Izgaralar elle veya mekanik olarak temizlenebilir. Izgaralarda tutulan çamurların bertarafı genellikle çöp şeklinde uzaklaştırma yoluyla yapılmaktadır. Günümüzde, mekanik temizlemeli kaba ve ince ızgaralar yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kum Tutucular (Grit Removal): Kum tutucular kum, çakıl gibi inorganik maddeleri atıksudan ayırmak, arıtma tesislerindeki pompa ve benzeri teçhizatın aşınmasına ve çöktürme havuzlarında tıkanma tehlikesine engel olabilmek, hareketli mekanik ekipmanın aşınmasını önlemek, boru ve kanallarda birikintileri engellemek ve kum birikiminden dolayı çamur çürütücünün temizlenme periyodunu azaltmak amaçları için kullanılır.
Kum Tutucular (Grit Removal): Bu çeşit maddeler, genellikle, yağmur suları ile sürüklenerek kanalizasyon sistemlerine karışmaktadır. Kum tutucularda sadece inorganik maddelerin çökelmesi istenir. Çökelmesi halinde koku problemine sebep olabilecek malzemelerin çökelmesi istenmez.
Kum Tutucular (Grit Removal): Kum tutucular genellikle kaba ızgaradan sonra ilk çöktürmeden önce teşkil edilirler. Kum tutucular akış şartlarına ve inşa durumlarına göre; düşey akımlı, yatay akışlı dikdörtgen planlı, daire planlı ve havalandırmalı kum tutucular olarak sınıflandırılırlar. Çevre Mühendisliği uygulamalarında genellikle yatay akışlı dikdörtgen planlı kum tutucular ile havalandırmalı kum tutucular yaygın kullanılmaktadır.
Dengeleme (Equalization): Atıksu arıtımında genel olarak fiziksel, kimyasal ve biyolojik metotlar kullanılmaktadır. Biyolojik arıtımda mikroorganizmaların debideki ve kirlilik derişimlerindeki ani değişimlere karşı duyarlı olması atıksuların istenilen verimde arıtılamamasına sebep olmaktadır. Fiziksel ve kimyasal arıtım ünitelerinde debi salınımları ünitelerin verimli çalışmamasına, kimyasal madde harcamalarının sabit tutulamayıp gereğinden fazla dozlanmasına ve buna paralel olarak maliyet artışlarına sebep olmaktadır.
Dengeleme (Equalization): Dengeleme tanklarının yapım amaçları genel olarak tesise, sürekli ve homojen debi, homojen atıksu karakteristiği sağlamak ve şok yüklemelere karşı tesisi (özellikle biyolojik arıtım ünitelerini) korumaktır. Dengeleme tankları arıtma tesislerinde hat üzerinde ve hat dışında olmak üzere iki şekilde inşa edilmektedir.
Nötralizasyon (Neutralization): Nötralizasyon işlemi suların ph ını düzenlemek için yapılır. Su ve atıksuların ph değerlerini ayarlamadan istenilen arıtmanın yapılması mümkün değildir. İçme sularında ph ın 7.5-8 arasında, atıksularda ise 6-9 arasında olması istenir. Nötralizasyon işlemi kimyasal arıtmadan önce, biyolojik arıtmadan önce veya alıcı su ortamlarına deşarjdan önce yapılabilmektedir.
Adsorpsiyon (Adsorption): Adsospsiyon yüzeylerde veya ara kesitlerde madde derişimlerinin artması veya birikimi olarak tanımlanabilir. Adsorpsiyon işlemi sıvı-sıvı, gaz-sıvı, gaz-katı ve sıvı-katı gibi herhangi iki faz arasındaki arakesitte oluşmaktadır. Konsantre edilen maddeye adsorbat, adsorblayıcı faza ise adsorbant denilmektedir.
Adsorpsiyon (Adsorption): Adsorpsiyon prosesi ise bir fazın atomları veya moleküllerinin, ikinci bir fazla çözelti teşkil etmek için bulunduğu fazdan diğer bir faza düzenli olarak nüfuz ettiği bir prosestir. Hem adsorpsiyonu hemde absorpsiyonu ihtiva eden sorption terimi, özellikle ikinci fazı katı olan bir fazdan diğer faza madde akümülasyonu sağlamak için bileşiğin hareketini sağlayan proseslerin temel ifadesidir.
Adsorpsiyon (Adsorption): İstenmeyen tat ve kokuların uzaklaştırılması, biyolojik arıtma sistemlerinde girişim meydana getirebilen ve ikincil arıtımla sudan giderilmeyen pestisitlerin sudan giderilmesi, toksik bileşiklerin sudan giderilmesi, deterjan kalıntılarının sudan uzaklaştırılması, kalıcı organik maddelerin ve rengin sudan giderilmesi, TOK ve klor ihtiyacının azaltılması, deklornasyon (klor giderme) amacıyla kullanılmaktadır.
Membran Teknolojileri (Membrane): Membran, belirli türlerin hareketini kısıtlayan, metal, anorganik veya organik polimerlerden yapılan geçirgen veya yarı geçirgen bir malzemedir ve gaz ayırımı, katı-sıvı ve sıvı-sıvı ayırımı gibi amaçlar için kullanılır. Membran filtrasyonunda, doğada yarı geçirgen bir membrandan basınç farkı nedeniyle molekül taşınımının gerçekleşmesi gibi fiziksel prensipten yararlanılır.
Membran Teknolojileri (Membrane): Burada moleküller yada partiküller, ağırlıkları yada yapıları nedeniyle membranda tutulurlar. Membran prosesleri katı partiküllerin ayrılması, atıksu akımından bazı maddelerin geri kazanılması, çözeltinin konsantre edilmesi, atıksuların arıtılması amacıyla kullanılabilmektedir.
İçme suyu kaynakları yüzey ve yer altı su kaynakları olarak ikiye ayrılırlar. Yüzey suları için en yaygın arıtım tesisleri hızlı kum filtresi ve kireç-soda yumuşatma tesisleridir. Yer altı suları genellikle yüzey sularından daha iyi niteliktedir ve bunun sonucu olarak en yaygın arıtım tesisleri gaz sıyırma ve klorlama tesisleri ve kireç-soda yada iyon değişimi şeklinde yumuşatma tesisleridir. Yüzey suları için bazı durumlarda yavaş kum filtresi tesisleri de kullanılabilir.
Çözünmüş parçacık konsantrasyonu, renk, koku, kötü tat sorunlarının ciddi oranda olduğu ve genel anlamda sertliğin sorun olmadığı bir yüzey kaynağından alınacak suya uygulanabilecek tipik bir arıtma işlemi Şekil 1 de verilmiştir.
Şekil 1. Bir yüzey kaynağından alınacak suya uygulanabilecek tipik bir arıtma işlemi
Bazı yüzeysel su kaynaklarında bölgenin özelliklerinden kaynaklanan değişik sorunlara rastlamak olasıdır. Bu koşullarda, temel işlemlerde bazı değişiklikler olabilir. Örneğin, koku ve tat sorununun ciddi boyutlarda olduğu koşullarda su kaynağına toz aktif karbon (powder activated carbon, PAC) veya potasyum permanganat ve ozon gibi oksidantlar eklenebilir. Benzer durumlarda filtrasyon sonrasına granül aktif karbon kolonları (granulated activated carbon, GAC) eklenebilir veya filtrelerde filtre malzemesi olarak GAC kullanılabilir.
Çözünmüş katı parçacık konsantrasyonunun ve sertliğin düşük olduğu, koku ve tat sorununun aşırı olmadığı yüzey sularında çöktürme ünitesi iptal edilebilir ve flokülasyon sonrası su doğrudan filtre edilebilir. Bu işleme doğrudan filtrasyon adı verilir. Çözünmüş katı parçacık konsantrasyonunun her mevsim düşük olduğu yüzey su kaynakları arıtıldığında flokülasyon ünitesi tamamıyla kaldırılabilir ve koagülantlar filtrasyon öncesi giriş suyu boru hattında eklenebilir. Bu işlem boru hattında filtrasyon olarak bilinir. Doğrudan ve boru hattında filtrasyon işlemleri Şekil 2 de görülmektedir.
Şekil 2. Doğrudan ve boru hattında filtrasyon işlemleri
Genelde yüzeysel su kaynaklarında yüksek oranda sertliğe rastlanmaz. Ancak sertlik giderimi gerektiren yüzey suları kireçle yumuşatma işlemi ile arıtılabilir. Bir kireç-soda yumuşatma prosesinin akım şeması Şekil 3 de verilmiştir.
Şekil 3. Kireç-soda yumuşatma tesisi
Son yıllarda dünya ölçeğinde yer altı sularının kalitesine ilişkin ciddi sorunlar yaşanmaktadır. Tarımsal üretimde kullanılan pestisitlerin, herbisitlerin ve tarımsal verimin artırılması amacıyla kullanılan sentetik organik maddelerin (hormonların) yer altı su kaynaklarına karışması sonucu kaynaklarda görülen kirleme tehdit edici boyutlara ulaşmıştır. Ayrıca, endüstriyel katı atıkların düzensiz depolanması ve bu atıkların sızıntı sularının yer altı sularına karışması yada yeraltına gömülen petrol ürünleri (benzin, motorin vb) depolama tanklarından kaynaklanan sızıntılarla yer altı sularının petrokimya ürünleriyle kirletilmesi sonucu bu kaynaklar genelde kullanılamaz hale gelmektedir.
Yer altı sularının bu yollarla kirletilmesi, kirliliğin boyutlarının araştırılması aşamasında da ciddi mali yükler getirebilir. Bu tür kirliliklerin arıtılması için gerekli teknolojinin olmaması veya arıtma maliyetinin çok yüksek olması gibi nedenlerle yer altı su kaynaklarının sayısı gittikçe azalmaktadır. Bu tür bir kirlenmeye uğramamış yer altı sularının kalitesi genellikle bulanıklık, bakteriyolojik içerik ve toplam organik madde içeriği bazında yüzey sularına göre daha iyidir ve basit bir arıtma işlemi sonucu su dağıtım şebekesine verilebilir. Ancak yer altı sularındaki mineral (Ca, Mg, Fe ve Mn) oranı yüzey sularına oranla kat kat fazladır.
Yer altı su kaynaklarında su kalitesinde ciddi oranda mevsimsel yada yıllık değişimler görülmez. Ancak, yer altı suyu kalitesi aynı yöre içerisinde dahi olsa kuyudan kuyuya farklılık gösterebilir. Yer altı hidrolojik yapısındaki değişimler doğrudan su kalitesine de yansır ve kısa mesafeli iki kuyu arasında dahi su kalitesinde ciddi farklılıklar gözlemlenebilir. Kaynak seçiminde su kalitesi belirleyici bir parametredir.
Yeraltı sularının kalite analizlerinin yapılması, yüzeysel su kaynaklarına oranla çok daha pahalıdır. Yer altı su kalitesinin izlenmesi için genelde açılacak birden fazla ölçüm kuyusu analiz maliyetini ciddi ölçüde artırır. Ayrıca, yer altı sularının arıtma tesislerine pompalanması veya su galerileri ile getirilmesi gerekir. Bu işlemde maliyet artırıcı diğer bir etkendir.
Yer altı su kaynaklarında görülen belli başlı sorunlar sertlik ve yüksek konsantrasyonda demir ve mangandır. Kireçle yumuşatma kalsiyum ve magnezyum sertliğinin giderilmesinde yaygın olarak kullanılan bir işlemdir. Karbonat olmayan sertliğin yüksek olduğu koşullarda kireçle yumuşatma işlemi sırasında soda (Na 2 CO 3 ) eklenebilir. Tipik bir yer altı kaynağından alınan suya uygulanabilecek fazla kireçle yumuşatma işlemi Şekil 4 de verilmiştir.
Şekil 4. Tipik bir yeraltı kaynağından alınan suya uygulanabilecek fazla kireçle yumuşatma işlemi
Şekil 5 de görülen parçalı yumuşatma işlemi kireçle yumuşatma işleminin bir modifikasyonudur. Özellikle magnezyum konsantrasyonunun düşük, tat, koku ve renk sorununun önemli olmadığı koşullarda, bu tür işlemler önemli ekonomik avantajlar sağlayabilir. Bu işlemde sudaki kalsiyum ve magnezyum sertliğini düşürmek amacıyla, fazla kireç arıtılacak suyun sadece bir kısmına eklenir.
Şekil 5. Parçalı yumuşatma işlemi
Yeraltı suları genellikle o kadar yüksek niteliklidir ki gerekli arıtım yöntemleri Şekil 6 da gösterildiği gibi yalnızca, aşırı doygun miktarlarda bulunduğunda CO 2 gibi gazların giderilmesi için gaz sıyırma ve dağıtım sisteminde bir kalıntı klor sağlayacak klorlamadır. Böyle bir su için temin ve arıtım tesisi, kuyu, bir gaz sıyırma birimi, dezenfeksiyon birimleri, bir yer altı suyu deposu ve bir yüksek güçlü pompa merkezinden oluşur. Eğer yer altı suyu, yeterli sertliğe sahipse kireç-soda yada iyon değişimi süreci ile yumuşatma gereklidir. Yine demir ve mangan içeriği yüksekse uzaklaştırılmaları için özel arıtım gerekir.
Şekil 6. Tipik bir yer altı suyu arıtım tesisi
Çözünmüş katı madde konsantrasyonunun, organik madde içeriğinin, demir ve magnezyum konsantrasyonlarının düşük olduğu yer altı suları için, iyon değiştirme ile yumuşatma da bir alternatif olabilir. Özellikle sertliğin zamanla değişiklik gösterdiği ve karbonat olmayan sertliğin yüksek olduğu yer altı suları için iyon değiştirme ile yumuşatma avantajlı olabilir. Yumuşatma için kullanılan en yaygın iyon değiştirme reçinesi sodyumlu (zeolit) katyon değiştirme reçineleridir. İyon değiştirme kolonu, operasyon periyodu sonucunda NaCl çözeltisi ile kolayca rejenere edilebilir. Su arıtımında kullanılan tipik bir iyon değiştirme işlemi Şekil 7 de verilmiştir.
Şekil 7. Su arıtımında kullanılan tipik bir iyon değiştirme işlemi
Sertliğin ciddi bir sorun olmadığı, ancak demir ve mangan konsantrasyonu yüksek yer altı suları, demir ve manganın oksidasyon yoluyla ortamdan uzaklaştırılması için havalandırma ünitesi içeren işlemlerle arıtılır. Böyle bir yöntem Şekil 8 da görülmektedir.
Şekil 8. Yeraltı suyu için demir ve mangan arıtımı
Atıksuların arıtımını genelde fiziksel arıtma, kimyasal arıtma, biyolojik arıtma ve ileri arıtma şeklinde ayırmak mümkündür (Şekil 9). Atıksuyun özelliğine göre bu üniteleri eksiltmek veya artırmak mümkündür. En yaygın kullanılan evsel atıksu arıtım tesisleri, birincil (fiziksel) ve ikincil (biyolojik) arıtım tesisleri, üçüncül (ileri) arıtım tesisleri ve fiziksel-kimyasal arıtım tesisleridir.
Şekil 9. Atıksu arıtma tesisi akım şemasının genel görünüşü
Birincil arıtım, atıksudan askıda katıların önemli miktarını uzaklaştırır. Toplanan katılar, çoğu durumda daha sonra uygun bir şekilde uzaklaştırılmak üzere işlem görmelidir. İkincil arıtım, kalan organik askıda katıların ve organik çözünmüş katıların biyolojik yükseltgenmesinden oluşur. Izgaralar, kum tutucu, ön çökeltim, aktif çamur arıtımı ve klorlamadan oluşan geleneksel bir aktif çamur tesisinin akım şeması Şekil 10 da verilmiştir.
Şekil 10. Bir evsel atıksu için aktif çamur tesisi
İkincil arıtımdan çıkan suyun üçüncül arıtımı, suyun niteliğinin iyileştirilmesi için daha fazla arıtım sağlar. Bir üçüncül arıtım tesisinin akım şeması Şekil 11 de verilmiştir. Şekil 11 deki akım şeması ile ikincil arıtımdan çıkmış su arıtıldığında içme suyu niteliğine yakın nitelikte bir su elde edilir.
Şekil 11. İkincil arıtımdan çıkmış suyun fiziksel-kimyasal yöntemlerle üçüncül arıtımı
Ham evsel atıksular için bir fiziksel-kimyasal arıtım tesisi akım şeması Şekil 12 de verilmiştir. Tesis kireçle pıhtılaştırma, yumaklaşma, çökeltme, karbon dioksit ilavesi, çökeltme, filtrasyon, adsorpsiyon ve kırılma noktası klorlaması ünitelerinden oluşmaktadır.
Şekil 12. Ham atıksuyun fiziksel-kimyasal arıtımı
Endüstriyel atıksular kabaca organik ve inorganik atıksular şeklinde sınıflandırılabilir. Organik endüstriyel atıksuların günlük BOİ 5 katısı evsel atıksularınkinden birkaç kat fazladır. Biyolojik olarak parçalanabilir biyolojik atıksuların nitelik ve akış hızları değişkenlik gösterdiğinden çeşitli akım şemaları kullanılabilir. Düşük-orta askıda katı içeriğine sahip organik endüstriyel atıksular için sıklıkla Şekil 13 de verilen akım şeması tercih edilir.
Şekil 13. Bir endüstriyel atıksu için tam karıştırmalı aktif çamur tesisi
Düşük-orta askıda katı içeriğine sahip ve organik içeriği gün boyunca önemli ölçüde değişen organik endüstriyel atıksular için Şekil 14 de gösterildiği gibi bir sabit düzeyli dengeleme tankı gerekebilir.
Şekil 14. Bir endüstriyel atıksu için piston akımlı aktif çamur tesisi
Eğer, yeterli arazi varsa, düşük-orta askıda katı içeriğine sahip organik endüstriyel atıksular Şekil 15 de gösterilen havalandırma havuzlarında arıtılır. Bu sistem temelde geri döngüsüz bir aktif çamur birimi olan bir havalandırmalı havuz ve son çökeltici olarak görev yapan bir fakültatif yükseltgenme havuzundan oluşur. Yüksetgenme havuzunda çökelen biyolojik katılar, havuzun dibinde anaerobik bozunur ve buradaki katılar genellikle birkaç yılda bir uzaklaştırılır.
Şekil 15. Bir atıksu için havalandırmalı havuz sistemi
Endüstriyel inorganik atıksuları içeren başlıca endüstriler Cd, Zn, Cr, Cu, Ni ve Sn gibi metal kaplama ve çelik ve demir gibi metal endüstrileridir. İnorganik endüstriyel atıksuların arıtımı için kullanılan temel işlemler ve süreçler atıksu özelliklerine bağlıdır. Örneğin Cu, Zn, Cd gibi ağır metal iyonlarını içeren kaplama endüstrileri atıksuları iyon değişimi ile arıtılabilir.
2. BİRİM SİSTEMLERİ SI Temel Birimler:
2. BİRİM SİSTEMLERİ Bazı SI türeme birimleri için özel isimler ve semboller:
Metrik Dönüşüm Faktörleri
Metrik Dönüşüm Faktörleri