TEKNOLOJİK SU ISLAHI Hazırlayan ve Sunan: M. Yaşar KILIÇ

SU NEDİR ? KİMYASAL FORMÜLÜ : ÖZELLİKLERİ : * H2O veya HOH * Renksiz, kokusuz,tatsız bir maddedir. * Doğada çok kolay bulunur. * Ucuzdur. * Çok iyi ısı transfer özelliği vardır. * İyi bir solvent (çözücü) özelliği vardır.

SU KAYNAKLARI, İÇERDİĞİ SAFSIZLIKLAR, NEDEN OLDUĞU GÜÇLÜKLER SU KAYNAKLARI : ( Doğal su çevrimi ) * Yer altı kaynakları * Yer üstü kaynakları İÇERDİĞİ SAFSIZLIKLAR : * Askıda Maddeler * Çözünmüş Katılar * Çözünmüş Gazlar * Müşterek (Muhtelif) Etkiler

ASKIDA MADDELER 1 - BULANIKLIK : Suya kötü görünüm verir, su devrelerinde ve kazanlarda yığılmalar şeklinde birikintiler (fouling) oluşturur. 2 - RENK : Buhar kazanlarında köpürmelere neden olur, ürün üzerinde leke bırakır, sıcak fosfat uygulamasında demir iyonlarının çökmesine engel olur. 3 - YAĞ : Buhar kazanlarında kışır, çamur ve köpürmeye neden olur Isı transferini engeller. Üründe leke oluşturur. 4 - AKM : Borularda, ısı değiştiricilerde ve buhar kazanlarında yığılmalar şeklinde birikintiler (fouling) oluşturur. DIŞ ISLAH YÖNTEMLERİ : * Dinlendirme * Tane büyütme ve filtre etme * Çöktürme * Seperatörle yağ ayırma * Muhtelif filtrasyon uygulamaları

ÇÖZÜNMÜŞ KATILAR 1 - SERTLİK : Suda çözünmüş Ca ve Mg iyonları toplamına toplam sertlik denir. Isıtma ve soğutma sistemlerinde, borularda kışır oluşumuna neden olur. Tekstil boyama prosesinde sorunlar yaratır. * GEÇİCİ SERTLİK: Karbonata bağlı sertlik, * KALICI SERTLİK: Karbonata bağlı olmayan sertlik. 2 - ALKALİNİTE : Suda çözünmüş alkali iyonlar toplamıdır (HCO3, CO3, OH). OH ve HCO3 bir arada bulunamaz. Kazanlarda köpürme, kostik tahribatı ve buhar-kondens devrelerinde CO2 korozyonuna neden olur. * P ALKALİNİTE: (OH + 1/2 CO3) * M ALKALİNİTE: (OH + CO3 + HCO3) * OH ALKALİNİTESİ: 2P - M 3 - KLORÜR (Cl-) : Suyun iletkenliğini ve korozif karakterini artırır. Oksijen korozyonunu katalize eder. 4 - SÜLFAT (SO4=) : Suyun iletkenliğini arttırır. CaSO4 şeklinde kışır oluşturur.

ÇÖZÜNMÜŞ KATILAR (Devam) 5 - SİLİS (SiO2) : Kazanlarda ve soğutma sistemlerinde silikat birikintilerine neden olur. Y. B. Türbinleri besleyen buharla giderek birikinti oluşturur. 6 - DEMİR (Fe+2, Fe+3) : Suya renk verir, hatlarda, ısıtma-soğutma sisteminde yığılmalar ve birikintiler oluşturur. Tekstil ve deri proseslerinde sorunlar yaratır. 7 - SODYUM (Na+) ve POTASYUM (K+) : Suyun iletkenliğini artırır. 8 - MANGAN (Mn+2) : Demirle aynı etkileri gösterir. 9 - NİTRAT (NO3-) : Suyun iletkenliğini artırır. İçme suyunda belirli derişimin üzerinde bulunması sağlık için uygun değildir. DIŞ ISLAH YÖNTEMLERİ : * İyon değiştirme prosesleri : Yumuşatma, dealkalizasyon, demineralizasyon * Membran teknolojisi : Reverse osmosis * Damıtma * Oksitleme ve filtrasyon * Kireç-soda (sıcak veya soğuk) prosesleri * Elektrodiyaliz

ÇÖZÜNMÜŞ GAZLAR 1- KARBONDİOKSİT (CO2): Su devrelerinde, özellikle de buhar ve kondens hatlarında korozyona neden olur. 2- OKSİJEN (O2): Su hatlarında, kazanlarda, eşanjörlerde ve dönüş hatlarında korozyona neden olur. 3- HİDROJEN SÜLFÜR (H2S): Suya kötü bir koku (çürük yumurta kokusu) verir. Korozyona neden olur. 4- AMONYAK (NH4): Cu ve Zn alaşımlı materyalin korozyonuna neden olur. DIŞ ISLAH YÖNTEMLERİ: * Degazörden geçirme * Havalandırma * İyon değiştirme * Klorlama

MÜŞTEREK (MUHTELİF) ETKİLER 1 - İLETKENLİK (KONDÜKTİVİTE) (µS/cm) : Suyun içerisinde iyonize olmuş katıların miktarını ifade eder. Yüksek iletkenlik suyun korozivitesini artırır, buhar kazanında sürüklenmeye neden olur. 2 - TOPLAM ÇÖZÜNMÜŞ KATILAR (TDS) : Suda çözünmüş tüm katı maddelerin ölçüsüdür. Yüksek olması pek çok soruna neden olur. 3 - TOPLAM KATILAR (TS) : Suyun içerisindeki çözünmüş ve askıdaki katı maddelerin tümüdür. 4 - pH : Sudaki H+ iyonları konsantrasyonunun kologaritmasıdır (ters logaritma). DIŞ ISLAH YÖNTEMLERİ : * İyon değiştirme prosesleri; demineralizasyon, dealkalizasyon. * Membran teknolojisi; reverse osmosis * Damıtma * Filtrasyon * Elektrodiyaliz

BAZI TEMEL KAVRAMLAR ÇÖZÜNME: Katı, sıvı veya gaz bir maddenin, bir çözücü içerisindeki ancak fiziksel yöntemlerle ayrılabilecek, çözeltinin her noktasında homojen olacak şekildeki karışımıdır. İYONİZASYON: Bir çözeltide, çözünen maddelerin iyonlarına ayrılmasıdır. İYONLAR: KATYONLAR ANYONLAR Kalsiyum (Ca+2) Magnezyum (Mg+2) Bikarbonat (HCO3- ) Sodyum (Na+) Potasyum (K+) Karbonat (CO3-2) Demir (Fe+2, Fe+3) Mangan (Mn+2) Hidroksit (OH-) Amonyum (NH4+) Hidrojen (H+) Klorür (Cl-) Alüminyum (Al+3) Çinko (Zn+2) Sülfat (SO4-2) Nitrat (NO3-) Fosfat (PO4-3)

TEKNOLOJİK SU ISLAH YÖNTEMLERİ Suyun endüstride kullanılabilir hale getirilebilmesi için uygulanan her türlü mekanik ve kimyasal işleme SU ISLAH İŞLEMLERİ denir. * DIŞ ISLAH İŞLEMLERİ : Bir kaynaktan sağlanan suya, kullanılacağı üniteye alınmadan önce uygulanan her türlü ıslah işlemlerine dış ıslah işlemleri denilir. ( Dinlendirme, tane büyülterek çöktürme, durultma, filtrasyon, havalandırma, degazörden geçirme, iyon değiştirme, klorlama, aktif karbon, reverse osmosis vs. ) * İÇ ISLAH İŞLEMLERİ : Suyun kullanılacağı üniteye alındıktan sonra suya uygulanan her türlü ıslah işlemine ise iç ıslah işlemleri denir. ( Muhtelif katkı maddeleri dozlama, blöf uygulamaları, sisteme operasyonel müdahaleler. )

YAYGIN BAZI DIŞ ISLAH İŞLEMLERİNİN İNCELENMESİ FİLTRASYON : Sudaki askıda maddeleri gidermek için uygulanan mekanik bir işlemdir. Gravite ile çalışan ve basınçlı tip filtrelerin yanı sıra günümüzde çeşitli elemanları olan filtrasyon sistemleri ve ultra filtrelere kadar geniş filtrasyon uygulamaları vardır. BASINÇLI TİP KUM FİLTRELERİ : İçerisine yerleştirilmiş çeşitli ölçülerdeki kum ve diğer dolgular sayesinde suyun içerisindeki askıda maddelerin giderildiği cihazlardır. Çıkış suyunun bulanıklığı veya askıda madde miktarı esas alınarak veya cihazdaki basınç düşümünün artışına göre ters yıkanarak cihaz işletilir. Normal olarak, cihaz dizaynında en çok 70 m3/h debi ve m2 yüzeyden 7 m3/h su geçecek şekilde kesit belirlenir. Kullanılacak kum özel filtre kumu olup min. % 98 oranında SiO2 ihtiva eder. Genel olarak 5 katman farklı çaplarda tanelerden oluşmuş kumlar kullanılır.

TİPİK BİR KUM FİLTRESİNİN YAPISI KUM ÖLÇÜLERİ: (Aşağıdan yukarıya) 1. Kat :10 cm ( 25-38 mm ) 2. Kat :20 cm ( 14-25 mm ) 3. Kat :10 cm ( 7-14 mm ) 4. Kat :10 cm ( 3,5-7 mm ) 5. Kat :55 cm ( 0,5-1,5 mm ) c c

İYON DEĞİŞTİRİCİLERLE SU YUMUŞATMA TANIMI : İçlerindeki sentetik katyon değiştirici reçinelerle suyun sertliğinin giderildiği cihazlardır. ( Kuvvetli asit katyon değiştirici. ) Cihazların dizaynında m2 yüzeyden 14 - 24 m3/h akış hızı esas alınmalıdır. Yatak yüksekliği en fazla 180 cm. olmalıdır. Cihazın iç hacminin % 60 - 65’lik kısımı reçine ile dolu olmalıdır. ( Ters yıkamada reçine üzerinde hacminin % 50’si kadar genleşme hacmi bulunmalıdır. ) DİZAYN ESASLARI : 1 - Rejenerasyon periyodunda tutulacak sertlik miktarı hesaplanır. { T. S. M. = Suyun Sertliği * Debi * Rejenerasyon Periyodu. } 2 - Daha sonra üretici firmaların verdiği kapasiteler yardımıyla reçine ihtiyacı hesaplanır. ( 1 m3 reçine 25 - 75 Kg. CaCO3 tutar. Bu değer ortalama 45 - 50 Kg. alınabilir.) 3 - Cihaz iç hacminin % 60-65’lik kısmı reçine olacağından cihaz hacmi bulunur. Birim kesit için yukarıda verilen debi yardımıyla çap ve yükseklik hesaplanır.

TİPİK BİR SU YUMUŞATMA CİHAZININ YAPISI Otomasyon için 3 seçenek vardır. 1- Zaman kontrolü 2- Miktar kontrolü 3- Çıkış Suyu Kalitesinin kontrolü Not : Suyun sertliği dışında hiçbir parametresi değişmez. CİHAZDAKİ İŞLEM ÖZETİ : Na2Z + Ca (Mg) ---> CaZ (MgZ) + 2 Na REJENERASYONDA : CaZ (MgZ) + 2NaCl ---> CaCl2 + Na2Z

YUMUŞATMA CİHAZI İŞLETMECİLİĞİ Cihaz işletmeciliğinde mutlaka geçen su miktarı baz alınmalıdır. Cihazın sertleştiği noktaya gelinmeden mutlaka rejenerasyona karar verilmelidir.

YUMUŞATMA CİHAZI İŞLETMECİLİĞİ (Devam) REJENERASYON: Rejenerasyondan önce bir ters yıkama yapılır. Rejenerasyonda % 10’luk NaCl çözeltisi kullanılır. Çözelti 45-60 dakikada cihazdan geçirilir. Sonra iki aşamada durulama işlemi yapılır. Bu aşamalar ise önce yavaş durulama sonrasında hızlı durulama işlemleridir. Rejenerasyonda beher litre reçine için 150-250 gr. tuz kullanılmalıdır. Kullanılacak tuzun optimum miktarı için yapılan bir çalışma şöyledir.

DEALKALİZASYON İyon değiştirme suretiyle dealkalizasyon işleminin iki yaygın uygulaması vardır. 1- Zayıf asit katyon değiştiricili sistem 2- Hidrojen zeolit/sodyum zeolit sistemi. Suyun sertliğinin dışında alkalinitesi giderilir. Buna bağlı olarak pH ve iletkenlik değerleri de düşer. CİHAZDAKİ İŞLEM ÖZETİ: H2Z + Ca(HCO3)2 veya (NaHCO3) -------> H2CO3 + CaZ veya (Na2Z) REJENERASYONDA: CaZ veya Na2Z + HCl ----------> H2Z + CaCl2 veya NaCl

HİDROJEN ZEOLİT/SODYUM ZEOLİT DEALKALİZASYONU

ZAYIF ASİT KATYON DEĞİŞTİRİCİLİ DEALKALİZASYON

DEMİNERALİZASYON (DEİYONİZASYON) Sudaki tüm iyonların arındırıldığı bir ıslah işlemidir. Katyonlar katyon değiştirici kolonda tutulur, yerine hidrojen katyonu (H+), anyonlar anyon değiştirici kolonda tutulur, yerine hidroksit anyonu (OH-) geçer. (H+) ve (OH-) iyonları da birleşerek H2O yani su molekülü oluştururlar ve böylece sudaki tüm iyonlar sudan uzaklaştırılır ve saf bir su elde edilir. Katyon değiştirici kolon doyduğu zaman asitle, anyon değiştirici kolon ise kostikle rejenere edilir. CİHAZDAKİ İŞLEMİN ÖZETİ: 1-KATYONİK KOLON:{Ca }{2HCO3} {Ca } {2H2CO3} {Mg }{ SO4 }+ 2Z.H ----> 2Z.{Mg }+{ H2SO4 } {2 Na}{ 2 Cl } {2 Na} { 2HCl } { 2 NO3} {2HNO3 }

DEMİNERALİZASYON (Devam) 2-ANYONİK KOLON: { H2SO4 } { SO4 } { 2 HCl } { 2Cl } {2H2SiO3} + 2Z.OH ---------> 2Z.{2HSiO3} + 2H2O {2H2CO3} {2HCO3} {2HNO3 } { 2NO3 } Katyonik kolon asitle, anyonik kolon kostikle (NaOH) rejenere edilir. Otomasyon için çıkış suyu iletkenlik değeri esas alınır.

DEMİNERALİZE SİSTEM ÖRNEKLERİ

REVERSE OSMOSİS (TERS OSMOZ) OSMOZ : Tek hücreli canlıların yarı geçirgen hücre zarlarının (membran) marifetiyle beslenme şekillerine osmoz denir. Bu işlemde hücre zarı dış ortamdaki az yoğun suyu kendiliğinden yoğun stoplazma sıvısının tarafına geçirir. Hücre bu sıvıdan kendine yararlı besinleri alır, fazlasını bir enerji harcayarak hücre zarından dış ortama atar. REVERSE OSMOSİS : Yukarıda anlatılan osmoz işlemi bir güç ya da basınç etkisi kullanılarak suyu saflaştırmada da kullanılmış ve osmoz işleminin tersi uygulandığı için bu işleme ters osmos denilmiştir. Yani bu işlemde yarı geçirgen zar (membran)basıncın etkisiyle çok yoğun suyu (yani saf olmayan suyu) az yoğun su (yani saf su) tarafına geçirir. Membranın özelliği nedeniyle iyonlar diğer tarafa geçemediğinden su safsızlıklarından arındırılmış olur.

REVERSE OSMOSİS PRENSİP ŞEMASI

REVERSE OSMOSİS SİSTEMİ PRENSİBİ

REVERSE OSMOSİS SİSTEM ÖRNEKLERİ