İçme Sularının Arıtılması Ders Notları

CEV312 İÇME SULARININ ARITIMI
DERS NOTLARI
1. İÇME SULARININ ARITIMI
1.1. İçme Sularının Özellikleri
İçme ve kullanma sularında istenilen ve istenmeyen özellikleri beş grupta toplamak
mümkündür.
a)
b)
c)
d)
e)
Su, kokusuz, renksiz, berrak ve içimi serinletici olmalıdır.
Su hastalık yapan mikroorganizma içermemelidir.
Suda sağlığa zararlı kimyasal maddeler bulunmamalıdır.
Su kullanma maksatlarına uygun olmalıdır.
Sular agresif olmamalıdır.

Su, kokusuz, renksiz, içimi lezzetli olmalıdır.
Sularda fenoller, yağlar gibi suya kötü koku ve tat veren maddeler olmamalı, sular,
renksiz, berrak ve içilebilecek sıcaklıkta olmalıdır. İçme suyu için en uygun sıcaklık 8 ila
12 °C‟dir. Ayrıca sulardaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu 5 mg/L‟den daha yüksek
olmalıdır.

Suda hastalık yapan organizmalar olmamalıdır.
Suda bulunabilen bazı mikroorganizmalar çeşitli hastalıklara sebep olurlar. Bu çeşit
hastalıklara “suyun sebep olduğu hastalıklar” denir. Sudan geçen bazı hastalıklar ve
hastalığa sebep olan organizmalar Çizelge 1.1‟de verilmiştir.
Çizelge 1. Sudan Geçen Hastalıklar
Hastalık Adı
Basilli dizanteri
Tifo
Kolera
Amipli dizanteri
Çocuk felci
Sarılık
Organizma
Shigella dysenterial
Salmonella typhi
Vibrio cholera
Entameoba histolytica
Çocuk felci virüsü
Hepatitis virüsü
Çizelge 1‟de verilen organizmlardan başka bulaşıcı hepatitis virüsü, su diyaresi
virüsleri gibi bazı virüsler de sudan geçerek hastalık yaparlar. Halk arasında “kara sarılık”
denen hastalığa sebep olan hepatitis virüsünün su ile geçmesi ve hastalık yapabilmesi için
kuvvetli bir kirlenmenin gerekli olduğu ileri sürülmüştür. Hepatitis virüsü, iyi şekilde
işletilen yumaklaştırma, çöktürme ve filtrasyon kısımlarından meydana gelen bir tasfiye
tesisinde % 90-99 oranında tutulabilmektedir.
1
Sudaki zaralı mikroorganizmaları yok etmek için en etkili yol dezenfeksiyondur.
Suyun bakiye 0.1-0.2 mg/L klor kalacak şekilde ve uygun temas süresi ile klorla
dezenfekte edilmesi halinde bağırsak patojen bakterileri, 0.3-0.4 mg/L bakiye klorla
dezenfeksiyon halinde ise virüsler yok edilebilir.
Hastalık etkenleri olan yukarıda belirtilen mikroorganizmaların bakteriyolojik
muayeneleri zordur. Bu yüzden gösterge “indikatör” organizmalar kullanılır. Bunlar:
1. Koliform bakterisi, bilhassa E.koli olarak bilinen Escherichia koli.
2. Streptococcus faecalis.
3. Clostridium Perfringens Sporları
E. kolinin sularda bulunması zararlı organizmaların varlığının bir işaretidir. Dışkının 1
gramında 108 – 109 adet E.koli bulunur. Bu sebeple bir içme suyu kaynağı tahlil
edildiğinde E. Koli bulunmuşsa, bu kaynağın insan, memeli hayvan veya kuşların
dışkılarıyla kirlendiği anlaşılır.
İçme sularının bakteriyolojik olarak kirlenip kirlenmediklerini kontrol için su
numuneleri alınarak tahlilleri yapılmalıdır. Dezenfekte edilen sularda haftada bir numune
alınır. Dezenfekte edilmeyen sularda numune alma aralığı ise TS 266‟da nüfusa bağlı
olarak verilmiştir. Dezenfekte edilmeyen sular için en fazla numune alma aralıkları
Çizelge 2‟de gösterilmiştir.
Çizelge 2. Dezenfekte edilmeyen sular için numune alma aralığı
Nüfus
En fazla numune alma aralığı
2000-10 000
2 ay
10 000-20 000
1 ay
20 000-50 000
2 hafta
50 000-100 000
4 gün
100 000‟den büyük
1 gün
Avrupa İçme Suyu Standartlarına göre:
a) İçme suyu şebekesine girişlerden alınan 100 ml numunelerde koliform grubundan
herhangi bir bakteri bulunmamalıdır.
b) İçme suyu şebekesinden alınan 100 ml numunelerden % 95‟inde koliform
grubundan herhangi bir bakteri olmamalıdır. Bu, 100 numune tahlil edildiği zaman
en fazla 5 numunede koliform grubu bakterilerin bulunmasına müsaade
edilebileceği manasına gelir. Buna göre “En Muhtemel Sayı”
EMS =
= 0.5 x 10-3 adet/mL = 0.5 adet/L
olarak elde edilir. O halde Avrupa İçme Suyu Standardı koliform bakterileri için
EMS ≤ 0.5 adet/L „dir.
2

Suda Sağlığa Zararlı Kimyasal Maddeler Olmamalıdır
Bazı kimyasal maddeler zehirli tesir gösterir. Arsenik, kadmiyum, krom, kurşun, civa,
selenyum zehirli maddelerdir. Arsenik metalik olarak özellikle toz halinde zehirsizdir.
Ancak su, hatta havadaki nem ile birleştiği zaman arsenik trioksite (As2O3) dönüşür. Bu
çok zehirli bir maddedir. Arsenik zehirlenmelerinde felç, sinir sistemi bozuklukları
görülür. İnorganik arsenik bileşiklerinin kanser yapıcı tesir göstermekte olduğu ileri
sürülmüştür.
Civa‟nın vücutta yığılması neticesi, başlangıç arazları olarak baş ağrısı, yorgunluk, kol
ve bacaklarda ağrılar görülür. Diş etleri iltihaplanır. Diş etlerinde mavi-mor “civa çizgisi”
meydana gelir. Kişide ruhi bozukluklar, hafıza zayıflıkları ve gövde, kol ve ayaklarda
duygu bozuklukları ortaya çıkar.
Kadmiyum ve bileşikleri, şahıslarda başağrısı, susuzluk hissi, boğazda kuruluk,
sinirlilik ve kuvvetli tahriş öksürüğü gibi rahatsızlıklara sebep olur.
Krom‟un ülser, bronşit, akciğer ve böbrek hastalıklarına sebep olduğu bilinmektedir.
Kurşun ve bileşikleri, iştahsızlık, karın ağrıları, yorgunluk, vücutta umumi zaafiyet hali,
kurşun felçleri ve duyu organları bozukluklarına sebep olur.
Baryum kaslara ve kalp adalelerine, damarlar ve sinir sistemine zararlı tesirler
yapmaktadır.
Nitrat, bilhassa bebeklerde, “süt çocuğu siyanozu” na sebep olur. Bunun sebebi bazı
bakterilerin nitratları indirgeyrek nitritlere dönüştürmesi ve meydana gelen fazla
miktardaki nitritin emilerek kandaki menoglobini methemoglobine çevirmesidir. Bunun
neticesi olarak oksijen dokulara taşınamadığından bebek ölümleri ortaya çıkar.
Florür, sularda bir miktar bulunursa diş çürümelerine karşı koruyucu bir tesir
göstermektedir. Ancak florürün fazla miktarda alınması zehirli etki yapar. Kişide iştah
azalır, omurga ve bacak kemiklerinde sertleşme meydana gelir.
Radyoaktif maddeler, bilhassa nükleer silah denemeleri ve nükleer santrallerin artıkları
sebebiyle içme suları kirlenmektedir. Suda amonyum (NH4+) „un bulunması, suyun
kullanılmış sularla kirlendiğini ve kirlenmenin süre bakımından uzak olmadığını gösterir.
Klorür (Cl-), suda umumiyetle sodyum klorür (NaCl) şeklinde bulunur. Suda fazla
miktarda NaCl bulunması halinde suya insan veya hayvan idrarının karışmış olduğu
düşünülebilir. Ancak deniz kenarındaki su kaynaklarında tatlı suya, denizden tuzlu su
karışabileceği hatırdan çıkarılmamalıdır.
3

Sular Kullanım Maksatlarına Elverişli Olmalıdır
Sular içme suyu ve sanayide kullanma suyu olarak kullanılabilir. İçme suyu olarak
kullanılması halinde sudaki demir ve manganez muhtevaları düşük olmalıdır. Demir,
bilhassa yeraltı sularında (2) değerlikli Fe++ olarak, umumiyetle demir bikarbonat
Fe(HCO3)2 şeklinde bulunur. Fe++, oksijenle temas ederse sarı-kırmızı bir bileşik olan
demir hidroksit halinde çökelir. Bu sebeple suyun tadı ve rengi değişir.
Reaksiyon:
4 Fe+ + O2 + 10H2O
→ 4Fe(OH)
3
+ 8H+ şeklindedir.
Suda bulunan demir, borularda demir bakterilerinin çoğalmasına ve boruların
tıkanmasına yol açar. İki değerlikli manganez de demire benzer özellikler gösterir.
Reaksiyon:
6Mn++ + 2O2 + 6H2O
→ 6MnO
2
+ 12H+ şeklindedir.
Mangandioksit siyah bir çökelek halinde çökelir. Suyun sertliğinin de kullanma
maksatlarına uygun olması gerekir.

İçme Suları Agresif Olmamalıdır
Suların agresifliği, serbest karbondioksit (CO2) ile bikarbonat (HCO3-) iyonunun
dengede olmamasından ileri gelir. Suların agresifliği boruların korozyonuna (aşınmasına)
sebep olur, onların kısa zamanda harap olmalarına, dolayısıyla ilave masraflara yol açar.
Ayrıca boruların aşınması halinde borudan ayrılan elementler suyun evsafının
bozulmasına sebep olur. Suların agresif olup olmadıklarının tayininde genellikle Tilman
Eğrisi ile Langelier İndeksi kullanılmaktadır.
İçme Suyu Standartları
İçme sularının renksiz, berrak olması, hastalık yapıcı organizmaları, zararlı
kimyasal maddeleri ihtiva etmemesi ve agresif olmaması gerektiği belirtilmişti. Sularda bu
şartları sağlamak ve suda bulunması arzu edilmeyen maddeleri belirli bir seviyenin altında
tutmak için çeşitli standartlar geliştirilmiştir. Bunlar arasında dikkate değer olanı Dünya
Sağlık Teşkilatı (WHO) tarafından verilen standartlardır. Ülkemiz için kabul edilen içme suyu
standardı ise TS 266‟dır.
4
Çizelge 3. İSKİ Ocak 2012 İstanbul Su Kalitesi Raporu*
*http://www.iski.gov.tr/Web/UserFiles/File/su_kalite_raporu/pdf/sukalite_ocak2012t.pdf
5
2. İÇME SUYU ARITIM METODUNUN SEÇİMİ
2.1. Su Kaynaklarının Özellikleri ve Kaynak Seçimi
Bir kaynaktan alınan suyun kullanma maksatlarına uygun hale getirilmesi için tatbik
edilecek tasfiye işlemleri su kaynağının özelliklerine bağlıdır. Su kaynakları, yeraltı su
kaynakları ve yüzey suları olmak üzere iki sınıfta incelenebilir. Yeraltı sularının kalitesi
zamanla büyük değişimler göstermez, renk dereceleri, bulanıklıkları düşüktür. Ancak
fazla miktarda çözünmüş madde içerirler. Yüzey suları, nehir, göl, baraj ve seddelerden
alınan sular olup, su kalitesi zamanla büyük değişmeler gösterir, renk ve bulanklılığı
fazladır. Ayrıca yüzey suları, ev ve sanayii kullanılmış suları ile kirletilmiş olabilir. Bu
yüzden organik maddeler, tat ve koku veren maddeler, fenoller, deterjanlar, metaller gibi
maddeler de yüzey sularında bulunabilir. Tasfiye tesisinin projelendirilmesinde bu
durumlar göz önünde bulundurulmalıdır.
Mevcut su kaynaklarının seçiminde suyun miktarı, kalitesi, suyun temin edileceği yere
uzaklığı, tasfiye edilebilme imkanları, suyun miktarında ve kalitesinde mevsimlik
değişmeler olup olmadığı dikkate alınmalıdır. Bunun yanında suyun birim hacminin
maliyeti göz önünde bulundurularak en ucuz çözümü veren kaynak tercih edilmelidir.
2.2. Su Arıtımında Amaçlar ve Temel İşlemler
İçme suyu tasfiyesi aşağıdaki amaçlardan biri veya birkaçı için yapılır:











Su sıcaklığının düşürülmesi veya yükseltilmesi
Renk, bulanıklık, tat ve koku giderimi
Mikroorganizma giderimi
Demir ve mangan giderimi
Amonyum (NH4+) giderimi
Oksijen konsantrasyonunun yükseltilmesi, suya bazen CO2 verilmesi, bazen
giderimi, hidrojen sülfür (H2S), metan (CH4) gibi gazların sudan
uzaklaştırılması yani gaz transferi
Asitlerden temizleme
Su sertliğinin düşürülmesi
Korozif özelliğin giderilmesi
Tuzluluğun giderimi
Zararlı kimyasal maddelerin giderimi
İçme suyu tasfiyesinde yukarıdaki amaçlara ulaşmak için çeşitli temel işlemler yapılır:
 Gaz transferi veya havalandırma
Suya oksijen veya CO2 kazandırmak veya CO2, H2S, CH4 gazları sudan
uzaklaştırmak için kullanılır.
 Izgaradan geçirme
Yüzücü ve iri maddeleri tutmak için uygulanır.
6
 Mikroeleklerden geçirme
Süspansiyon halindeki maddeleri veya algleri tutmak için kullanılır.
 Biriktirme
Su kalitesini iyileştirmek, konsantrasyondaki salınımları dengelemek için
kullanılır.
 Çöktürme
Çökebilen katıları gidermek için yapılır.
 Yüzdürme
Yağları ve sudan hafif yüzücü maddeleri sudan ayırmak için uygulanır.
 Suyun pH‟sını ayarlama
Suya asit veya baz ilave edilerek suyun pH‟sının istenilen değere getirilmesi için
yapılır.
 Hızlı karıştırma ve yumaklaştırma
Alüminyum ve demir tuzları gibi yumaklaştırıcı maddeleri ham suya ilave etmek
suretiyle çökemeyen kolloidal maddeleri, çökebilen yumaklar haline getirerek
sudan ayırmak amacıyla yapılır.
 Filtrasyon
Suyu, daneli malzeme ile teşkil edilmiş filtrelerden geçirmek suretiyle sudaki
kolloid ve süspansiyon maddelerin tutulması sağlanır.
 Kimyasal stabilizasyon
İstenmeyen maddelerin zararsız hale getirilmesi işlemidir.
 Adsorpsiyon
Aktif karbon gibi maddelerle sudaki koku ve tat veren maddelerin tutulması için
yapılır.
 İyon değiştirme
Suyun iyon değiştiricilerden geçirilmesi suretiyle istenmeyen iyonların bir başka
iyonla yer değiştirilmesi işlemidir.
 Kimyasal çöktürme
Suda çözünmüş maddeler, oksidasyonla suda çözünmeyen bileşikler haline
getirilerek çöktürme suretyle sudan giderilmesi işlemidir.
Yukarıda belirtilen işlemler, fiziksel ve kimyasal işlemler olup sayıları çoğaltılabilir.
Kaynatma, koku ve tat kontrolü, sertlik giderimi, demir ve mangan giderimi için
uygulanan işlemler, reverse osmoz, elektrodializ gibi yöntemler de içme suyu tasfiye
işlemleri arasında sayılabilir.
7
2.3. İçmesuyu Arıtımı Akım Şemaları
2.3.1. Yüzey Suları İçin Akım Şemaları
Çökebilen madde miktarı yüksek ve mevsimlere göre kil içeriği ve rengi değişen
nehir suları
Biriktirme müddeti 10-20 gün alınır. Bundan maksat iri tanelerin çökelmesi ve su
kalitesinin düzeltilmesi ve debinin dengelenmesidir. Biriktirme haznesi veya suni göl
yapılmadığı takdirde iri tanelerin çökelmesi için bir çökeltme havuzu (kum tutucu)
yapılması mümkündür.
Ötrofik göl ve su haznelerinin suları
Bu sular bazı mevsimlerde yüksek seviyede alg, kil ve diatoma ihtiva ederler, iri çakıl
ve kum daneleri yoktur.
8
Su kalitesi iyi olan göller ve su hazneleri
Rengi fazla fakat askıda katı madde içeriği az sular
Al3+ ve Fe3+ ile pıhtılaştırma çok zor çökebilen yumaklar meydana getirdiğinden
dolayı çökeltme fazla tesirli değildir. Bu sebepten doğrudan doğruya filtrasyon tatbikatı
tercih edilir. Şayet alum (veya demir) dozu yüksekse mesela 40 mg/l‟den fazla ise
filtredeki yük kaybı fazla olur, bunu önlemek için çift tabakalı filtre malzemesi kullanılır
veya düşük hızlarla çalışılır.
Renk en iyi şekilde düşük pH değerlerinde giderilir.
Renk giderimi esnasında oluşan alum yumakları zayıftır.
9
2.3.2. Yeraltı Suları İçin Akım Şemaları
Demir ve mangan giderimi
Sert sular için kireç ile yumuşatma (Yumuşatmanın daha fazla olması arzu
edilirse soda da kullanılır)
Tek kademeli yumuşatma
Sadece Ca2+ giderimi için uygundur. Bu gibi sularda Mg2+ un arzu edilen sınırlar
içerisinde olması gerekir.
Bu metot Mg2+ giderimi için de kullanılabilir. Fakat kireç ve CO2 sebebiyle işletme
masraflarının fazla olmasına sebep olur.
İki kademeli yumuşatma
Ca2+ ve Mg2+ beraber giderilmesi için en uygun tasfiye sistemidir. Diğerine göre
yatırım maliyeti fazla, fakat işletme giderleri azdır. Birinci kademeden farkı sadece
karıştırma ve çökeltme ile karbonlama havuzlarının tekrar konulmasıdır.
10
3. BİRİKTİRME
3.1. Biriktirme
Özellikle nehirlerden su temininde biriktirmenin büyük önemi vardır. Biriktirme
müddeti genellikle 10 ila 20 gün arasında alınmaktadır. Burada amaç iri danelerin
çökelmesi, su kalitesinin düzeltilmesi ve debinin dengelenmesidir. Biriktirme hazneleri
olarak suni göller veya biriktirme yapıları kastedilmektedir. Biriktirme haznesinin
yapılmasının mümkün olmaması halinde en azından bir dinlendirme havuzu (kum tutucu)
yapılması gerekli görülmektedir.
3.2. Biriktirmenin Su Kalitesi Üzerine Tesirleri
Biriktirme haznelerinin faydaları:
1.
2.
3.
4.
Suda bulunan iri taneler çökelir.
Suyun bulanıklığı azalır
Sudaki çözünmüş oksijende artma olabilir.
Su sertliğinde azalma olabilir.
Çünkü suda çözünmüş halde bulunan CO2, algler tarafından alındığı zaman aşağıdaki
reaksiyon sola doğru kayar. Böylece Ca2+‟da azalma olur.
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca++ + 2HCO35. Koliform sayısında ve hastalık yapan mikroorganizma sayısında azalma görülür.
6. Su kalitesinde dengelenme olur.
7. Nehirdeki kurak devre akımları esnasında biriktirme haznesinde kafi derecede su
bulunur.
8. Nehirdeki kirletici konsantrasyonunun çok artması halinde su alma ağzı
kapatılarak, bir müddet hazneden su alınabilir, böylece fazla kirletilmiş devrelerde
tasfiye tesisinin aşırı yüklenmesinin ve çıkış suyu kalitesinin bozulmasının önüne
geçilmiş olur.
Su kalitesinde mümkün olabilecek bozulmalar:
1. Alg büyümesi en büyük problemdir. Alg büyümesi sebebiyle estetik görünüş
bozulur, koku ve tat problemleri ortaya çıkar, mavi-yeşil algler gibi bazı yosunlar
sebebiyle zehirli madde konsantrasyonu artar. Algler hızlı kum filtrelerinin kısa
zamanda tıkanmasına veya geri yıkama periyodunun azalmasına sebep olurlar.
2. Bazı kirleticiler tekrar ortaya çıkabilir. Mesela tabana biriken organik maddelerin,
anaerobik olarak ayrışması neticesi koku ve tat problemleri ortaya çıkar.
3. Sıcaklık tabakalaşması sebebiyle su kalitesi bozulabilir.
11
3.3. Mikroorganizma Giderilmesi
Mikroorganizmaların zamanla azalması ortamda bulunan besi maddeleri miktarına
(nütrient konsantrasyonuna), ortamın sıcaklığına, mikroorganizma çeşidine, ortamın
mikroorganizma için zehirli özellikte (toksik) olup olmaması gibi pek çok faktöre bağlıdır.
Biriktirme yapısının şekli ve işletilmesi (reaktör tipi) bakımından dört çeşit hazne
bulunmaktadır:
Doldur Boşalt Şeklinde Çalışan Hazneler
Böyle sistemlerde hazne su ile doldurulur. Belli bir t bekleme müddeti sonunda hazne
boşaltılır, tekrar su ile doldurulur. Tatbikatta bu hazneler pek fazla kullanılmamaktadır.
Böyle haznelerde R azalma faktörü:
şeklindedir. Burada;
R : Azalma katsayısı ( Başlangıç mikroorganizma konsantrasyonunun, t süre sonraki
mikroorganizma konsantrasyonuna oranı, n0/nt)
t : zaman, (T)
α : Reaksiyon sabiti veya azalma sabiti, (T-1)
Sürekli Giriş ve Çıkışı Olan Tam Karışımlı Hazneler
Böyle haznelerde tam
konsantrasyonuna eşittir.
karışım
olduğundan
haznedeki
konsantrasyon
çıkış
Sürekli Su Giriş ve Çıkışı Olan Tam Karışımlı Seri Bağlı Hazneler
n : mikroorganizma sayısı, ( l/L3)
Piston Akımlı Hazneler
Bu çeşit hazneler sonsuz sayıda seri bağlı hazneler gibi düşünülebilir. “n” adet seri
bağlı hazne için:
(
T : Haznelerde toplam bekleme müddeti
Rx = eα.t
12
)
Çizelge 4. Sıcaklığa bağlı olarak α değerleri
Mikroorganizma
Vibrio Kolera
Salmonella Thypi
Polio Virus
Polio Virus
E. Coli (Ren Nehri için)
α, gün-1
~1
~1
0.4
0.1
≥ 0.3
Sıcaklık, °C
10-18
10-21
15
5
-
Problem: 2012 yılı ocak ve şubat aylarında Büyükçekmece Gölü ham suyunda
yapılan bakteriyolojik analizlerde ortalama toplam koliform konsantrasyonu 30 000 adet/L
olarak ölçülmüştür. Büyükçekmece Gölü‟nden yaklaşık her birinin hacmi 500 000 m3olan
tam karışımlı seri bağlı 4 adet biriktirme haznesine periyodik olarak su alınmaktadır.
Hazneye giren ve çıkan debiler eşit olup, Q = 700 m3/sa‟ dir. Reaksiyon sabiti α = 0,3
gün-1 olduğuna göre biriktirme hazneleri çıkışındaki toplam koliform konsantrasyonunu
hesaplayınız.
=
= 109,12
R = n0/nt olduğundan;
nt =
=
= 274,9 adet/L
13
4. HAVALANDIRMA
4.1. Havalandırmanın Amaçları
Havalandırmanın amaçları şunlardır:
1. Suya oksijen kazandırmak
2. Karbondioksit gidermek veya kazandırmak
3. Hidrojen sülfür gidermek
4. Metanın giderilmesi
5. Uçucu yağlar ve kimyasal maddelerin giderilmesi
6. Suların dezenfeksiyonu
4.2. Havalandırıcıların Sınıflandırılması
a) Cazibe ile çalışan havalandırıcılar: Bu cins havalandırıcıların çalışma prensibi
suyun belli bir yükseklikten düşerken hava ile temas ederek suya oksijen
kazandırmasıdır. Kademeli (kaskat) havalandırıcılar, eğik düzlem şeklindeki
havalandırıcılar, düşümlü havalandırıcılar ve damlatmalı filtreler olarak
sınıflandırılabilir.
b) Püskürtücüler (Fıskiyeli havalandırıcılar): Su püskürtücüden düşey veya eğimli bir
açı ile yukarı doğru püskürtülür. Bu sırada su damlalara ayrılır. Böylece hava ile
temas yüzeyi artar ve havadan oksijen alır. Püskürtücüler bir boru hattı üzerine
ağızlıklar konularak elde edilir. Püskürtücüler yüksek verim sağlarlar ancak geniş
alana ihtiyaç duyarlar ve kış aylarında don tehlikesi vardır.Püskürtücülerde özel
ağızlıklar kullanılır.
Ağızlık çıkış deliklerinin çapları küçüldükçe havalandırmanın verimliliği artar.
Ancak çok küçük ağızlıkların tıkanma tehlikesi olduğu için işletme bakımından
uygun değildir. Bundan dolayı ağızlık çapları 5 ila 40 mm arasında yapılır. Bu
çaplara tekabül eden su basınçları sırasıyla 5 ve 0,5 m civarında alınmaktadır. Ağız
aralıkları 0,6-3,6 m arasında değişir.
c) Kabarcıklı havalandırıcılar: Kabarcıklı havalandırıcılar dikdörtgen planlı bir beton
havuzdan ibarettir. Havuz tabanına yerleştirilen delikli borular veya gözenekli
tüplerden basınçlı hava verilir. Böylece ham sudaki çözünmüş oksijen artırılır.
İhtiyaç duyulan hava basıncı, boruların dalma derinliğine ve hava borularındaki
yersel ve sürekli yük kayıplarına bağlı olarak hesaplanabilir. Kış şartlarında don
problemi olmadığından püskürtücülere göre daha a kullanışlıdır.
d) Mekanik havalandırıcılar: Bu havalandırıcılar bir tahrik ve dişli tertibatına bağlı bir
havalandırıcıdan (türbün) ibaret olup, su ile temas eden aksam koni, plak veya
fırça şeklinde yapılabilir.
14
Şekil 1. Havalandırma Üniteleri
4.3. Gaz Transferine Bakış
Bir gazın sudaki çözünürlüğü, gazın cinsine, suyun sıcaklığına ve sudaki kirleticilerin
konsantrasyonlarına bağlıdır. Eğer bir sıvı ortam bir gaz veya gaz karışımlarıyla temas
halinde ise gaz molekülleri, gaz ortamından sıvıya veya sıvıdan gaz ortamına geçerler. Bu
durum gaz ile sıvı arasında bir denge oluşuncaya kadar sürer. Bu denge durumunda sıvı
içindeki gaz konsantrasyonu doygun durumdadır. Gerçekte bir gazın sıvı içindeki
doygunluk konsantrasyonu, gazın gaz ortamındaki konsantrasyonu ile doğru orantılıdır.
Cs = kD Cg
Cs : Gazın sıvı ortamındaki doygunluk konsantrasyonu, g/m3
Cg : Gazın gaz ortamındaki konsantrasyonu, g/m3
kD : Yayılma katsayısı
Yayılma katsayısı gazın ve sıvının cinsine, sıcaklığına bağlı olarak değişir. Çözünmüş
oksijenin sudaki doygunluk değeri , sıcaklığa ve klorür konsantrasyonuna bağlı olarak
Çizelge 5.‟te verilmiştir.
4.4. Havalanma Hızı Katsayısı
Gaz transfer hızı, çözünmüş oksijen eksikliği ile doğru orantılıdır.
k2 havalanma hızı katsayısıdır. t=0 için C=C0 olduğu durumda denklem integre
edilirse:
C = Cs – (Cs – C0)
veya
bağıntısı elde edilir.
15
=
Çizelge 5. 760 mmHg basınçta ve 20,90 % oksijen içeren kuru
havaya maruz tatlı ve tuzlu suyun Cs değerleri, mg/L
Kademeli havalandırıcılar, düşümlü havalandırıcılar gibi havalandırıcılarda denklemdeki t
zamanının tesbiti zor hatta imkansız gibidir. Bu yüzden hesaplarda kolaylık olması açısından
verim sabiti ifadesi verilmiştir:
Buradan;
= sabit = 1-K
ifadesi elde edilir.
16
Havalanma hızı katsayısı k2 sıcaklıkla değişir. k2 ile sıcaklık arasındaki ilişki:
(k2)10 = (k2)T 1,0188(10-T)
(k2)10 : 10 °C sıcaklıkta havalanma hızı katsayısı; (T-1)
(k2)T : T °C sıcaklıkta havalanma hızı katsayısı (T-1)
k2‟nin tayini için başlangıçtan itibaren belirli zaman aralıklarında çözünmüş oksijen
konsantrasyonları ölçülür. Yatay eksen zaman ekseni, düşey eksen (- ln
)
olmak
üzere çizilen eksen takımında noktalar arasından geçirilen doğrunun eğimi k2‟yi verir.
Suya oksijen verilmesi işlemlerinde en önemli parametrelerden birisi oksijen alma
kapasitesidir (Oa).
Oa = k2 Cs
Cs = Standart şartlarda çözünmüş oksijenin doygunluk değeri, g O2/m3
Oa = Oksijen alma kapasitesi, g O2/m3 sn
Standart şartlardan basınç olarak deniz seviyesindeki basınç 101.3 kPa veya 760
mmHg basıncı alınır. Ayrıca C0 = 0 dır.
Standart sıcaklık olarak Avrupa ve Amerika tatbikatları değişiktir. Avrupa‟da standart
sıcaklık olarak 10 °C, Amerika „da ise 20 °C alınmaktadır.
Oksijen alma kapasitesi g O2/sn cinsinden ifade edilmek istenirse O2 değeri
havalandırma havuzu hacmi olan V ile çarpılır. Böylece:
Oc = Oa V = k2 Cs V
Oc = Oksijen alma kapasitesi, g O2/sn
Oc ve Oa değerleri standart şartlar ve temiz su içindir. Kullanılmış sularda;
( Oc )pissu = α Oc
α < 1 olan bir katsayıdır.
17
4.5. Düşümlü (Savak) Havalandırıcılar
Tek düşümden ibaret olan havalandırıcılarda verim sabiti K değeri, düşüm
yüksekliğine, sıcaklığa ve suyun kirlilik derecesine bağlıdır. K‟nın değeri:
Temiz suda
Kirletilmiş sularda
Kanalizasyon suyunda
K = 0,45 (1+0,046T) h
K = 0,36 (1+0,046T) h
K= 0,29 (1+ 0,046T) h
şeklinde hesaplanabilir. T suyun C olarak sıcaklığı, h düşüm yüksekliği (m)‟dir.
Görüldüğü gibi tek düşümlü havalandırmanın verimliliği düşüm yüksekliğiyle doğru
orantılı olaark değişmektedir. Ancak yapılan çalışmalarda düşüm yüksekliğinin belli bir
değerden sonra verimliliğinin artmadığı görülmüştür.
Şekil 2. Düşüm Yüksekliği ile K Cs arasındaki bağıntı
18
Problem: 10 °C sıcaklıktaki ham suda çözünmüş oksijen konsantrasyonu 2 g O2/m3
olup, bu sudaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunu yükseltmek için 0,65 m
yükseklikteki bir savaktan düşürülmektedir. Düşümden sonraki çözünmüş oksijen
konsantrasyonunu hesaplayınız.
Bu su içme suyu olarak alındığından temiz su olarak düşünülüp verim sabiti
hesaplanabilir.
K = 0,45(1+0,046T) h
T = 10 C ve h = 0,65 m olduğundan,
K = 0,45 ( 1+0,046x10)0,65 = 0,427
10 °C sıcaklık için Cs = 11,3 g/m3 „tür
veya
Ce = Co + K(Cs-Co) = 2 + 0,427 (11,3 – 2) = 6 g/m3
4.6. Kademeli Havalandırıcılar
Tek düşümlü (savak) havalandırıcılarda düşük yükseklğinin 0,7 m den fazla olması
halinde havalandırma verimliliğinin azaldığı ifade edilmişti. Tek düşümdeki bu mahzuru
ortadan kaldırmak için basamak şeklinde kademeli bir havalandırma uygulanabilir.
Kademeli havalandırıcılarda oksijen transferinin matematik bağıntısının ifadesinde:
( Ce – Co) = K ( Cs – Co)
denkleminden faydalanılabilir. Eğer toplam düşüm yüksekliği n adet kademeye
bölünür ve her kademenin verim sabiti Kn = K/n şeklinde ifade edilirse, n. kademeden
sonraki çözünmüş oksijen konsantrasyonu, Cn aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.
Ce = Cs – ( Cs – Co )(1-
)n
Burada K/n değeri her bir kademenin verim sabiti olarak alınmalıdır. Mevcut sabit bir
düşüm yüksekliğinin olması halinde bu toplam düşüm yüksekliğinin kaç kademeye
bölünmesinin uygun olacağı bilinmelidir. Çünkü belli bir düşüm sayısında çıkış suyunda
çözünmüş oksijen içeriği en büyük değere ulaşacaktır.
19
Şekil 3. Kademeli Havalandırıcı
Problem: Çözünmüş oksijen içeriği 2 g/m3 olan su toplam düşüm yüksekliği 1,5 m
olan havalandırıcıda havalandırılacaktır. Çözünmüş oksijenin doygunluk değeri Cs = 10
g/m3 olarak verildiğine göre en büyük çıkış konsantrasyonuna ulaşmak için havalandırıcı
kaç kademeli olarak yapılmalıdır.
a) Tek düşüm
h= 1,5 m ve Şekil 1.‟den bu yüksekliğe tekabül eden K Cs değeri 7 g O2/m3 olarak
bulunur.
K = 7/10 = 0,7
Tek düşüm halinde çıkış konsantrasyonu:
C1 = Cs – (Cs – Co)( 1- K1)n
C1 = 10 – (10- 2)(1- 0,7) = 7,6 g/m3
b) İki kademeli hal
İki kademe olduğundan her bir kademenin yüksekliği h = 1,5/2 = 0,75 m olacaktır.
Bu yüksekliğe tekabül eden K Cs değeri K Cs = 5 olarak verilmektedir.
K = 5/10 = 0,5
Havalandırıcının çıkışında çözünmüş oksijen muhtevası:
C2 = Cs – (Cs – Co)( 1- K1)n
C2 = 10 – (10 – 2)( 1- 0,5)2 = 8 g/m3
20
c) Üç kademeli hal
h = 1,5/3 = 0,5 m
K Cs = 3,5
K = 3,5/10 = 0,35
C3 = Cs – (Cs – Co)( 1- K1)3
C1 = 10 – (10- 2)(1- 0,35) = 7,8 g/m3
4.7. Çok Katlı Tablalı Havalandırıcılar
Çok katlı tablalı havalandırıcılarda su, yukarıdan latalı, delikli veya tel örgülü tabanla
teşkil edilmiş bir seri tablanın üzerine dağıtılarak verilir ve aşağı düşen su en altta bulunan
havuzda toplanır. Kule şeklindeki çok katlı tablalı havalandırıcılar genellikle kapalı inşa
edilirler ve karbondioksit ve amonyağın sulardan gideriminde kullanılır. Su yukarıdan
aşağı dökülürken, aşağıdan yukarıya hava verilir (karşı akım esası).
21
5. HIZLI KARIŞTIRMA (PIHTILAŞTIRMA) VE YUMAKLAŞTIRMA
Yumaklaştırma işlemi küçük partiküllerin yumaklar haline getirilerek çökeltilmesidir.
Bu işlem pıhtılaştırma ve yumaklaştırma olarak iki basamakta gerçekleşmektedir.
Yüzey suları çözünmüş madde, kolloid ve askıda katı madde(süspansiyon) gruplarını
içerirler. Çapları 0,001 µm‟den küçük olan; Na+, Cl-, O2 gibi maddeler, çözünmüş
maddelere örnek verilebilir. Kolloidlerin çapları 0,001-1 µm arasındadır. Kil, SiO2,
Fe(OH)3, virüsler sayılabilir. Askıda katı maddelerin çapların 1 µm‟den büyüktür.
Bakteriler, kil, kum, Fe(OH)3, bitki ve hayvan artıkları askıda katı maddeler arasında
sayılabilir.
Çökeltme havuzları ancak askıda katı maddelerin çökeltilmesinde kullanılabilir.
Kolloidlerin çökeltme havuzlarında çökeltilmeleri mümkün değildir. Bu tür maddeleri
sudan ayırmak için tanelerin birbirleriyle birleşerek çökelme hızlarının artması
sağlanmalıdır. Yumaklaştırmanın amacı kolloidal ve askıda taneciklerin yumak haline
getirilmesidir. Bu yumaklar, sonraki çökelme ve filtrasyon işlemleriyle sudan
ayrılabilirler. İçme suyu arıtımında suya renk ve bulanıklık veren maddelerin gideriminde
yumaklaştırma kullanılmaktadır.
5.1. Yumaklaştırmanın Mekanizması
Su ortamında kil gibi suda çözünmeyen taneciklere suyu sevmeyen anlamında
hidrofobik; nişasta, proteinler, organik polimerler gibi suda çözünen taneciklere de suyu
seven anlamında hidrofilik denir.
Kolloidler bulundukları sıvı ortam içinde daima bir elektrik yüküne sahiptirler. Metal
oksitler (Al3+, Fe2+ veya Fe3+ gibi) pozitif elektrik yüküne, metal olmayan oksitler, kil,
proteinler ise negatif elektrik yüküne sahiptirler. İçme suyu arıtımında karşılaşılan
kolloidler çoğunlukla negatif yüklüdür. Yük çok fazlaysa etrafına çok miktarda zıt işaretli
iyon çeker. Böylece tane zıt işaretli iyonlarla kaplanmış olur. Bu ilk ve yoğun zıt iyonlar
tabakasına sabit tabaka veya stern tabakası adı verilmektedir. Stern tabakasının dışında
yine aynı işaretli iyonlardan oluşan Gouy Chapman Tabakası veya Dağınık Tabaka
bulunur. Bu iki tabakaya “Çift Tabaka” adı verilir. Çift tabakada kolloidin yüküne zıt
iyonlar bulunmakla birlikte, aynı işaretli iyonlar da bulunur. Ancak iyon sayısı tane
yüzeyinden uzaklaştıkça azalır. Belli bir mesafede + ve – yüklü iyonların sayıları eşit olup
bu noktaya izoelektrik nokta denilmektedir. Bu noktada potansiyel sıfırdır. Buradan tane
yüzeyine gidildikçe anyon ve katyon arasındaki konsantrasyon farkı arttığından
elektrostatik potansiyel de artar. Şekil. 4‟te görülen kesme yüzeyindeki potansiyele zeta
potansiyeli denir. Kesme yüzeyi içindeki sıvı tabakası sanki taneciğe yapışıkmış gibi
onunla birlikte hareket eder. Ancak kesme yüzeyinin dışındaki kısım tane ile birlikte
hareket etmez. Hidrofobik kolloidlerde kesme yüzeyi, sabit tabakanın dış yüzüne çok
yakındır.
22
Şekil 4. Negatif yüklü bir kolloidin etrafındaki tabakalar
Kolloidlerin stabilizasyonu aşağıda belirtilen şekillerde olmaktadır:




Çözeltiye ilave edilen zıt yüklü iyonlar, tanecik etrafındaki çift tabakanın
sıkışmasına sebep olur ve itme etkisi azalır.
Çözeltiye ilave edilen metal iyonları veya organik polimerlerin tanecik
yüzeyinde adsorpsiyonu ile tanecik yüzeyindeki potansiyel azalmaktadır.
Yumaklaştırıcı maddelerin çözeltiye ilavesiyle oluşan metal hidroksitler
çökerlerken kolloidleri de bir ağ şeklinde sararak onların da çökelmesini temin
ederler.
Organik polimerlerin kullanılması halinde uzun zincirli bu polimerler,
kolloidlerin etrafını sararak bir köprü meydana getirir. Böylece kolloidlerin
destabilizasyonu sağlanır.
Destabilize bir çözeltide kolloidlerin Brownian hareketleri sebebiyle yumaklaşma olur,
bu tip yumaklaşmaya perikinetik yumaklaşma adı verilir. Bu hareket yavaş olduğundan
işlemi hızlandırmak için çözeltiye ilave kimyasal maddeler karıştırılır. Bu
yumaklaştırmaya ortokinetik yumaklaşma denir.
5.2. Yumaklaştırıcılar
Yumaklaştırıcı kimyasal maddelerin ilave edilmesiyle tane etrafındaki çift tabakanın
sıkıştırılması, yüzeydeki potansiyelin azaltılması ve metal hidroksitlerle beraber
kolloidlerin de çökmesi sağlanır.
Yumaklaştırıcılar Al3+, Fe3+, Fe2+ ve Ca2+ şeklinde sıralanabilir. Ancak Fe2+
doğrudan kullanılırsa yumaklaştırma için uygun olmaz çünkü Fe(OH)2 çok iyi çözünür.
Yumaklaştırma için çözünmeyen hidroksitler gereklidir. Fe2+ çelik sanayii yan ürünü
olduğundan Fe3+‟e göre ucuzdur ve tasfiye edilecek suda mevcut oksijen ile oksidasyon,
aktif karbon katalizörlüğünde oksijen ile oksidasyon veya klor ile oksidasyon uygulanarak
kullanılır. Bu sayede Fe2+, Fe3+ ‟ e dönüştürülerek yumaklaştırmada kullanılır.
Yumaklaştırıcı seçiminde mutlaka kavanoz testleri (jar test) deneyleri yapılarak
yumaklaştırıcının türü ve dozu belirlenebilir.
23
Çizelge 6. Yumaklaştırıcılar ve kimyasal formülleri
Yumaklaştırıcı
Alüminyum sülfat
Sodyum Alüminat
Ferrik klorat
(Demir III klorür)
Ferrik sülfat
( Demir III sülfat)
Ferrous sülfat
(Demir II sülfat)
Demir sülfat
Alüminyum sülfat
(Alum)
Kireç (sönmemiş)
Kireç (sönmüş)
Kimyasal Formül
Al2(SO4)318H2O
NaAlO2
FeCl36H2O
Renk
Beyaz
Beyaz
Kahverengi
Fe2(SO4)39H2O
Sarımsı Kahverengi
FeSO47H2O
Yeşilimsi
Fe2(SO4)39H2O
Al2(SO4)318H2O
-
CaO
Ca(OH)2
Beyaz
Beyaz
5.3. Yumaklaştırıcı Yardımcıları
Kil, kalsit, polielektrolitler, aktif silika, alkali ve asitler yumaklaştırıcı yardımcıları
olarak kullanılmaktadır. Bunun amacı yumaklaştırmayı hızlandırmak, daha büyük ve
kolay çökebilen yumaklar elde etmek, Al3+ ve Fe3+ gibi yumaklaştırıcıların
konsantrasyonlarının azaltmak gibi sebeplerdir.
Kil, yumaklara çekirdek oluşturması yönüyle faydalıdır. Suya kötü koku ve tat veren
maddeleri absorbe eden killer vardır. Ayrıca yumakların ağırılığını arttırarak çabuk
çökelmelerini sağlar. Kalsit toz halindeki kalsiyum karbonat olup kil olmayan yerlerde
bulanık değeri düşük sularda kullanılır.
Polielektrolitler anyonik, katyonik ve iyonik olmayan polielektrolitler olmak üzere üçe
ayrılır. Alum gibi yumaklaştırıcılarla hızlı çökebilen yoğun yumaklar meydana getirirler.
Doğal ve sentetik polielektrolitler mevcuttur. Sentetik polieletrolitlerin insan sağlığına
zararlı olup olmadığı dikkate alınmalıdır.
Aktif silika en çok kullanılan yumaklaştırıcı yardımcılarından biridir. Alum ile beraber
kullanıldığında, kısa zincirli, iyi çökebilen yumaklar oluşmasını sağlar. Suyun pH
değerinin ayarlanması gerektiğinde çeşitli alkali ve asitler de yumaklaştırıcı yardımcısı
olarak kullanılabilir. Alkaliler sönmüş kireç (Ca(OH)2), sönmemiş kireç (CaO), sodyum
hidroksit (NaOH) veya soda; asit olarak ise sülfürik asit (H2SO4) kullanılır.
24
5.4. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı
Hızlı karıştırma odaları yumaklaştırıcı maddelerin su ile homojen olarak karıştırılması
amacıyla kullanılır. Karıştırma işlemi çoğunlukla bir düşey mille elektrik motoruna bağlı
olan pedallı veya türbin şeklindeki karıştırıcılarla yapılır. Hızlı karıştırma odalarının
tasarımında hız gradyanı ve bekleme süresi önemlidir.
√
G: Hız gradyanı, saniye-1
N: Güç, watt veya N m/s
µ: Dinamik vizkosite, N s/m2
V: Hacim, m3
t : Bekleme süresi, saniye
V: Hacim, m3
Q: Debi, m3/s
Mekanik karıştırma yapılan karıştırma odaları tek veya iki bölmeli yapılabilir. İki
bölmeli olması daha faydalıdır. Genel olarak mekanik karıştırıcılar için bekleme süresi
t=30-60 saniye, hız gradyanı G=300-1000 s-1 arasında alınır.Mekanik karıştırıcıların
verimleri yüksektir, debideki dalgalanmalardan etkilenmesler ve yük kayıpları düşüktür.
Karıştırma düşey veya yatay perdeli karıştırma odalarında da yapılabilir. Dalgıç
perdeli karıştırıcının giriş ve çıkış noktaları arasındaki yük kaybı ∆h ise,
N = p.g.Q. ∆h
N: Güç, watt veya N m/s
p: Suyun özgül ağırlığı, kg/m3
g: Yerçekimi ivmesi, m/s2
Q: Debi, m3/s
25
Şekil 5. Yatay ve düşey perdeli karıştırma
Hidrolik karıştırma ise hidrolik sıçramayı kullanarak yapılan hızlı karıştırmadır.
Mekanik ekipmanlara ve karıştırma odasına ihtiyaç yoktur. Yumaklaştırıcı hidrolik
sıçrama noktasında hemen önce verilir. Yaklaşık tipik bekleme süresi 2 saniye ve hız
gradyanı 800 s-1 değerlerindedir. Yük kaybı 0,3 m alınmaktadır.
Boru hattı üzerinde (In-line blender) yapılan karıştırmada yüksek hız gradyanı
değerlerinde (3000-5000 s-1) ve 30 saniyeden az bekletme süreleri ile güçlü karıştırma
ekipmanları vasıtasıyla karıştırma yapılır.
Karıştırma odalarının hacimlerinin bulunması, bekleme süresinin seçilmesi ile
hesaplanabilir. Bu süre hız gradyanına, yumaklaştırıcı çeşidine ve karıştırma şekline göre
değişir. Hızlı karıştırma tasarımında; su kalitesi analiz sonuçları, debilerdeki değişimler ve
kavanoz testi sonuçları dikkate alınmalıdır.
5.5. Yumaklaştırma Havuzlarının Hesabı
Hızlı karıştırma odalarından sonra yumakların oluşması için yavaş karıştırma
işleminin uygulanması gerekir. Bu işlem destabilize olmuş kolloidlerin birleştirilmesi
veya çap ve büyüklüklerinin artırılmasıdır. Bu işlem için kullanılan mekanik ekipmanlar
düşey milli pedallı karıştırıcılar, yatay milli pedallı karıştırıcılar veya kanatlı
karıştırıcılardır. Dalgıç perdeli ve basınçlı hava ile yumaklaştırma da yapılabilmektedir.
Dalgıç perdeli yumaklaştırma havuzları eskiden yaygın olarak kullanılmalarına rağmen,
mekanik yumaklaştırmada olan gelişme sebebiyle fazla kullanılmamaktadır. Bu tip
havuzlarda kısa devrelerin olmaması gibi faydalar vardır.
Yumaklaştırma havuzlarının tasarımında hız gradyanı ve bekleme süresi önemlidir.
Bekleme süresi genellikle 15-45 dakika arasında seçilir. Bulanıklık gideriminde bu iki
deüerin arasındaki değer olarak 30 dk alınabilir. Sertlik gideriminde ise süre 60 dk‟ya
kadar çıkabilmektedir. Hız gradyanı 10‟dan 100 s-1 kadar seçilebilir. Hız gradyanıyla
bekleme süresinin çarpımının G.t = 104 – 105 arasında kalması istenir. Bazı çalışmalarda
ise G.t değerinin 2x104 ile 2x105 arasında kalmasının uygun olacağı belirtilmiştir.
26
Hız gradyanı yumaklaştırmayı hızlandırırken yumakları parçalaması da olası bir
durumdur. Bu iki durumdan faydalanmak için hız gradyanının kademeli olarak azaltılması
düşünülmüştür. Başlangıçta henüz yumaklar oluşmadığından hız gradyanı yüksek
tutulabilir. Daha sonra yumakların kırılmaması, kesilmemesi ve parçalanmaması için hız
gradyanı azaltılır. Bunun için yumaklaştırma havuzu bölmeli olarak yapılır. Her
bölmedeki hız gradyanı değişik alınır. Bölme sayısı 2 ile 6 arasında değişmektedir.
Normal olarak seri bağlı reaktörlerde eşit bekleme zamanları uygulanmaktadır. Ancak
yapılan çalışmalar yumaklaştırmada , seri bağlı reaktörlerin bekletme sürelerinin giderek
artırılmasının, yumaklaştırmanın verimini artırdığını göstermektedir. Yani ilk
yumaklaştırma havuzundaki bekletme süresi sonuncusundan daha az olmalıdır.
27
6. ÇÖKTÜRME
Sudaki askıda çökebilen katı maddelerin giderimi için çöktürme işlemi uygulanır.
Basit çöktürme ve hızlı karıştırma-yumaklaştırma sonrası uygulanan çöktürme olarak iki
şekilde uygulanabilir. Basit çöktürmede suyun kendi doğal içeriğinde var olan çökebilen
maddeler çöktürülür. Hızlı karıştırma ve yumaklaştırmanın ardından uygulanan çöktürme,
renk ve bulanıklığı gidermek için yumaklaştırıcı maddelerin ilavesi ve sertlik giderimi için
kireç ve soda ilavesi sonucu oluşan çok sayıdaki yumakların giderilmesi için uygulanır.
6.1. Çöktürme Havuzlarındaki Bölgeler ve Akım Şekilleri
a) Giriş Bölgesi: Giren suyun sakin bir geçişle çöktürme bölgesinde istenen üniform,
kararlı akım şekline dönüşmesini sağlar.
b) Çökelme Bölgesi: Çökebilen katı maddelerin sudan uzaklaştırıldığı bölgedir.
c) Çıkış Bölgesi: Çöktürme bölgesinden çıkış kanalına suyun sakin bir şekilde
geçişini sağlar.
d) Çamur Bölgesi: Çöken katı maddelerin, çökelme işlemini engellemeyecek bir
şekilde toplandığı bölgedir.
Çöktürme havuzlarının verimliliği, giderilecek olan asılı maddelerin özelliklerine ve
çöktürme havuzunun hidrolik karakteristiklerine bağlıdır. Çöktürme havuzlarının hidrolik
karakteristiklerini havuzun geometrisi ve suyun havuzdaki akış şekli belirler.
Yumaklaştırma ve çökelme bölgelerinin birleştirildiği birleşik sistemlerdeki yukarı akışlı
çökeltme havuzlarının haricinde, en çok kullanılan havuzlar yatay akışlı havuzlardır.
Yatay akışlı havuzlar dikdörtgen veya daire şeklinde olabilir. Daire planlı havuzlar
merkezden veya çevreden beslenebilir. Fakat en çok kullanılan daire planlı havuzlar
merkezden beslenen havuzlardır.
Çöktürme havuzlarında genellikle akış paralel akıştır. Yani akış çizgileri paralel ve
sadece bir yöndedir. Yatay akışlı havuzların tasarımında çöktürme bölgesinde her bir
düşey üzerindeki bütün noktalarda hızın eşit olmasının sağlanması amaçlanır. Ancak
uygulamada havuzdaki su akıntılarının düzensiz olması ve sürtünme kuvvetlerinin farklı
olması yüzünden tam olarak gerçekleştirilemez.
28
Şekil 6. Çöktürme havuzlarında akış şekilleri
6.2. Çökelme Teorisi
Çöktürme işlemi yumaklaştırmadan önce veya sonra uygulanabilir. Yumaklaştırmadan
önce olan çöktürme
“münferit tanelerin çökeltilmesi” olarak isimlendirilir.
Yumaklaştırmadan sonra uygulanan çöktürmeye ise “yumaklı çökeltme” denir.
Münferit tanelerin çökelmesinde tanelerin çap, ağırlık ve şekilleri değişmez. Sakin bir
sıvı ortamına bırakılan tanecik sıvıdan daha yoğun ise aşağı doğru çökmeye başlar. Bu
durumda tane üzerinde iki kuvvet etkindir. Bunlar tanenin ağırlık kuvveti ve sıvının
hareketine karşı sıvının uyguladığı sürtünme kuvvetidir.
V : Tanenin hacmi, m3
: Tanenin yoğunluğu, kg/m3
: Suyun yoğunluğu, kg/m3
g : Yerçekimi ivmesi, m/s2
29
Direnç kuvveti ise sıvı ortamın cinsine, yoğunluğuna, tanenin şekline ve çökelme
hızına bağlıdır:
A: Hareket yönüne dik istikamette tanecik kesit alanı,
s : Tane çökelme hızı
Cd: Newton direnç katsayısı
Çökelme hızı:
(
√*
)+
Çapı d olan küre şeklindeki tanecikler için;
A = ( /4) d2 ve V = ( /6) d3 olduğundan;
√[
(
)]
elde edilir. Cd katsayısı Reynolds sayısına bağlıdır. Şekil 7.‟de Reynolds sayısı ile Cd
arasındaki ilişki gösterilmiştir.
Reynolds sayısı aşağıdaki ifade yardımıyla hesaplanır;
: Kinematik vizkosite
Re < 1 olan bölgeye “Stokes geçerlilik bölgesi” adı verilmektedir. 1 < Re < 2000 olan
bölge “geçiş bölgesi”; Re > 2000 olan bölge “türbülanslı bölge” olarak isimlendirilmektedir.
Yapılan çalışmalarda:
Re < 1 için Cd = 24/Re
1 < Re < 2000 için
√
Re > 2000 için Cd = 0,4
alınabileceği belirtilmiştir.
30
Şekil 7. Reynolds sayısı ile Cd arasındaki ilişki
6.3. Kısa Devreler ve Stabilite
Havuzlarda akım çizgilerinin boy ve hızları farklıdır. Çünkü sürtünme kuvvetleri
sebebiyle cidara yakın yerlerdeki su hızları orta kısımdan daha azdır. Bu yüzden sıvı
zerrelerinin bir kısmı havuz çökelme bölgesini, hidrolik bekleme süresinden daha kısa, bir
kısmı ise daha uzun zamanda geçer. Ayrıca rüzgar, yoğunluk farkları ve giren sıvının ataleti
sebebiyle meydana gelen çevrilerde yatay hızın değişmesine, böylece kısa devrelerin ortaya
çıkmasına sebep olur. Dar ve uzun havuzların hidrolik karakteristiklerinin geniş havuzlardan
daha iyi olduğu gösterilmiştir. Bir başka ifadeyle Froude sayısı büyük olan havuzlarda akım
şekli iyidir. Froude sayısı;
v: ortalama sayısı
g: yerçekimi ivmesi
R: hidrolik yarıçap
Havuzların stabilitesi bakımından Froude sayısının büyük olması istenir. Froude
sayısının büyük çıkması için havuzun uzun, dar ve sığ olması lazımdır. Bu ise tabandan
madde kaldırılmaması şartına ters düşer.
31
Ayrıca türbülansı küçük tutmak için Reynolds sayısının küçük olduğu geniş ve derin
havuzlar lüzumlu olur. Kısa devreleri ve kararsızlık durumlarını kabul edilebilir sınırlarda
tutmak için Froude sayısının 10-5 den büyük olması gerekmektedir. Türbülansın çökeltme
verimini aksi yönde etkilememesi bakımından ise Reynolds sayısı 2000 den küçük
tutulmalıdır.
6.4. Boyutlandırma Esasları
Çöktürme havuzunun hacmi V, yüzey alanı A, T0 ise bekleme süresi olduğunda;
S0 = H/TQ olduğunda;
olarak bulunur. S0 değerine yüzey yükü denilmektedir. Yüzey yükü çöktürme havuzu
tasarımında en önemli parametrelerden biridir. Çöktürme havuzunun giderim verimi yüzey
yüküne bağlıdır. Yüzey yükü arttıkça giderim verimi düşer.
Tasarımda kullanılacak olan yüzey yükleri çökeltme havuzunun kullanılma amacına
göre seçilmelidir. Görüldüğü gibi yüzey yükü için geniş aralıklarda değerler verilmektedir.
Çizelge 7‟de başka kaynaklar tarafından tavsiye edilen değerler gösterilmiştir. Bu cetvelde
verilen değerlerin büyük tesisler için olduğu belirtilmiş olup, orta büyüklükte tesisler için bu
değerlerin % 15-20 kadar azaltılması, küçük tesisler için daha da fazla azaltılmasının uygun
olacağı tavsiye edilmektedir. Orta büyüklükteki tesis olarak günlük ortalama debisi Q = 130250 l/s olan tesisler düşünülmektedir.
Çizelge 7. Çökeltme havuzlarında yüzey yükleri
Suyun cinsi
Yüzey suyu
Yüzey suyu
veya yeraltı suyu
Tasfiye şekli
Alum ile yumaklaştırma
Kireç ile yumuşatma
Yukarı akışlı durulama
havuzları
Yukarı akışlı yumuşatma
havuzları
32
Yüzey yükü, m3/m2.sa
0,6-1
0,9-3,4
1,8-2,5 (soğuk su)
2,5-4,5 (sıcak su)
Yüzey sularında 3‟e kadar
Kuyu sularında 4,4‟e kadar
Genel olarak 1,8-6 arasında
Derinlik ve bekleme müddeti
Münferit tanelerin çökelmesinde derinliğin fazla bir rolü yoktur. Ancak yumaklı
çökelmede havuz derinliği de mühim bir parametredir.
Çöktürme havuzunun hacmiyüzey alanı ile ortalama derinliğin çarpımına eşittir.
Teorik bekleme müddeti ise havuz hacminin, debiye oranından bulunabilir.
A ve Q sabit olarak kabul edilirse, bekleme müddetinin derinliğe bağlı olduğu
söylenebilir. Bekleme süresi havuzun kullanma gayesine göre seçilir. Çöktürme havuzları
ekseriya yüzey sularındaki bulanıklığın yumaklaştırma ile giderilmesi veya yeraltı sularının
kireç-soda usulü ile yumuşatılması işlemlerinde kullanılmakta olup, bu durumlarda bekleme
müddetleri 2-4 saat arasında seçilmektedir.
Yatay hızlar 2,5 ile 15 mm/s civarında alınmalıdır.
Çökeltme havuzlarının giriş yapıları, debileri her bir havuza eşit olarak ve havuzun en
kesiti boyunca üniform olarak dağıtılacak şekilde tasarlanmalıdır. Giriş şeklinin, havuzun
verimliliği bakımından önemi çıkış yapısından daha fazladır. Giriş kanallarındaki hızlar,
yumakların parçalanmasını önlemek için 0,15-0,6 m/s gibi düşük değerlerde tutulmalıdır.
Çöktürme havuzu girişindeki küçük bir değişiklik çöktürme havuzunun verimini
değiştirebilir. Girişlerden esas istenen su getiren borudaki nispeten yüksek hızlardan
çöktürme bölgesinde istenen çok düşük üniform hızlara sakin bir geçişi sağlamaktır.
Çöktürme havuzları çıkış yapıları da oldukça önemlidir. Çöktürme havuzlarındaki su
seviyesi, genellikle çıkış savakları ile kontrol edilir. Çıkış savakları genellikle V savağı
şeklinde yapılır. Çıkış savaklarına yakın yerde tabana çökelen malzemenin tekrar suya
karışmaması için savak yüklerinin belli bir değeri geçmemesi gerekir.
Çizelge 8. Çöktürme havuzlarının savak yükleri
Savak yükü (m3/gün.m)
<622
138-170
Suyun durulanması
Hafif alum yumakları
(Az bulanık sular)
Ağır alum yumakları
170-260
(Çok bulanık sular)
Kireçle yumuşatmadan meydana gelen çok 260-320
ağır yumaklar
33
Çöktürme havuzlarının tabanı normal olarak çamurun toplandığı çukura doğru eğimli
olarak yapılır. Çökelen çamurlar hidrolik olarak çamur toplama çukuruna doğru hareket eder.
Çamur sıyırma tertibatının gayesi, çamurların çökeltme havuzu tabanına yapışmasını önlemek
ve çamurun akışına yardım etmektir. Eğimli taban ve çamur çukuru, çamurun zaman zaman
uzaklaştırılacağı dikkate alınarak uygun hacimde yapılmalıdır. Çamur temas havuzlarında
olduğu gibi bazı hallerde çamurun devrettirilmesi faydalı olabilir. Çamur sıyırıcıların hızları
çok düşük olmalıdır. Aksi halde çökelen çamur tekrar suya karışabilir veya en azından
çökelme engellenebilir. Bu yüzden sıyırıcıların hızı 0,3 m/dk dan daha düşük olmalıdır.
6.5. Dikdörtgen Çöktürme Havuzları
Dikdörtgen havuzlar 1,5 ile 7,5 metre genişlikte inşa edilirler. Çamur sıyırıcılar paralel
olarak yerleştirilirse bu genişlikler biraz daha arttırılabilir. Uzunlukları ise en fazla 75 metreye
kadar alınmaktadır. Genellikle uzunluğun genişliğe oranı 3 ile 5 arasında alınır. 30 m
uzunlukta olan havuzlar yaygın olarak kullanılır. Dikdörtgen havuzların derinliği en az 2,5 m,
tavsiye edilen derinlikler ise 2,5 ile 3,7 m arasındadır. Bazı çalışmalarda derinliğin 2,1 ile 4,6
m arasında seçilebileceği belirtilmiştir. En çok kullanılan ortalama havuz derinliği 3 m dir.
Dikdörtgen havuzların tabanı, çamur toplama çukuruna doğru eğimli olarak inşa edilir.
Raylar üzerinde hareket eden bir köprüye bağlı olan sıyırıcılarla çamur sıyırılarak çamur
toplama çukuruna doğru sürülür. Sıyırıcı çamur konisine vardığı zaman otomatik olarak
yukarı çekilir ve çıkış kenarına geri alınır.
Bazı havuzlarda çamur bir, iki veya üç çamur konisine toplanır. Her çamur çukuru ayrı
çamur tahliye boruları ile teçhiz edilmiş olup çamurlar istenirse ayrı ayrı alınabilir. Çamur
konilerinin eğimleri 1,2:1 ile 2:1 arasında alınır. Bazı geniş havuzlarda, gerekli çamur çukuru
sayısı çok fazla çıkabilir. Bu durumlarda havuz giriş kısmının tabanına enlemesine bir çamur
toplayıcı yapmak daha uygun olabilir.
6.6. Daire Planlı Çöktürme Havuzları
Bu havuzlar çoğunlukla merkezden beslenir. Ancak çevreden beslenen havuzlar da
vardır. Bir daire planlı havuzda, suyun havuza verildiği bir giriş yapısı, çamurların toplandığı
ve uzaklaştırıldığı kısım ve çıkış yapısı bulunur. Daire planlı çöktürme havuzlarının çapları
75-90 m çapa kadar inşa edilirse de bunların çaplarının 38-45 m den büyük olmaması
uygundur. 30 m den büyük seçilmemesi tercih edilmektedir. Merkezden beslenen havuzlarda
su bir giriş kulesinden havuza verilir. Böylece giren suyun çökeleme bölgesine üniform ve
düşük hızla dağıtılması sağlanmış olur. Bazı durumlarda giriş borusu, havuz tabanından
gelerek düşey bir dirsekle yukarıya çıkar. Bazı hallerde ise hamsu borusu havuz içinden giriş
yapısına bağlanır. Dairesel havuzların tabanları merkezdeki çamur toplama çukuruna doğru
yaklaşık %8 eğimli yapılır. Ancak havuzun kullanma maksadına bağlı olarak bu eğim 1:12 ile
1:6 arasında değişmektedir. En çok kullanılan eğim 1:8 ile 1:12 arasındadır. Çamur
çukurlarının eğimleri ise dikdörtgen havuzlardakine benzer şekilde 1,2:1 ile 2:1 arasında
seçilmektedir.
34
7. FİLTRASYON
7.1. Filtrasyonun Sınıflandırılması
Filtreler filtrasyonun hızına göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:


Yavaş filtreler
Hızlı filtreler
İnşaat ve hidrolik şartlara göre ise:



Yerçekimi ile çalışan filtreler: Üstleri açık olup, su yerçekimi ile akar ve filtreden
çıkan su atmosfer basıncındadır.
Yukarı akışlı filtreler: Bu filtrelerde su girişi alttandır.
Basınçlı filtreler: Basınca dayanıklı tank şeklinde olan filtrelerdir. Su filtreye basınçla
basılır ve çıkar.
Filtre malzemesine göre filtreler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:




Kum filtreleri
Antrasit kömürü ile oluşturulan filtreler
Birden fazla malzemenin kullanıldığı filtreler
Diatomit filtreler
Filtrasyon yalnız başına veya diğer işlemlerle birlikte kullanılabilir. Yeraltı suyundan su
temininde demir ve manganı gidermek için hızlı filtreler havalandırmadan sonra çok yaygın
olarak kullanılırlar. Bu durumda 2 mm çapında oldukça kaba kum kullanılabilir. 54 m/sa ve
üzeri filtrasyon hızları uygulanabilir.
Su kalitesinin iyi olduğu durumlarda ise yumak teşekkülü bakımından kimyevi
maddelerin ilavesinden sonra hızlı kum filtreleri kullanılabilir. Bu durumlarda filtrasyon
işleminden sonra klor veya ozon gibi maddelerle dezenfeksiyon yapılması uygundur.
Yavaş kum filtrelerinin çıkış suyu kalitesi bakteriyolojik olarak hızlı kum filtrelerinden
daha iyidir. Bu yüzden küçük yerleşim yerlerinde ve arazinin uygun olduğu durumlarda yavaş
kum filtreleri uygundur. Ancak ham suyun bulanıklığı fazla ise böyle durumlarda ön arıtım
gereklidir. Bunun için yavaş kum filtrelerinden önce hızlı kum filtreleri kullanılır. Böylece
hızlı kum filtreleri, yavaş kum filtrelerinin yükünü azaltır. Yavaş kum filtrelerini uzun
filtrasyon süreleri için kullanmak mümkün hale gelir.
Yüzey sularında yumaklaştırmanın ardından cilalama işlemi olarak hızlı kum filtreleri
yaygın olarak kullanılmaktadır.
35
7.2. Filtrasyonun Mekanizması
7.2.1. Mekanik Süzme
Mekanik süzme işlemi kirleticilerin sular filtre yatağından geçtiği sırada filtre
malzemesi tarafından tutulmasıdır. Süspansiyon halindeki katıların boyutları yatak malzemesi
gözeneklerinden büyük olduğundan burada tutulurlar. Ancak kum malzemenin çapı 0,4 mm
olsa dahi küre şeklindeki kumların yan yana dizilmesi halinde arada kalan boşluk 62 µm
çapındadır. Kolloidlerin çaplarının 1-10 µm olduğu dikkate alınırsa bunların 0,4 mm çaplı
malzemeyle tutulamayacakları anlaşılır. Ancak süzülme sırasında bazı taneciklerin birbiriyle
temas etmesi sonucu büyük yumaklar oluşur ve kirleticilerin filtre yatağından süzülüp çıkış
suyuna karışması engellenir. Hızlı kum filtrelerinde mekanik süzme, diğer giderme
mekanizmalarına göre ihmal edilebilecek düzeydedir. Bu yüzden çabuk tıkanmaması için bu
filtrelerde kum yatağının tane çapı büyük seçilir.
7.2.2. Çökelme
Filtrelerde, filtre yatağının üzerinde bir durgun su sütunu bulunmaktadır. Burada
normal çökelmede olduğu gibi bazı tanecikler filtre yatağının üzerine çökelir. Çökeltme
havuzlarında, çökelen maddeler tabanda birikirler. Filtrelerde ise filtre yüzeyine ilave olarak
taneciklerin toplam yüzey alanı da dikkate alınmalıdır. Çökelen malzemeler gözenek hacmini
azaltır, suyun geçtiği kesit daraldığından su hızı artar, filtre yatağındaki malzeme artan su hızı
ile aşağıya taşınır, filtre yatağı kalınlığı sınırlı olduğundan çıkış suyu kalitesi bozulur. Böyle
durumlarda hızlı kum filtrelerinin geri yıkanması gereklidir.
7.2.3. Adsorpsiyon
Adsorpsiyon, kolloidlerin ve küçük asılı taneciklerin sudan uzaklaştırılmasında en
önemli işlemlerden birisidir. Adsorpsiyon kuvvetleri, en fazla 0,01-1 µm gibi çok kısa
mesafelerde etkili olmaktadır. Buna karşın kum taneciklerini saran film tabakasının kalınlığı
bu mesafeden çok daha büyüktür. Bu durum dikkate alındığında adsorpsiyonun, taneciklerin
tutulmasında bir rolü olmayacağı anlaşılır. Ancak durum farklıdır. Adsorpsiyon işlemine
yardım eden, taşınma mekanizmaları ile suda bulunan partiküller filtre malzemesini teşkil
eden kum tanesine doğru yaklaştırılır. Böylece mesafe azaldığından partiküller tutulur.
Taşınma mekanizmaları, kesişme, atalet, yerçekimi, difüzyon ve hidrodinamik tesirler olarak
sınıflandırılabilir.
7.2.4. Kimyasal reaksiyon
Filtrasyon esnasında gerçekleşen reaksiyonlarda çözünmüş kirleticiler ayrışır, daha az
zaralı maddeler haline dönüşür veya çözünmeyen maddelere dönüşerek çökelme ve
adsorpsiyon ile sudan uzaklaşır. Suda oksijen yeterliyse organik maddeler aerobik olarak
ayrışır. Reaksiyon basit olarak;
C5H7O2N + 5O2 ↔ H2O + 4CO2 + NH4+ + HCO3-
36
şeklinde yazılabilir. Denklemden görüleceği üzere 1 g orgnaik madde ayrışırken 1,4 g
oksijen harcanır, 0,16 g amonyum ortaya çıkar. Amonyum da bakteriler yardımıyla okside
olur.
Demir ve mangan oksidasyonu gerçekleşen diğer reaksiyonlardır:
4Fe+ + O2 + (2n + 4)H2O + 8HCO3- → 2Fe2O3 n H2O + 8CO2
2Mn++ + O2 + 4HCO3- → 2MnO2 + 2H2O + 4CO2
7.2.5. Biyolojik Faaliyet
Filtre yatağında ve yatak yüzeyinde yaşayan mikroorganizmalar biyolojik faaliyet
gösterirler. Suda bulunan besin maddelerinin bir kısmı bu mikroorganizmaların yaşamaları
için gerekli olan enerjiyi temin için (dissimilasyon), bir kısmı ise kendilerinin büyümeleri için
(assimilasyon) harcanır. Bu mikroorganizmalardan bir kısmı süzme, çökelme ve adsorpsiyon
ile kum taneciklerinin yüzeyinde tutulur. Ancak hızlı kum filtreleri ve yavaş kum
filtrelerindeki bakteriyolojik faaliyetler birbirinden farklıdır. Hızlı kum filtrelerinde
bakteriyolojik bakımdan emniyetli bir çıkış suyu temin edilemez. Bu filtrelerde E.koli için
azalma faktörü 2 ile 10 arasında değişir. Bu değer çok küçük bir değerdir. Yavaş kum
filtrelerinde filtre yüzeyinde oluşan biyofilm tabakası sebebiyle bakteriyolojik faaliyet
fazladır. Bu paralel olarak bakteri azalma faktörü hızlı kum filtrelerine göre çok iyidir.
7.3. Hızlı Kum Filtreleri ile Yavaş Kum Filtreleri
Hızlı kum filtreleri ile yavaş kum filtrelerini birbirinden ayıran en önemli fark filtre
hızlarındadır. Filtre hızı, filtrenin birim yüzey alanından, birim zamanda süzülen su miktarı
olarak tarif edilebilir.
Q : Debi, m3/sa
A : Filtrenin yüzey alanı, m2
V : Filtre hızı, m/sa
Yavaş kum filtrelerinin yetişmiş eleman ihtiyaçları az, işletme masrafları düşük ve
işletilmeleri kolaydır. Yavaş kum filtrelerinin çıkış suyu kalitesi bakteriyolojik yönden çok
daha iyidir. Bu yüzden arazinin müsait olduğu yerlerde yavaş kum filtrelerinin tercih edilmesi
uygundur.
37
Çizelge 9. Hızlı kum filtreleri ve yavaş kum filtreleri
Filtre hızı, m3/m2 sa
Kumun dane çapı, mm
Malzeme
üniformluk
katsayısı, u=d60/d10
Yatak kalınlığı, m
Su yüksekliği, m
Temizleme şekli
Temizleme aralığı, gün
Bir filtrenin en düşük yüzey
alanı, m2
Bir filtrenin en büyük yüzey
alanı, m2
Filtre sayısı, n
Filtrenin tesirli kısmı
İnşa maliyeti
İşletme masrafları
Tesisin ömrü
Yetişmiş eleman ihtiyacı
Hızlı kum filtreleri
5-15
0,5-2
<1,5
Yavaş kum filtreleri
0,1-0,5
0,15-0,35
2-3
0,5-2
0,25-2
Geri yıkama
1-3
10-20
0,6-1,2
1,-1,5
Sıyırma
90-120
100-200
100-200
2000-5000
4-40
Bütün hacim
Düşük
Yüksek
Kısa
Fazla
Üst yüzey
Yüksek
Düşük
Uzun
Az
7.4. Filtrasyonun Hidroliği
Filtrasyonda yük kaybı hesaplarında Carman-Kozeny veya Sabri Ergun denklemleri
kullanılır. Carman-Kozeny denkleminde temiz bir filtrenin başlangıçtaki yük kaybı:
ifadesiyle verilmiştir. Burada
H0: Filtre yatağının başlangıçtaki yük kaybı, m
: Kinematik vizkosite, m2/s
P0: Temiz filtre yatağının porozitesi
V : Filtrasyon hızı, m/s
dh : Filtre malzemesinin hidrolik çapı, m
L : Yatak kalınlığı, m
Malzemenin hidrolik çapı,
dh = Ø ds
d: Spesifik tane çapı
Ø: Şekil katsayısı
38
Şekil katsayısı filtre malzemesinin şekline bağlıdır. Küre şeklindeki malzemeler için
küre şeklindeki malzemeler için 1, küreye yakın malzemeler için 0,95 alınabilir. Bu değer,
kırık malzeme için 0,65 olup, diğer malzeme şekilleri için 0,65 ile 0,95 arasındaki değerler
alınabilir.
Carman-Kozeny denklemi ancak laminer akımlar için geçerlidir. Kumun tane çapı, 0,5
ile 1 mm arasında değişen ve normal filtrasyon hızlarında çalışan (v= 4-12 m/sa) hızlı kum
filtreler için akımın laminer bölgede olduğu kabul edilir ve Carman-Kozeny denklemi
kullanılabilir. Bu şartlarda Reynolds sayısı genellikle 3‟ten azdır. Bazen kullanılmış suların
filtrasyonunda olduğu gibi büyük çaplı filtre malzemesi kullanılır ve filtrelerin geri
yıkanmasında büyük hızlar söz konusu olur. Böyle durumlarda filtre içindeki akım laminer
bölgeden çıkar ve laminer bölge ile türbülanslı bölge içindeki geçiş bölgesine girer. Bu
hallerde Carman-Kozeny denklemi kullanılmaz. Onun yerine Sabri Ergun denkleminin
kullanılması uygundur. Sabri Ergun denklemi laminer, geçiş bölgesi ve türbülanslı bölgeyi
içine alan bir denklemdir.
Burada;
H: Yatak boyunca değişen yük kaybı
g: Yerçekimi ivmesi
p : Porozite = boşluk hacmi/yatak hacmi
Sv: Spesifik yüzey
Spesifik yüzey, birim hacme düşen tane yüzeyi alanı olup, bu değer küre şeklindeki
tanecikler için 6/deq ve düzgün olmayan taneler için 6/ψ deq şeklinde verilmiştir. deq eşit
hacimdeki kürenin çapıdır. ψ, küresellik katsayısı olup, eşdeğer hacimdeki bir kürenin yüzey
alanının, tanenin hakiki yüzey alanına oranıdır.
7.5. Hızlı Kum Filtrelerinin Geri Yıkanması
Geri yıkama, filtre yatağında malzeme üzerinde biriken kirleticilerin, filtreyi yukarı
doğru yıkamak suretiyle sökülüp atılmasıdır. Yalnız geri yıkamada filtre malzemesinin
kaybedilmemesi önemlidir.
Geri yıkama suyu toplam filtre edilmiş suyun % 1-2 arasında olmalı ve fazla su
kullanılmamalıdır. Geri yıkama ortalama 5 dk sürer.
Geri yıkama suları çeşitli şekillerde sağlanabilir. Şehir içme suyu şebekesinden temin
edilebilir. Ancak bu halde su basıncı çok fazla olacağından basıncın düşürülmesi gerekir. Çok
sayıda filtre olduğunda kullanılabilir. Diğer seçenek ise geri yıkama haznesi inşa edilerek
suyun buradan alınmasıdır.
39
7.6. Hızlı Kum Filtrelerinin Tasarımı
Hızlı kum filtrelerinde filtre hızı seçilirse, filtre yüzey alanı A:
ifadesinden bulunabilir. Burada Q, yıllık ortalama olarak su ihtiyacını (m3/sa), V ise
filtre hızını (m3/m2/sa) göstermektedir. Filtre hızı V = 5-15 m3/m2/sa arasında alınabilir. Debi
zamanla salınım gösterdiğinden hesaplanan yüzey alanının 1,5 katının alınması uygundur.
Bir filtrenin yüzey alanı a ise:
denklemleriyle bulunabilir. n filtre sayısıdır.
n yerine (n-1) veya (n-2) alınmasının sebebi 1 veya 2 filtrenin geri yıkamada olacağı
içindir. Filtre sayısının 4‟den az seçilmemesi ve bir filtrenin yüzey alanının 10-20 m2‟den
küçük, 100-200 m2‟den büyük alınmaması uygundur.
Filtre sayısı n, tecrübelerden elde edilen aşağıdaki formülle bulunur:
√
ve bir filtrenin alanı a ise a = 3,5n şeklinde alınabilir. Q ortalama debiyi (m3/s)
göstermektedir. Bu formüller kullanılmazsa bir filtrenin yüzey alanı seçilerek filtre sayısı
hesaplanır.
Filtreler tanzim edilirken bir kenar veya orta kısım koridor olarak bırakılır. İşletme
binası da uygun bir yere yapılır. Filtrelerin boyutlarının 3 – 6 m civarında alınması uygundur.
Üst kısımda 30-45 cm‟lik bir hava payı bırakılmalıdır. Geri yıkama süresi 3 – 10 dakika
alınabilir (ortalama 5 dk).
Geri yıkamada su kullanılıyorsa, geri yıkama hızı 37 – 70 m3/m2 sa arasında alınır.
Bazı hallerde hava da kullanılır, basınçlı hava hızı 1 – 1,5 m3/m2 sa arasında seçilir.
7.7. Yavaş Kum Filtreleri
Yavaş kum filtrelerinde su cazibe ile ince daneli kum tabakasından, düşük bir hızla
süzülür. Filtre hızı 0,1 ile 0,4 m3/m2 sa arasında değişir. Efektif tane çapı 0,15 ile 0,35 mm
civarındadır. Süspansiyon ve kolloid maddeler filtrenin üst yüzeyinde birikir. Filtre
malzemesinin tane çapları küçük olduğundan filtrenin derinliklerine nüfuz edemezler.
Filtrenin tıkanması halinde üst kısımdaki birkaç cm kalınlığındaki tabaka sıyrılarak alınır.
Filtrenin kum tabakası kalınlığı 0,6 ile 1,2 m‟dir.
Su tabakasının yüksekliği 1 ile 1,5 m‟dir. Kışı soğuk geçen yerlerde, yavaş kum
filtrelerinin, donmaya karşı üzeri örtülmelidir.
40
8. DEZENFEKSİYON
Suda bulunan zararlı mikroorganizmaların sudan giderilmesi işlemine dezenfeksiyon
adı verilmektedir.
8.1. Klorla Dezenfeksiyon
Suda çözünen klor su ile reaksiyona girerse:
Cl2 + H2O ↔ HOCl + H+ + ClHOCl ↔ H+ + OClHOCl (Hipoklorit) kuvvetli, OClise zayıf bir dezenfektandır. Bu yüzden
reaksiyonun sola doğru olması istenir. Bu ise düşük pH değerlerinde mümkündür.
Küçük tesislerde dezenfeksiyonda sodyum hipoklorit çözeltisi kullanılır. Sodyum
hipoklorit, sodyum hidroksit çözeltisine klor verilmek suretiyle hazırlanmaktadır.
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaOCl +H2O
Ancak çözelti kararlı değildir. Aşağıdaki reaksiyonla zamanla dezenfektan özelliğini
kaybeder.
2 NaOCl → 2 NaCl + O2
Giderilecek olan mikroorganizmaların türleri ve yoğunluğu dezenfeksiyon verimini
etkiler. Kullanılan dezenfektanın türü de önemlidir. Her dezenfektanın özellikleri farklıdır.
Temas süresi arttıkça mikroorganizma giderim verimi de artmaktadır. Dezenfekte edilecek
suda bulunan maddelerin cins ve miktarları dezenfeksiyonun verimini etkiler. Dezenfekte
edilecek suda organik maddeler, demir ve mangan gibi metallerin olması halinde bunların
dezenfektan ile okside olacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Suyun bulanıklığı fazla ise
dezenfektan maddenin imha tesiri azalır. İyi bir dezenfeksiyon için bulanıklığın düşük
olması gerekir. Suyun sıcaklığı arttıkça dezenfeksiyonun hızı da artmaktadır.
8.2. Kırılma Noktası Klorlaması
Klor amonyak içeren suya eklendiğinde aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir.
HOCl + NH3 → H2O + NH2Cl (Monokloramin)
HOCl + NH2Cl → H2O + NHCl2 (Dikloramin)
HOCl + NHCl2 → H2O + NCl3 (Trikloramin)
Bu reaksiyonlar sonucu oluşan ürünler; pH, sıcaklık, temas süresi ve başlangıç
klor/amonyak oranına bağlıdır. Suyun pH değeri 8‟den büyük ise monokloramin oluşur.
pH 3‟ten küçük ise trikloraminler oluşur.
41
Amonyak içeren suya klor uygulandığında eklenen klora karşı bakiye klor tükenirse
Şekil. 8‟de gösterilen eğri elde edilir. Bakiye klor, serbest klor(OCl-, HOCl ve Cl2) ile
bağlı kloru(NH2Cl, NHCl2, NCl3) içerir. Şekil 8., 1 mg/L amonyum (NH+4) içeren suların
dezenfeksiyonu için gösterilmiştir. Kesik çizgiler uygulamada gerçekleşen durumu
göstermektedir. Teorik olarak 3 molekül klor, iki molekül amonyum ile birleşir:
2 NH4+ + 3Cl2 → N2 + 8H+ + 6Clyazılabilir. Buradan 1 mg/L NH4 için 6 mg/L klora ihtiyaç olduğu hesaplanabilir.
Teorik olarak 6 mg/L klor ihtiyacı olmasına rağmen uygulamada bu değer artırılarak 10
mg/L seviyesinde tutulur.
Şekil.8 Kırılma Noktası Klorlaması
Şekilde gösterilen kırılma noktasında kloramin şeklindeki klor bakiyesi en düşük
seviyededir. Bu noktadan daha yüksek klor dozlarında suda tamamen serbest klor oluşur.
Şekilde gösterilen grafik bütün su numunelerine uygulanamaz çünkü her su numunesinin
kendine has bakiye klor-klor dozaj eğrisi vardır. Suyun amonyum konsantrasyonu, temas
süresi ve suda klorla reaksiyona giren farklı maddelerin varlığı klor ihtiyacını etkiler.
Bağlı klorlar, serbest klorlara göre daha zayıf dezenfektan olduklarından daha uzun
temas süresi ve daha büyük dozlar gerekir. Buna karşılık bağlı klor kararlı olması
bakımından avantajlıdır. Serbest klor bağlı klor kadar kararlı değildir, zamanla
dezenfektan etkisi kaybolur. Bu durum içme suyu şebekeleri için önemlidir. İçme suyu
şebekesinde kirlenme ihtimali varsa bu durumda şebekede kararlı dezenfektan olması
istenir. Sık sık su kesintilerinin olduğu bölgelerde bu durum dikkate alınmalıdır. Su
şebekesinde kirlenme ihtimali varsa ve suda amonyak bulunmuyorsa şebekede kararlı bir
dezenfektan olması için klorlamadan önce suya amonyak eklenerek bir miktar kloramin
oluşması sağlanır.
42
9. SERTLİK GİDERİMİ (YUMUŞATMA)
Sertlik suda kalsiyum ve magnezyum iyonlarının varlığından kaynaklanmaktadır.
Demir, mangan, çinko, kurşun gibi iki değerlikli metal iyonları da suya sertlik verirler.
Ancak bunlar sularda önemli miktarlarda bulunmazlar. Sertlik, geçici sertlik(karbonat
sertliği) ve kalıcı sertlik(karbonat olmayan sertlik) olarak iki şekilde olabilir. Kalsiyum ve
magnezyum iyonlarının suda çözünmüş olan bikarbonatlarının (HCO3-) neden olduğu
geçici sertlik, su ısındığında HCO3- iyonlarının çökmesiyle giderilir. Kalsiyum ve
magnezyumun diğer asit iyonlarla (SO4-, NO3-, Cl-) oluşturuduğu sertlik kalıcı sertliktir.
Sular sertliğine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
Yumuşak sular
0 – 75 mg/lt CaCO3
Orta sert sular
75 – 150 mg/lt CaCO3
Sert sular
150 – 300 mg/lt CaCO3
Çok sert sular
300 mg/lt ve üstü CaCO3
Sert sularda sabun sarfiyatı yüksek olur. Sabun geç köpürür. Suyun içinde bulunan
kalsiyum ve magnezyumun, sabunların bileşiminde bulunan sodyum veya potasyum ile
yer değiştirerek harcandıktan sonra sabun köpürmeye başlar. Sert sular ısıtma tekniği
bakımından uygun değildir. Sıcak su tesisatı, buhar kazanları borularında kireçtaşı
oluşmasıyla kesitlerin daralmasına neden olur. Sert suların kullanıldığı dokuma sanayiinde
boyaların dokular içerisine tam olarak nüfuz etmesi zorlaşır. Sert sular yiyecek ve
içeceklerin tadını bozar, bitki sulaması bakımından da uygun değildir. Suyun sertliğinin
çok düşük olması da istenmez. İçme suyu için uygun sertlik 75 – 100 mg CaCO3/L dir.
Kireç-soda yöntemi, sodyum fosfat ile yumuşatma, iyon değiştirme ile sertlik giderimi
gibi yöntemler sert suların yumuşatılmasında kullanılmaktadır.
9.1. Kireç-Soda Yöntemi ile Sertlik Giderimi
Karbonat sertliği, kireç ilavesi ile CaCO3 veya Mg(OH)2‟in çöktürülmesi suretiyle
aşağıdaki gibi giderilebilir.
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + H2O
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + MgCO3 + 2H2O
MgCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + Mg(OH)2↓
Kalsiyumdan ileri gelen karbonat olmayan sertlik, soda ilavesi neticesi ortaya çıkan
CaCO3‟ün çöktürülmesi suretiyle giderilebilir.
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4
43
Magnezyumdan ileri gelen kalıcı sertlik, kireç ilavesi ile meydana gelen Mg(OH)2‟in
çöktürülmesi ve soda ilavesi ile ortaya çıkan kalıcı kalsiyum sertliğinin giderilmesi suretiyle
aşağıda gösterildiği gibi uzaklaştırılabilir.
MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4
Geçici ve kalıcı sertlik, aşağıda gösterildiği gibi suya sadece NaOH(kostik soda) ilave
edilerek de giderilebilir. NaOH kullanımı sonucunda ortaya çıkan çamur miktarı kireç
kullanımına göre daha azdır. Ayrıca 1-22 °C su sıcaklıkları için, sıcaklığın NaOH
reaksiyonları üzerinde herhangi bir etkisi yoktur. Kireç kullanımında ise 6 °C‟den düşük
sıcaklıklarda reaksiyon hızları azalmaktadır. Bu avantajlara karşılık NaOH kirece göre
maliyeti daha yüksektir.
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 4NaOH → Mg(OH)2↓ + 2Na2CO3 + 2H2O
MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)4↓ + Na2SO4
Ancak burada CaSO4‟ün Na2CO3 ile reaksiyona gireceği ve oluşan CaCO3‟ün
çöktürülmek suretiyle giderilebileceği unutulmamalıdır.
Yumuşatılmış su kalsiyum karbonat ile doymuş durumdadır ve pH değeri yüksektir.
Bu yüzden su filtrasyondan önce stabilize edilmelidir. Bu işlem suya CO2 verilmesi veya asit
ilavesi ile yapılabilir. Karbondioksit verilmesi halinde
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Asit ilavesi halinde ise
2CaCO3 + H2SO4 → Ca(HCO3)2 + CaSO4
veya
2CaCO3 + 2HCl → Ca(HCO3)2 + CaCl2
reaksiyonları olur.
İşletme maliyetinin düşük olması açısından bu işlem için çoğunlukla karbondioksit
kullanılır. Bu sebeple işleme “karbonlama” denir.
44