Su Arıtımı Prof. Dr. Mesut BAŞIBÜYÜK Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

Şehir Suyu Yönetiminin Kısa Tarihçesi Geçen yüzyılın ilk yarısında Avrupa kolera salgınını yaşamış, ve bu hastalık Avrupa’ya Asya’dan geldiği için Asya hastalığı olarak adlandırılmıştır. Örneğin 1853 te bu salgın Danimarka’nın başkenti Kopenhag’a ulaştığında nüfusun %7 si iki ay içerisinde ölmüştür. Bakterinin keşfedilmesine kadar, gerçek sebebi kimse bilmiyordu. Pastör, 1880 de bakteriyi keşfetmesinden sonra suda oluşan hastalıkların bulaşma mekanizması kesin olarak anlaşıldı ve buda atık su arıtma teknolojisinin uygulanması üzerine büyük etkide bulundu. John Snow tarafından Londra Soho’da (1853) yapılan epidomolojik araştırma, bulaşma olayının su aracılığıyla (Broad Caddesinde bulunan bir su pompası) olduğu göstermiştir. Aynı tarihlerde ABD’de New Jersey eyaletinde bir yargıç şehir suyunun artık dezenfekte edilmesi kararını verdi. Bu olaylardan sonra ortaya iki ana önemli sonuç çıkmıştır. Bunlar; 1. Suyun dezenfeksiyonu, 2. Suyun basınçlı borular aracılığıyla taşınmasıdır.

21. Yüzyılda Su Kaynaklarının Durumu Günümüzde içme suyu arıtımı faaliyetlerine bakıldığında bazı hususların öne çıktığı görülmektedir. Bu konulardan ilki, günümüzde içme suyu elde edilen kaynakların antropojenik faaliyetlerden dolayı kirlenmenin her geçen gün geçen arttığıdır. Örneğin Rusyanın Dzernisk kenti Ülkenin büyük ağır sanayilerine ev sahipliği yapmakta Dünyanın en fazla kirlenmiş on şehrinden biri olarak kabul edilmektedir. Bu kentte kuyulardan çekilen sularda çok rahatlıkla kimyasalların kokusu hissedilebilmektedir. İnsanlar buna rağmen bir kaynak olarak kuyulardan elde edilen suları kullanmaya devam etmektedir.

21. Yüzyılda İçme Suyu Arıtımı 21. Yüzyılda içme suyu arıtımını şekillendiren dört temel unsur vardır. Bunlar; A) Günümüzde çok ileri gelişmişlik düzeyine ulaşan labarotuvar cihazları artık geçmişte hiç fark edilmeyen veya farkına varılmayan kirleticileri tespit edebilmektedir. B) Ayrıca günümüzde elektronik iletişim imkanlarının da son derece ileri düzeye ulaşması toplumlarda su ve benzeri çevre problemleri hakkında gittikçe artan bir farkındalık oluşturmaya başlamıştır. C) Artan farkındalık paralel olarak da daha yüksek tüketici taleplerini doğurmaya başlamıştır. D) Bunlara ek olarak pek çok alanda kullanılan (özellikle de laboratuarlarda ve bazı sektörlerde) cihazlar son derece ileri su arıtımını zorunlu kılmaktadır. Örneğin bir ICP cihazında kullanılan ultra saf su bile analizler gerçekleştirilirken yeterli saflığı sağlayamamakta ve daha da ileri su saflaştırmayı zorunlu kılmaktadır. Bu noktadan hareketle önümüzdeki yıllar yukarda bahsedilen konuların daha da ileri noktalara taşınacağını göstermektedir.

İçme ve Kullanma Suları Nerelerde Kullanılmaktadır? Şehir içme suyu temini Alkollü içecekler ve meşrubat endüstrisi Endüstrilerin çeşitli proseslerinde kullanılan özel şartlandırılmış sular Soğutma suları Şişelenmiş suları Elektronik endüstrisi İlaç, tıbbi amaçlı, Laboratuar kullanımı gibi örnekler verilebilir.

Su Kaynakları Her su kaynağı kendine göre farklılıklar ve değişik özellikler gösterir. Buna göre aşağıda verilmiş olan farklı su kaynaklarından temin edilen sulara yapılacak arıtmalar birbirinden farklılıklar gösterir. Arıtma yöntemini belirleyen bir diğer unsur ise kullanım amacıdır. Su kaynaklarına; Yüzey Göller, nehirler, rezervuarlar Denizler Yeraltı Kuyular , akiferler zeminden, kireçtaşlarından ve kayalardan sızma gibi örnekler verilebilir.

Hiçbir su kaynağı birbirinin aynısı değildir. Genel yaklaşım Hiçbir su kaynağı birbirinin aynısı değildir. Bazı durumlarda işletmeler için yapılan arıtımda birden fazla su kaynağı birden kullanılır.Kaynaklar hakkında olabildiğince çok şey bilinmelidir. Karakteristikler Kimyasal, fiziksel, mikrobiyolojik Tutarlılık Tarihsel veriler, kaynağın geliştirilmesi için planlar, mevsimsel değişiklik, vb. Su arıtımı bu anlayışlara dayandırılmalıdır.

Sularda iki ana bileşik grupları bulunur Organik Bileşikler Bitki ve hayvan kalıntıları, vs. Dezenfeksiyon yan ürünleri (THM, Haloasetik asit) İnorganik Bileşikler Çözünmüş mineraller Çözünmüş gazlar Ağır metaller (Arsenik???)

Yukarda verilen ana başlıklardaki ihtiyaçların her biri için suyun elde edildiği kaynağın da özelliğine göre farklı su arıtımı ve farklı ihtiyaçlar söz konusudur. Örneğin gazlı içecek üreten meşrubat sanayinde kullanılan suyun kesinlikle alkalinite içermemesi gerekmektedir. Eğer alkalinite içerirse gazlı içeceğin asitliğini nötralize edecek ve ürünün beklenen özelliğini ortadan kaldıracaktır. Bikarbonat en yaygın rastlanan alkalinite türü olup 85 mg/L alkalinite gazlı içeceğin asidinin %25’ini nötralize eder. Bu örnekten hareketle her durumun kendine göre özel koşullarının göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

İçme Suyu Arıtma Tesislerinin Bölümleri Tesislerin işletim koşulları su kaynağına göre farklıklılar göstermekle beraber, konvansiyonel içme suyu arıtma tesisleri tesisleri aşağıdaki bölümlerden oluşur. Bunlar; Havalandırma Havuzu Ön Ozonlama Ünitesi (Ön Klorlama) Hızlı Karıştırma Ünitesi Yavaş Karıştırma Ünitesi Durultucu (Çöktürme) Havuzları Hızlı Kum Filtreleri Klor Temas Tankı Temiz Su Deposu Çamur Üniteleri

Ünitelerin işlevleri İçme suyu arıtma tesislerinde yer alan her bir bölümün konvansiyonel içme suyu arıtımında belli işlevleri vardır. Havalandırma ünitesinde çeşitli koku ve tat veren maddelerin giderilmesi ve ayrıca demir mangan gibi metallerin de oksidasyonu sağlanır. Ön ozonlama veya ön klorlama tesislerde mikrobiyal maddelerin giderimi ve ekipmanlarda bakteriyolojik oluşumun önüne geçme gibi fonksiyonları vardır.

Klor gazı suda çözünerek aşağıdaki bileşikleri oluşturur: Klorlama Klor gazı suda çözünerek aşağıdaki bileşikleri oluşturur: HOCl – Hipokloröz asit OCl- - Hipoklorit anyonu Suya aşağıdaki formlarda ilave edilir gaz (Cl2) (en yaygın) sıvı (yaygın kullanılan ağartıcılar) katı Ca(HOCl)2

Klorlama Sistemde yapılan dezenfeksiyon sonucunda oluşan bazı klorlama yan ürünleri içme sularında ciddi sorundur. Suda bulunan hidrojen sülfür, Fe+2, Mn+2 ve Nitrit klorla reaksiyona girerek klor ihtiyacını arttırır. Ancak en ciddi sorun THM’lerin oluşumudur. Bunların değişik formlarının kanserojen etkilerinin olduğu yönünde ciddi kaygılar vardır. Yukarda değinilen olumsuzluklara rağmen günümüzde halk sağlığı açısından klorlamanın sağladığı yarar çok daha büyüktür.

Ünitelerin İşlevleri Koagülasyon ise suda bulunan kolloidal maddelerin giderimi sağlar. Yaygın kullanılan koagülantlar; Ferrikklorit FeCl3.6H2O Alum (şap) Al2(SO4)3.14 H2O Su kum filtrelerden geçirildikten sonra klorlanarak şebekeye verilir. Bazı su kaynaklarında özellikle bazı barajlarda bulanıklık son derece az veya hiç bulunmayabilir. Bu durumda sadece dezenfeksiyon yeterli olabilmektedir. Şehir içme suyunun asidik yapıda olmasının hem içilmesi ve hem de borularda korozyona neden olmasından dolayı pH’sının 7.5 ila 8 civarında olması istenir. Alkalinitenin fazla olması durumunda asit ilavesi ile karbondioksite dönüştürülerek nötralize edilir. İçme suyu arıtımından çıkan çamur tehlikeli atık olup tüm Avrupa’da 6 milyon ton/yıl civarındadır.

İçme Suyu Arıtma Çamurları Koagülantların kullanımı ham suyun arıtımında bulanıklık ve diğer bazı maddelerin gideriminde standart uygulamalardan biridir. Hidroliz olan metal tuzları ve polimerler arıtılacak olan suya eklenir. Bu işlem belli oranda belli oranda temiz suyun oluşumunu sağlar. Safsızlıkların çoğu çökeltme ünitesinde çöker ve içme suyu çamurunu oluşturur ve bertafı gereklidir. Oluşan bu çamur kullanılan koagülanta göre demir, alum, veya polimerik çamur olarak adlandırılır.Bu çamur içme suyu arıtma tesislerinden çıkan atığın %70’ini oluşturur. Avrupa da endüstriyel atık olarak değerlendirilmekte olup özel bertarafı gerekmektedir.

Yukarda örneği verilen tesisler dünyanın pek çok bölgesinde yaygın olarak kullanılan tesislerdir. Tesislerde kullanılan prosesler küçük farklık göstermekle birlikte genellikle konsept olarak aynıdır. Özellikle suda bulunan kolloidal maddeler ile patojenlerin giderimi esastır. Bunlara ek olarak arıtılmış şehir içme sularına ihtiyaca göre yerinde ek arıtımda yapılabilmektedir.

Yaygın Olarak Kullanılan Diğer Su Arıtım Yöntemleri Yukarda başlıklar halinde verildiği gibi, şehir içme sularının arıtımın dışında pek çok farklı ihtiyaçlar için değişik oranlarda gerçekleştirilen su arıtım faaliyetleri de söz konusudur. Bu amaçla aşağıdaki verilmiş olan yöntemlerin biri veya birkaçı sıkça birlikte kullanılabilmektedir. Bunlar; Konvansiyonel Kireç-Koagülasyon Yöntemi Su Yumuşatma Membran Ultrafiltrasyon Nanofiltrasyon Ters Osmoz Direkt Filtrasyondur. Su arıtımına en çok ihtiyaç duyulan sektörlerin başında içecek sektörü gelir.

Meşrubat Endüstrisi su arıtma faaliyetleri İçecek endüstrisinde üretilen ürünün en büyük bölümünü su oluşturur. Bu nedenle bu işletmelerde proses suyu olarak değerlendirilir. Meşrubat endüstrisinde su, Normal gazlı meşrubatın %90 ‘ını Şekersiz meşrubatın ise %99 ‘unu İçerir. Suda bulunan bileşenler içeceğin kalitesini ve tadını doğrudan etkiler. Ancak kullanılan suların kalitesi de mevsimlere göre farklıklar gösterir. Bu nedenle en önemli konulardan biri üretilen suyun yılın her günü aynı özellikte olmasıdır. Böylece içeceğin tadı daima standart olur. Unutulmamalıdır ki tüketiciler içecekte ki en küçük bir tat değişimini bile algılayabilir. İçilebilir, güvenli ve lezzetli olmalıdır. Su ürünün duyusal, mikrobiyal dayanıklılığı üzerinde direkt olarak etkilidir. Yasal olarak en çok kontrol edilen parametredir.

Suyun tadının bozulmasına neden olan bileşenler Sülfatlar Klorürler Sertlik Nitratlar Demir Klor Mikrobiyal

Meşrubat Proses suyunun genel özellikleri Meşrubat üretimi için kullanılacak proses suyu; Tüm uygulanabilir yerel standart ve düzenlemelere uymalıdır. Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO)’ nın sağlık temelli değerlerini karşılamalıdır. Dayanıklılık , raf ömrü, duyusal özellikler vb. bakımdan ürüne özel tüm gereksinimleri karşılamalıdır. En önemli husus proses suyu hem kimyasal hem de mikrobiyolojik açıdan tamamen içmek için güvenli olmalıdır. Su tasfiye ünitesinde temin edilen suların arıtımında ileri arıtım proseslerinin yanında (Ultra filtrasyon, ters osmos, elektrodiyaliz vb.) kireç- koagülasyon temel ve geleneksel bir prosestir.

Konvansiyonel Arıtım Ham su girişi Kireç Kaymağı Ferrik Sülfat Klor Reaksiyon Bölümü Aktif Karbon Filtre Kum Filtre Üretime Prosesine

Reaksiyonlar Kalsiyum Alkalinitesi Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2  2CaCO3 (çöker) + 2H2O Kireç kaymağı Bikarbonat kalsiyum karbonat Magnezyum Alkalinitesi Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2  CaCO3 (çöker) + MgCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + MgCO3  CaCO3 (çöker) + Mg (OH)2 Sodyum Alkalinitesi Ca(OH)2 + 2NaHCO3  CaCO3 (çöker) + Na2CO3 + 2H2O CaCl2 + Na2CO3  CaCO3 (çöker) + 2NaCl

Konvansiyonel Arıtımda Kullanılan Kimyasallar Kireç Kaymağı Ca(OH)2 Koagülant Ferrik veya Ferroz Sülfat Alum (Aluminyum Sülfat) Klor Kloramin Gaz Kalsiyum Hipoklorit Koagülant Yardımcıları

İyon Değişimi ve Su Yumuşatma İyon değiştiriciler içinde sentetik reçinenin olduğu yapıdan oluşur. Reçineler değiştirilmek istenen katyon veya anyona göre işleme tabi tutulur. Buna göre giderilmek istenen iyon tutularak suya bunun yerine başka iyon verilir. Örnek; Katyonik reçineler Mg++ ve Ca++ tutar, yerine suya Na+ Verir. Kullanılacak tank suyun sertliği ve ihtiyaç duyulan miktara göre boyutlandırılır. İyon değiştirici reçineler belli bir kullanımdan sonra tükenirler ve tekrar rejenere edilmeleri gerekmektedir. Genellikle sertlik gideriminde kullanıldıkları için en yaygın kullanılan rejenerasyon kimyasalı sodyum klorürdür.

Aktif Karbon Filtreler Özellikleri Çok büyük yüzey alanına sahip olması Pek çok farklı kirleticileri başarılı bir şekilde giderebilmesi Sürekli kullanılabilmesi Kullanıldığı durumlar Serbest kloru giderir Tat, koku ve renk gibi unsurlara neden olan organik maddelerin gideriminde (THM’ler) Hem küçük ve hem de endüstriyel boyutta kullanım.

Membran Arıtma Sistemleri Ters Osmoz Tuz Giderimi Partikül ve Mikrobiyal Filtrasyon THM Oluşumuna Neden Olan Maddelerin Giderimi Nanofiltrasyon Bir Miktar Tuz Giderimi Ultrafiltrasyon ve Mikrofiltrasyon

Membran Arıtma Sistemleri Ters osmoz, membran arıtım yöntemleri içerisinde en ileri düzeyde arıtım sağlayan yöntemdir. Yarı geçirgen bir membran üzerine uygulanan basınç sonucunda membranın bir tarafından arıtılmış su çıkarken diğer taraftan yoğun tuz içeren su çıkar. Suda bulunan hemen hemen her şeyin giderilmesi mümkündür.

OSMONICS, Inc.

TEŞEKKÜRLER