SULARIN ARITILMASI SULARIN ARITILMASI YARD. DOÇ. DR. BERNA KIRIL MERT.

... konulu sunumlar: "SULARIN ARITILMASI SULARIN ARITILMASI YARD. DOÇ. DR. BERNA KIRIL MERT."— Sunum transkripti:

1 SULARIN ARITILMASI SULARIN ARITILMASI YARD. DOÇ. DR. BERNA KIRIL MERT

2 Yumaklaştırma işlemi küçük partiküllerin yumaklar haline getirilerek çökeltilmesidir. Bu işlem iki kademeden meydana gelmektedir. Pıhtılaştırma ve yumaklaştırma. Yüzey suları bilhassa 10 -7 - 0,1 mm, büyüklükteki danecikleri ihtiva ederler. Bu danecikler çözünmüş maddeler, kolloidler ve askıdaki katı maddeler (süspansiyonlar) olarak sınıflandırılabilir. Çözünmüş maddeler, çapları 0.001 μ m’den küçük olan maddelerdir. Na +, Cl –, O 2, N 2 çözünmüş maddelere misal olarak verilebilir. (1 μ m = 10 –3 mm. dir). Kolloidlerin, çapları 0.001 – 0.1 μ m arasındadır. Kil, SiO 2, Fe(OH) 3, virüsler (0.03-0.3 μ m) kolloidlerdendir. Askıdaki katı maddelerin (süspansiyon) çapları 0.1 μ m den büyüktür. Bakteriler (1-10 μ m), kil, kum, Fe(OH) 3 bitki ye hayvan artıkları askıdaki katı maddelere misal olarak verilebilir. Bir daneci ğ in çökelme hızı, danenin yo ğ unlu ğ u, dane çapı, sıvının viskozitesine ba ğ lıdır. Dane çapı küçüldükçe çökelme hızı azalmaktadır. HIZLI KIŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA

3 μm = mikrometre,1 μm = 10 –6 m. nm = nanometre, 1 nm = 10 –9 m Çeşitli Yoğunlukta ve Çaptaki Daneciklerin Çökelme Hızları (20 ° C) HIZLI KIŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA

4 Çökeltme havuzları ancak askıdaki katı maddelerin çökeltilmesinde etkilidir. Kolloidlerin çökeltme havuzlarında çökeltilmeleri mümkün de ğ ildir. Bu tür danecikleri sudan ayırmak, bunların birbirleriyle çökelme hızlarını arttırmak suretiyle olur. O halde yumaklaştırmadan maksat, askıdaki daneciklerin yumak haline getirilmesidir. Bu yumaklar, yumaklaştırmadan sonraki çökeltme veya filtrasyon veyahut hem çökeltme hem de filtrasyon işlemleriyle sudan ayrılabilirler. Kolloidleri çöktürmek için yumaklaştırma işlemi yapılır. İ çme suyu tasfiyesinde suya renk ve bulanıklılık veren maddeleri gidermek için filtrasyon işleminden önce yumaklaştırmaya müracaat edilmektedir. HIZLI KIŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA

5 Deri, dokuma ve ka ğ ıt sanayii gibi çeşitli sanayi dallarından ortaya çıkan kullanılmış suların tasfiyesinde de yumaklaştırma bir tasfiye metodu olarak düşünülmektedir. Yine birtakım sanayi atık sularındaki bakır, çinko, arsenik, kadmiyum, krom, kurşun, selenyum, civa gibi muhtelif kirleticilerin tasfiye işlemlerinde de yumaklaştırma etkili bir tasfiye metodu olarak göze çarpmaktadır. Yumaklaştırma, sulardan fosfatın giderilmesinde de uygun bir tasfiye işlemi olarak bilinmektedir. Cetvel 5.2 de yumaklaştırmanın çeşitli kirleticilerin giderilmesindeki etkisi gösterilmiştir. Bu cetvelden de görülebilece ğ i üzere bulanıklık, süspansiyon katılar, renk, virüs bakteri ve alglerin giderilmesinde de yumaklaştırma etkilidir. Nitrat (NO 3 ), Amonyum (NH 4 + ), Kobalt (Co), Nikel (Ni) ve Siyanür (Cn) gibi inorganiklerin giderilmesinde yumaklaştırmanın bir rolü olmamaktadır. HIZLI KIŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA

6

7 YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri Yumaklaştırmanın verimli ve tesirli bir şekilde tatbik edilebilmesi bakımından kolloidlerin özellikleri bilinmelidir. Su ortamında kil gibi suda çözünmeyen daneciklere suyu sevmeyen manasında hydrophobic (hidrofobik), nişasta, proteinler, organik polimerler gibi suda çözünen daneciklere de (suyu seven) manasında hydrophilic (hidrofilik) kolloidler denilir. Kolloidler bulundukları sıvı ortam içinde daima bir elektrik yüküne sahiptirler. Kolloid ihtiva eden bir çözelti içerisine pozitif ve negatif yüklü elektronlar yerleştirilirse kolloidlerin kendi yüküne zıt yüklü elektroda do ğ ru yı ğ ıldıkları görülebilir. Kolloidlerin yükünü tesbit etmeye yarayan bir tertibat Şekil 5.1 'de gösterilmiştir.

8 Şekil 5.1. Kolloidlerin Yüklerini Gösteren Deney Tertibatı

9 Metal oksitler (Al +3, Fe +2 veya Fe +3 gibi) pozitif elektrik yüküne, metal olmayan oksitler, kil, proteinler ise umumiyetle negatif elektrik yüküne sahiptirler. İ çme suyu tasfiyesindeki karşılaşılan kolloidler umumiyetle negatif yüklüdür. Kolloid danecikler, bulundukları sıvı içinde daima bir elektrik yüküne sahip olduklarından, daneci ğ in taşıdı ğ ı elektrik yüküne zıt iyonlar, danecik çevresinde birikerek sabit bir tabaka bunun çevresinde zıt yüklü iyonlar ikinci bir tabaka meydana getirirler. İ kinci tabaka danecik kenarından su içine do ğ ru yayıldı ğ ından bu tabakaya “difüz tabakası” denilmektedir. (Şekil 5.2). YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri

10 Şekil 5.2 den görüldü ğ ü gibi daneci ğ in yükü fazla ise etrafına çok miktarda zıt işaretli iyon çeker. Böylece danecik zıt işaretli iyonlarla kaplanmış olur. Bu ilk ve yo ğ un zıt iyonlar tabakasına Sabit tabaka veya Stern tabakası denilmektedir. Stern tabakasının dışında yine aynı işaretli iyonların teşkil etti ğ i bir tabaka daha bulunur. Bu tabakaya Gouy Chapman tabakası veya Da ğ ınık Tabaka denir. İ şte bu iki tabakaya “çift tabaka” adı verilir. Çift tabakada esas itibariyle kolloidin yüküne zıt iyonlar bulunmakla birlikte, aynı işaretli iyonlar da bulunur. Ancak iyonların sayıları danecik yüzeyinden uzaklaştıkça azalır. Belli bir mesafede + ve – yüklü iyonların sayıları eşit olup, bu noktaya izoelektrik nokta denilmektedir. Bu yüzey, ayrılma düzlemini karakterize eder. Kesme yüzeyi içindeki sıvı tabakası sanki daneci ğ e yapışıkmış gibi onunla birlikte hareket eder. Buna mukabil kesme yüzeyinin dışındaki kısım danecik ile birlikte hareket etmez. Hidrofobik kolloidlerde kesme yüzeyi, sabit tabakanın dış yüzüne çok yakındır. Kolloidlerin Zeta potansiyeli oldukça mühim bir parametredir. Kolloidlerin bir di ğ er özelli ğ i kolloidlerin su içinde tesadüfi bir şekilde hareket etmeleridir. Bu hareket “Brownia Hareket” olarak isimlendirilmektedir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri

11 Şekil 5.2. Negatif Yüklü Bir Kolloidin Etrafındaki Tabakalar

12 İ ki kolloid bir arada düşünülürse, her iki kolloid aynı elektrik yükü ile yüklü oldu ğ undan birbirlerini itmek isterler. Çekme kuvvetleri ise Van der Waals kuvvetleri ile Brownian hareketlerden do ğ an kinetik enerjiden dolayı ortaya çıkar. Bu kuvvetler Şekil 5.3. de gösterilmiştir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri

13 Şekil 5.3. Daneciklere Tesir Eden Kuvvetler

14 Kolloidlerin stabilizasyonu aşa ğ ıda belirtilen şekillerde olmaktadır. Duruma ve şartlara göre bunlardan biri veya birkaçı daha tesirli olmaktadır. Bunlar : Çözeltiye ilave edilen zıt yüklü iyonlar, danecik etrafındaki çift tabakanın sıkışmasına sebep olurlar. Böylece danecikler arasındaki itme etkisi azalır. Çözeltiye ilave edilen metal iyonları veya organik polimerlerin danecik yüzeyinde adsorbe edilmesiyle danecik yüzeyindeki potansiyel azalmaktadır. Yumaklaştırıcı maddelerin çözeltiye ilave edilmesiyle teşekkül eden metal hidroksitler çökerlerken kolloidleride bir a ğ şeklinde sararak onların da çökelmesini temin ederler. Organik polimerlerin kullanılması halinde uzun zincirli bu polimerler, kolloidlerin etrafını sararak bir köprü meydana getirir. Böylece kolloidlerin destabizasyonu sa ğ lanır. Destabilize bir çözeltide kolloidlerin Brownian Hareketleri sebebiyle yumaklaşma olur, bu tip yumaklaşma “Perikinetik Yumaklaşma” olarak isimlendirilir. Bu hareket yavaş oldu ğ undan yumaklaştırma işlemini hızlandırmak için çözeltiye ilave edilen kimyasal maddeler karıştırılır. Bu tip yumaklaştırmaya “Ortokinetik yumaklaşma” denilmektedir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Kolloidlerin Özellikleri

15 Perikinetik Yumaklaşma Brownian Hareketten do ğ an bu yumaklaşmada zamanla danecik sayısındaki azalmanın, danecik sayısının karesi ile orantılı oldu ğ u ifade edilmiştir. Yani : (5.1) Burada: n : Birim hacimdeki danecik sayısı t : Zaman kp: Perikinetik hız sabiti Hız sabiti ise (5.2) şeklinde ifade edilebilir. Burada α p : Birleşme ile neticelenen çarpışmaların yüzdesi k : Boltzman sabiti T : Mutlak sıcaklık, oK µ : Suyun dinamik viskozitesidir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

16 (5.2) denklemi (5.1) de yerine konursa: (5.3) İ fadesi elde edilir. Bu denklem aynı özellikte, aynı cins kolloidler için geçerlidir. Başlangıçtaki danecik sayısı no, t süre sonraki n olmak üzere (5.1) denklemi integre edilirse: (5.4) denklemi bulunur. (5.4) denklemi yardımıyla başlangıçtaki danecik sayısı no’ in n de ğ erine düşmesi için lüzumlu süre hesaplanabilir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

17 -. α o.G.d 3.n 2 (5.5) Şeklinde ifade edilebilir. Burada; α o : Birleşme ile neticelenen çarpışmaların yüzdesi G : Hız gradyanı (ortalama de ğ er) d : Danecik çapı n : Danecik sayısı Danecikler küre şeklinde kabul edilir ve birim hacimdeki daneciklerin bütününün hacmi Ω ile gösterilirse ; Ω =. n yazılabilir. (5.6) YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

18 (5.6) denklemi (5.5) de yerine konulursa; - =. G. Ω. n elde edilir. (5.7) (5.7) denklemi integre edilirse ; Ln(n o /n)= (5.8) bulunur. Azalma katsayısı R=n o /n oldu ğ undan (5.8) denklemi; LnR= (5.9) yazılabilir. Bu denklem sayesinde danecik sayısının belli bir de ğ ere düşmesi için lüzumlu süre bulunabilir. t= olur. (5.10) YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

19 Yumaklaştırıcılar ve Yardımcı Maddeleri Yumaklaştırıcılar Yumaklaştırmaktan maksat, çok küçük daneciklerin yumaklar haline getirilip çöktürülmesi oldu ğ una göre, birtakım kimyasal maddelerin ilave edilmesi suretiyle danecik etrafındaki çift tabakanın sıkıştırılması, danecik yüzeyindeki potansiyelin azaltılması ve kolloidlerin metal hidroksitler çökerken onlarla birlikte sürüklenmesinin sa ğ lanması gerekir. Bu maksatla çeşitli yumaklaştırıcılar kullanılır. Netice olarak yumaklaştırıcılar Al +3, Fe +3, Fe +2 ve Ca ++ şeklinde ifade edilebilirler. Ancak Fe +2 do ğ rudan kullanılırsa yumaklaştırma işlemi için uygun olmaz, bunun sebebi Fe(OH) 2 nin çok iyi çözünür olmasıdır. Halbuki yumaklaştırma işlemi için çözünmeyen hidroksitler gereklidir. Fakat Fe +2, çelik sanayii yan ürünü oldu ğ undan Fe +3 e göre nispeten ucuz olup, ancak aşa ğ ıda belirtilen metodlarla okside edilerek yumaklaştırıcı olarak kullanılır. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

20 Yumaklaştırıcılar a)Tasfiye edilecek suda mevcut oksijen ile oksidasyon 4 Fe +2 + O 2 + 10 H 2 O → 4 Fe(OH) 3 + 8 H + Bu reaksiyonun hızlı bir şekilde olması için pH>8,5 olmalıdır. Düşük pH de ğ erlerinde (pH<8.5) oksidasyon hızı düşüktür. b) Aktif karbonun katalizörlü ğ ünde oksijen ile oksidasyon Fe +2 + O 2 + 4 H 2 O → 4 Fe +3 + 2 H 2 O c) Klor ile oksidasyon 2 Fe +2 + Cl 2 → 2 Fe +3 + 2 Cl - 2 Fe +3 + 6 H 2 O → 2 Fe(OH) 3 + 6 H + YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

21 Netice olarak iki de ğ erlikli demir yukarıda belirtilen metodlardan biri kullanılarak demir (III) şekline dönüştürüldükten sonra yumaklaştırma işleminde kullanılabilir. Yumaklaştırıcılardan hangisinin kullanılaca ğ ına karar vermek için mutlaka kavonoz testleri (jar testi) denilen deneyler yapılmalıdır. Bu suretle yumaklaştırıcının cinsi ve dozu belirlenebilir. Suya Al +3 ve Fe +3 gibi yumaklaştırıcılar ilave edilirse suyun pH de ğ eri düşer. (sodyum alüminat hariç). Yani bu yumaklaştırıcılar (koagülantlar) asidik özelliktedir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

22 Kimyasal denklemler basit olarak : Al +3 + 3 H 2 O ↔ Al(OH) 3 + 3 H + şeklinde olup bu reaksiyonun yönünün sa ğ tarafa olması için pH>4 olmalıdır. Fe +3 için denklem : Fe +3 + 3 H 2 O ↔ Fe(OH) 3 + 3 H + 3 H + + 3 HCO 3 - ↔ 3 H 2 CO 3 – 3CO 2 + 3 H 2 O zayıf asit Sodyum alümünat (NaAlO 2 ) kullanılırsa : NaAlO 2 + 2 H 2 O → Al(OH) 3 + Na + + OH - yazılabilir. Görüldü ğ ü gibi bu reaksiyon baziktir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

23 Yumaklaştırıcı Yardımcıları Yumaklaştırma işlemini hızlandırmak, daha büyük yumak elde etmek, kullanılan Al +3 ve Fe +3 gibi yumaklaştırıcıların konsantrasyonlarını azaltmak ve suda organik maddelerden ileri gelen rengi gidermek için yumaklaştırıcı yardımcıları maddeleri kullanılır. Bu maddelerin kendileri yumaklaştırıcı ile kullanıldıkları zaman, onun yumaklaştırma işlemine yardım ederler. Teşekkül eden yumaklar zayıf oldugu zaman, yardımcı madde kullanmak faydalıdır. Ayrıca su sıcaklıgının düşük olması halinde, vizkosite yüksek oldugundan yumakların çökelme hızı düşüktür. Böyle durumlarda su kil ve kireç taşı gibi maddeler ilave edilerek yumakların çökelme hızları iyileştirilir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

24 a) Kil Kil yumaklara bir çekirdek teşkil etmesi bakımından faydalıdır. Ayrıca bazı killer, suya kötü koku tad veren maddeleri adsorbe ederler. Bundan başka kil, yumakların a ğ ırlı ğ ını artırarak çabuk çökelmelerini temin eder. b) Kalsit Kalsit toz halindeki kalsiyum karbonat olup, kilin olmadı ğ ı yerlerde bilhassa bulanıklı ğ ı az olan suların tasfiyesinde yumaklaştırıcı yardımcısı olarak kullanılır. c) Polielektrolitler Bunlar anyonik, katyonik ve iyonik olmayan palielektrolitler olmak üzere üç sınıfta toplanabilir. Sentetik veya tabii olanları vardır. Bunlar alüm, (alüminyum sulfat) gibi kimyevi maddelerle kullanıldıklarında gayet hızlı çökebilen yo ğ un yumaklar teşkil ederler. Ancak içme suyu tasfiyesinde kullanılırken bilhassa sentetik polielektrolitlerin insan sa ğ lı ğ ına zararlı bir tesiri olmadı ğ ından emin olunmalıdır. Ayrıca bunların çok pahalı olduklarıda hatırdan çıkarılmamalıdır. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Yumaklaştırıcı Yardımcıları

25 d) Aktif Silika Aktif silika en çok kullanılan yumaklaştırıcı yardımcılarından birisidir. Bilhassa alüm (şap) ile birlikte kullanıldı ğ ı zaman, tutucu özellikte kısa zincirli polimerler teşekkül eder, böylece iyi çökebilen yumaklar meydana gelir. e) Alkali ve Asitler Suyun pH sının yumaklaştırma verimi üzerine tesiri büyüktür. Bu yüzden ham suyun pH sının ayarlanmasının lüzumu halinde çeşitli alkali ve asitler yumaklaştırmaya yardımcı maddeler olarak kullanılır. Alkaliler olarak sönmüş kireç, Ca(OH) 2 sönmemiş kireç CaO sodyum hidroksit NaOH veya soda kullanılır. Asit olarak en çok kullanılan sülfürik asit, H 2 SO 4 olup bilhassa alüm ün tatbik edildi ğ i renk giderme işlemlerinde pH yı ayarlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI Yumaklaştırıcı Yardımcıları

26 Yumaklaştırmanın Verimlili ğ ine Tesir Eden Unsurlar Bir su tasfiye tesisinde yumaklaştırma kısımlarını boyutlandırmadan önce yumaklaştırmanın verimlili ğ ine tesir eden unsurların bilinmesi gereklidir. Yumaklaştırma işlemine tesir eden unsurlar aşa ğ ıda maddeler halinde verilmiştir. Ham suyun kalitesi, bulanıklı ğ ı, Sudaki kolloidlerin ve asılı maddelerin miktar ve özellikleri Suyun pH de ğ eri Yumaklaştırma projesinin çeşidi, hızlı karıştırma ve yumaklaştırmada bekleme müddetleri Suyun sıcaklı ğ ı Suyun alkalinitesi Sudaki iyonların miktar ve özellikleri Yumaklaştırıcıların cins ve dozları YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

27 Bunlardan pH nın ayrı bir ehemmiyeti vardır. Çünkü pH bilhassa metal tuzlarının yumaklaştırıcı olarak kullanılması durumunda onların hidrolizinde esas rolü oynamaktadır. Ham sulardan renk giderme işleminde de pH ile kullanılan yumaklaştırıcının cins ve dozajının büyük bir rolü vardır. Bu şekilden görülebilecegi gibi renk giderme işleminde optimum pH de ğ eri bütün dozlar için 5 ila 6 arasında kalmaktadır. Bundan sonra pH de ğ eri yumaklaşmanın hangi tip yumaklaşma oldu ğ unu belirler. Şekil 5.6’da alum dozuna ve pH’ya ba ğ lı olarak yumaklaşmanın tipini belirleyen bölgeler gösterilmiştir. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

28

29 Yumaklaştırma Kısımlarının Hesap ve Teşkili Yumaklaştırmanın Su Tasfiyesindeki Yeri Yumaklaştırma (koagülasyon) kısımları hızlı karıştırma odası, yumaklaştırma havuzu ve çökeltme havuzlarından ibarettir.Yumaklaştırma işleminin su tasfiyesindeki yeri şematik olarak Şekil 5.7 de gösterilmiştir.Ayrıca kireç-soda metodu ile sertlik giderilmesinde de yumaklaştırma temel işlem olarak göze çarpmaktadır. YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI YUMAKLAŞTIRMANIN MEKAN İ ZMASI

30

31 Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı Yumaklaştırmanın verimli olması için yumaklaştırıcı olarak kullanılan kimyevi maddelerin suyla homojen olarak karıştırılması gereklidir. Bu iş için umumiyetle hızlı karıştırma odaları kullanılır. Daha iyi bir da ğ ılmayı temin etmek bakımından bu odaların en az iki bölmeli olarak yapılması uygundur. Karıştırma işlemi ekseriya bir düşey mille elektrik motoruna ba ğ lı olan pedallı veya türbin şeklindeki bir teçhizatla yapılır. Hızlı karıştırma odalarının projelendirilmesinde hız gradyanı ile bekleme müddeti dikkate alınır. Bir türbin veya pedal vasıtasıyla karıştırmanın mekanik olarak yapıldı ğ ı hızlı karıştırma odalarının hesabına esas olacak bekleme müddetleri ile hız gradyanları Cetvel 5.4 de verilmiştir.

32 Cetvel 5.4. Hızlı Karıştırma İ çin Bekleme Müddeti ve Hız Gradyanı Tatbikatta karıştırıcılar için karıştırma odasında bekleme süresi t=30 ~ 60 sn, hız gradyanı ise G=300 ila 1000 sn-1 arasında alınmaktadır. Mekanik karıştırıcılar,dönerek çalışanlar ve krank mili vasıtasıyla ileri,geri hareketle çalışanlar olmak üzere iki şekilde incelenebilir.Muhtelif karıştırıcı tipleri Şekil 5.8 de gösterilmiştir. Karışımın mekanik olarak yapıldı ğ ı hızlı karıştırma odaları tek bölmeli veya iki bölmeli olarak yapılabilir. Mümkün oldu ğ u takdirde iki bölmeli olarak yapılması faydalıdır. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

33

34 Şekil 5.9. Hızlı karıştırma odası tipleri Mekanik karıştırıcıların kullanılmasında bazı faydalar vardır. Bunların verimleri yüksektir, debinin de ğ işmesinden etkilenmezler, ayrıca yük kayıpları da çok yüksektir. Karıştırma, dalgıç perdeli veya yatay perdeli karıştırma odalarında da yapılabilir. Dalgıç perdeli karıştırıcılar şekil 5.10 da gösterilmiştir. E ğ er gelen suyun debisi zamanla büyük de ğ işiklikler gösteriyorsa bunların kullanılması uygun olmaz. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

35 Dalgıç perdeli karıştırıcıların arasında giriş ve çıkışı arasındaki yük kaybı ∆h ile gösterilirse, güç: N= ρ.g.Q.∆h İ fadesinden bulunabilir (5.18) Burada: ρ :suyun özgül a ğ ırlı ğ ı, kg/m3 Q:debi,m3/sn g:yerçekimi ivmesi, 9.81 m/sn2 ∆h:yük kaybı, m N:güç watt veya N.m/sn=joule/sn Hız gradyanı ile güç arasında aşa ğ ıdaki ba ğ lantı vardır. (5.19) Burada: μ :dinamik viskozite, N.sn/m2 veya Pa.sn v:hacim, m3 (5.18) ve (5.19) ifadelerinden formül oldu ğ undan, Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

36 Şekil 5.10. Perdeli karıştırma Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

37  Karıştırma, yukarıda belirtildi ğ i üzere mekanik veya dalgıç karıştırıcılarla yapabilece ğ i gibi, hava ile karıştırma da mümkündür. Hava ile karıştırmada havalandırma havuzuna kimyevi maddeler verilir. Karıştırmanın hava ile yapılması bilhassa ön havalandırmanın istendi ğ i durumlar için çok uygundur. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

38  Bir di ğ er karıştırma sistemi borularda karıştırmadır. Terfi yüksekli ğ i düşük olan bir tulumba vasıtasıyla kimyevi maddeler boruya enjekte edilir. Boru içinde şekil 5.11de görüldü ğ ü gibi teşkil edilen kesit daralmasından sonraki genişleme kısmında kimyevi maddenin tam karışması temin edilir. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

39  Basit ve ucuz karıştırma işlemlerinden birisi de hidrolik karıştırmadır. Hidrolik karıştırmanın esası hidrolik sıçramadır. Bu cins karıştırmada teçhizat ve odasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden Avrupa da son zamanlarda bunların kullanmaları artmıştır. Kimyevi maddeler şekil 5.12 de görüldü ğ ü gibi sıçramadan önce verilir. Daha iyi karışım temini için meyilli kısma mânialar konulabilir. Bunlarda tipik bekleme müddeti 2 sn hız gradyanı 800 sn -1 civarındadır. Yük kayıpları ise 0,3 m olarak alınmaktadır. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

40

41 Bazı durumlarda yüksek G de ğ erleri (3000–5000 sn -1 ) kullanmak süretiyle, daha düşük bekletme müddeti ile karıştırma odalarını projelendirmek mümkün olmaktadır. Şekil 5.13 de gösterilen ve boru hattı üzerinde (In-line blender) şeklindeki karıştırma işlemiyle adsorbsiyon ve destabilizasyon reaksiyonlarını hızlandırmak mümkündür. Bunlarda bekletme süresi 30 sn den daha az olmakta, ancak güçlü bir karıştırma teçhizatına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunların çok az kısa devrelerle çok iyi bir karışım temin etmeleri, yük kaybı hesaplarına ihtiyaç göstermemeleri ve daha maliyetle inşa edilebilmeleri gibi faydaları bulunmaktadır. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

42 Hızlı karıştırma işlemi ve yeri tesisteki çevre teknisyenlerinin işletmede güçlük çıkmadan çalıştırabilecekleri şekilde olmalı ve yakınında kimyevi maddelerin depo edilmesi kolaylıkla mümkün olmalıdır. Bazı hallerde hızlı karıştırma odası, kimyevi madde besleyicilerinin bulundu ğ u hacim altında yapılır. Böylece kimyevi madde iletim hatlarından büyük ölçüde tasarruf sa ğ lanmış olur. Karıştırma odalarının hacimlerinin bulunması, bekleme müddetinin seçilmesi suretiyle hesaplanabilir. Bu süre, hız gradyanına, kullanılan kimyevi maddenin cinsine ve karıştırma şekline göre de ğ işir. Mesela kireç ile yumuşatmada karıştırma odasında bekleme müddeti 5 dk civarında alınmaktadır. Dolayısıyla bekleme süresi, duruma ve şartlara göre 0,5-5 dk arasında alınabilir. Hızlı karıştırma kısmını projelendirmek için en azından ; - Su kalitesindeki en iyi ve en kötü durumları da temsil edecek şekilde ham suyun tahlil (analiz) neticeleri, - Su ihtiyacındaki salınımlar, asgari ve azami debiler - Jar testi neticeleri Elde hazır bulunmalı, projelendirmede bu hususlar da dikkate alınmalıdır. Hızlı Karıştırma Odalarının Hesabı

43 Yumaklaştırma Havuzlarının Hesap ve Teşkili Yumaklaştırıcı maddelerin (koagülantların) hızlı karıştırma odasından suya karıştırılmasını müteakiben yumakların teşekkülü bakımından yavaş karıştırma (floculation) işleminin yapılması gerekir. Bu işlem destabilize olmuş kolloidlerin birleştirilmesi veya çap ve büyüklüklerinin artırılması demektir. Karıştırma işlemi için en çok mekanik yumaklaştırıcılar kullanılmaktadır. Bunlar düşey milli pedallı veya kanatlı karıştırıcılar olabilir. Mekanik yumaklaştırıcıların haricinde, dalgıç perdeli ve basınçlı hava ile de yumaklaştırma mümkündür. Dalgıç perdeli yumaklaştırma havuzları eskiden çok yaygın kullanılmalarına ra ğ men, mekanik yumaklaştırma teçhizatlarındaki gelişme sebebiyle bugün için fazla revaç göstermemektedir. Bu tip havuzlarda kısa devrelerin olmaması gibi faydalar vardır. Ancak debi zamanla büyük de ğ işiklikler gösteriyorsa, yumaklaştırma verimlerinin düşmesi bunlar için büyük bir dezavantaj teşkil etmektedir.

44 Yumaklaştırma Havuzlarının Hesap ve Teşkili Yumaklaştırma havuzlarının projelendirilmesinde dikkate alınacak en mühim unsurlar hız gradyanı ve bekleme müddetidir. Bekleme müddeti umumiyetle 15 ila 45 dakika arasında alınır. 30 dakika almak uygun olabilir. Sulardan sertlik giderme işleminde ise 45 ila 60 dakikaya kadar cıkabilmektedir. Hız gradyanı ise esas itibariyle 10 dan 100 sn -1 de ğ erine kadar seçilebilirsede bu de ğ erin 20 ila 74 sn -1 arasında kalması tavsiye edilmektedir. Hız gradyanıyla, bekleme süresinin çarpımının G.t=10 4 ile 10 5 arasında kalması istenir. Bazı çalışmalarda ise G.t de ğ erinin 2.10 4 ila 2.10 5 arasında kalmasının uygun olaca ğ ı belirtilmiştir.

45 Yumaklaştırmanın verimlili ğ ini artırmak için hız gradyanının kademeli olarak azaltılması uygundur. Bilindigi gibi danecik sayısındaki azalma hız gradyanı ile do ğ ru orantılıdır. dn/dt=f(G) olarak ifade edilmiştir. Buradan hız gradyanını artırmanın daneciklerin birbiriyle olan bütünleşmesini artırdı ğ ı ve yumakların büyümesine sebep oldu ğ u anlaşılmaktadır. Ancak kayma gerilmesi τ =µ.G şeklinde hız gradyanına ba ğ lı oldugundan hız gradyanını belli bir de ğ erin üstünde tutmak, teşekkül eden yumakların tekrar parçalanmasına sebep olacaktır. Bu yüzden hız gradyanı ≤ 100 sn -1 alınır. Hız gradyanının yumaklaştırmayı hızlandırmasına mükabil teşekkül eden yumakları parçalamasıda söz konusu oldugundan birbirine tezat olan bu iki durumu en iyi şekilde ayarlamak için hız gradyanının kademeli olarak azaltılması düşünülmüştür. Başlangıcta henüz yumaklar teşekkül etmedi ğ inden hız gradyanı büyük tutulabilir. Daha sonra yumakların kırılmaması, kesilmemesi, parçalanmaması için hız gradyanı azaltılır. Bunun için yumaklaştırma havuzu bölmeli olarak yapılır. Her bölmedeki hız gradyanı de ğ işik alınır. Bölme sayısı 2 ila 6 arasında de ğ işmektedir. Yumaklaştırma Havuzlarının Hesap ve Teşkili

46 Pedal Alanının Hesabı Mekanik yumaklastırıcılarda pedal veya kanatlar yatay veya düşey milli olarak yerleştirilebilirler. Yumaklaştırıcıların su hareketine dik yöndeki pedalların toplam alanı A ile gösterilirse,pedalların döndürülmesi için gerekli kuvvet: F=c D. ρ.A.(V r 2 /2) ifadesinden hesaplanabilir. c D : katsayı ρ : sıvının yo ğ unlu ğ u kg/m 3 A : pedalların yüzey alanı, m 2 V r : pedalların suya nazaran izafi hızları ‘dır. c D katsayısı pedalın eni ve boyuna ba ğ lıdır. Pedal eni W, boyu L ile gösterilirse, c D de ğ erleri aşagıdaki cetvelden alınabilir. Yumaklaştırma Havuzlarının Hesap ve Teşkili

47 İ zafi pedal hızları mutlak hızın %75 i kadar kabul edilebilir. V r = 0.5-0.7 m/sn arasında alınabilir. Toplam pedal alanı, havuz en kesitinin %20 sinden daha küçük olmalıdır. Lüzumlu güç ihtiyacı ise; Yumaklaştırma Havuzlarının Hesap ve Teşkili olduğundan elde edilir. Bu ifadeden pedal alanı, şeklinde hesaplanabilir.

48 Çöktürme Havuzlarının Hesap ve Teşkili Yumaklaştırmanın sonunda yumakların çöktürülmesi için çökeltme havuzları yapılır.Ancak çökeltme havuzunun tesirli olup olmadı ğ ı da düşünülmelidir.Çünkü renk giderme işlemlerinde oldu ğ u gibi bazı hallerde teşekkül eden yumaklar çok küçük ve zayıf olabilir, bu gibi durumlarda çöktürme işlemi verimli olmadı ğ ından bu kısım yapılmayıp su, yumaklaştırma işleminden sonra filtrelere gönderilir.Çökeltme işleminden ileride bahsedilecektir.Ancak burada yumaklaştırmanın bir birimi olarak çökeltme havuzlarından kısaca bahsedilecektir.Bu havuzlar umumiyetle ‘Yatay akışlı çökeltme havuzları’ ve ‘Yukarı akışlı çökeltme havuzları’ olarak iki grupta incelenir. Şekil 5,19 da bu havuzlar şematik olarak gösterilmiştir a) Yatay akışlı b)Yukarı akışlı Şekil 5.19. Çökeltme havuzlarının şematik resmi

49 Çökeltme havuzlarının boyutlandırılmasında aşa ğ ıdaki hususlar göz önüne alınır: Alum yumakları için tavsiye edilen de ğ erler cetvel 5.7 de gösterilmiştir. Çöktürme Havuzlarının Hesap ve Teşkili

50 Birleşik sistemler Yumaklaştırmanın bütün kısımlarını,hızlı karıştırma,yumaklaştırma ve çöktürme havuzlarını bir araya toplayan sistemlere birleşik sistemler diyoruz.bunlara ait muhtelif tipler şekil 5,20 ve 5,21 de gösterilmiştir. Birleşik sistemlerin çeşitli fayda ve mahzurları vardır. Faydaları: -Karıştırma,yumaklaştırma ve çöktürme havuzları birleştirildi ğ inden yatırım mâliyeti düşüktür. -Yumaklaşma hızı fazladır.Çünkü dn /dt=f(n 2 ) oldu ğ undan bu tip sistemlerde çamur bölgesinden artı ğ ından yumaklaşma hızı fazladır. -Bu sistemlerde genellikle yukarı akışlı çökeltme havuzları kullanıldı ğ ından yatay akışlılara nazaran daha fazla yüzey yükü tatbik edilebilir. Mahzurları: - İ şletme güçlükleri vardır - Çöktürme bölmesinde çamur tahliyesinden sonra yeniden çamur tabakasının teşekkülü zordur.Böyle durumlarda en az 24 saat çok düşük yüzey yükü ile çalışması gerekebilir. -Debide fazla salınım olması halinde verimleri düşer

51