Demineralizasyon

Demineralizasyon adından da anlaşılacağı gibi su içerisindeki minerallerin sudan arındırılması işlemidir. Su içerisindeki iyonlar pozitif (+) ve negatif(-) yüklüdür. İyonların bu özelliklerinden yararlanılarak çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Filtrasyon tekniği tek başına demineralizasyon işlmelerinde yeterli olmamakla birlikte ön arıtım olarak vazgeçilmezdir. Yine kuvvetli bir filtrasyon tekniği olan ters osmoz sistemleri de demineralizasyon işlemi için yeterli değildir. Ters osmoz membranlarında iyonlar %90-99 oranında tutulabilmektedir. İstenilen su miktarı az ise ters osmos + mix-bed reçine ekonomik olabilmektedir. Mix-bed reçine karışık yataklı bir reçine olup içerisinde anyon ve katyon tutucu reçineleri barındırmaktadır. Osmoz sisteminden çıkan su karışık yataklı reçineden geçerek içerisindeki tüm mineraller tutulur böylelikle demineralizasyon işlemi gerçekleşmiş olur.

Endüstriyel sistemlerde demineralizasyon işlemi genelde ardı ardına yer alan iki reaktör vasıtasıyla yapılır. Birinci reaktörde katyonik reçine bulunup pozitif yüklü iyonları tutmakta ikinci reaktörde ise anyonik reçine bulunup negatif yüklü iyonları tutmaktadır. Bu sistemlerde projelendirilmesine göre zaman ayarlı, debi ayarlı ya da sistem çıkış suyu iletkenliğine göre rejenerasyona girerek tam otomatik olarak çalışmaktadır. Sistemlerin rejenerasyonu asit ve bazlarla yapılmaktadır. Demineralizasyon işlemi uzmanlık gerektiren bir prosestir.

Aktif Karbon Nedir?

Aktif karbon, sularda; renk, tat, koku giderici olduğu gibi çözülmemiş organik ve organik olmayan kirliliklerinde arıtılmasında kullanılmaktadır. Aktifleştirme işlemi ile yüzey alanı yaklaşık 100 kat arttırılan karbon mineralleri, organik maddeleri absorbe ederek filtre ederler. Yoğunluğu çok düşük olan karbon mineralleri iki çeşittir.

GAC (Granular Activated Carbon) :Granül aktif karbon
PAC (Powdered Activated Carbon) : Toz aktif karbon

Aktif karbon üretilmesinde en yaygın kullanılan hammaddeler; Hindistan cevizi kabuğu, kömür, odun ve petrol artıklarıdır. Aktifleştirmede kullanılan hammaddelerin çoğu, işlenmemiş halde normal olarak 10 - 20 m2 / gram iç yüzey alanına sahiptirler. Aktifleştirme işlemi, karbonun buhar kullanılarak kontrollü bir oksitlenmeye maruz bırakılması ve böylece, iç yüzey alanının yüksek ölçüde gelişmiş duruma ulaşmasıdır. İç yüzey alanının 700-1500 m 2/gram arasında artışı, proses koşullarına ve kullanılan hammaddenin cinsine bağlıdır. İç yüzey alanı değişik çaplardaki deliklerin çok gelişmiş bir şebekesi ile meydana gelir. Tüm aktif karbonlar yapılarında; mikro, meso ve makro deliklerin karışımlarını bulundururlar.

Kimyasal reaksiyon:

Sudaki klorun denge durumu, suyun pH derecesine bağlıdır ve aşağıdaki şekilde değişir.
PH 3'den az : hipoklorür asiti (HOCl) ve önemli miktarda klor (Cl 2)mevcuttur.
PH 4-7 arası :hipoklorür asidi (HOCl) daha fazladır ve suda serbest halde bulunan klor,
yüksek PH değerinin azalmasına yol açar. PH 7'den fazla : serbest hipoklorit iyonları; (OCl) gittikçe artar. klordan arındırma yarı değeri; aktif karbonun kloru arındırma yeteneği, sıklıkla klordan arındırma yarı değer testi (alman standardı DIN 19603) ile nitelendirilir. Bu test, verilen bir debi değerine karşılık , klor konsantrasyonunu yarıya düşürmek için karbonun sahip olması gereken yatak derinliğini belirler.

Karbon Filtre Sistemleri;

Karbon filtrelerin dizaynında dikkat edilmesi gereken hususlar;

1- Filtre işleminde kullanılan aktif karbon mineralinin fiziksel ve kimyasal özellikleri,
2- Suyun aktif karbon ile olan temas süresi (mineral miktarı),
3- Mineral tankının çapı (Suyun geçiş hızı),
4- Otomasyon valfi yapısı (Tesisat çapı, geri yıkama debisi)
Sistemi oluştururken; kullanılması gereken otomasyon, mineral, mineral tanklarının boyutları gibi noktalara dikkat edilmeli ve sistem bu dizayn parametrelerine göre hesaplanmalıdır.

Bu sistemler de; tekli, dublex ve triplex olmak üzere üçe ayrılır, aşağıda bu cihazlara ait teknik özellikleri görebilirsiniz. Sistemlerde hamsudaki serbest klor ve toplam organik madde konsantrasyonu, saatlik ve günlük debiler çok önemlidir. Sistem ihtiyaca göre dizayn edilirken hangi sistemin daha ekonomik olduğu kontrol edilmelidir.

Aktif karbon filtrelerde de diğer sistemlerde olduğu gibi PE gövdeli tanklar yada epoksi kaplı çelik tanklar kullanılmaktadır. Sistemlerde değişen tek nokta ise otomasyon sistemlerinin çalışma prensipleridir. Zaman kontrollü, hacim kontrollü, elektronik panel kontrollü (mikroprosesör), pnömatik yada manuel olabilen bu sistemler her iki tank modelinde de kullanılabilmektedir.

Karbon Filtre Sistemleri Teknik Özellikleri:

Tekli Sistemler ; Bir otomasyon valfi ve bir gövdeden oluşan bu sistemler; su kullanımının günlük debi olarak az olduğu noktalarda tercih edilir. Dublex Sistemler ; Sistem bir otomasyon valfi ve iki gövdeden oluşmaktadır. Daha yüksek debi ihtiyaçlarında ise, sistem iki otomasyon valfi, iki gövdeden oluşur. Bir cihaz serviste klorsuzsu verirken diğer cihaz geri yıkama (rejenerasyon) yapmaktadır. Genel olarak saatlik pik debin yüksek olduğu yerlerde tercih edilir. Sudaki klor ve organik madde miktarı yüksek olduğunda da mineral miktarını sağlamak için dublex sistem tercih edilebilir. Triplex Sistemler ; Üç otomasyon valfi ve üç gövdeden oluşan bu sistemlerde; iki cihaz serviste iken bir cihaz geri yıkama yapmaktadır. Karbon filtrelerde çok nadiren kullanılan bu sistemler suda bulanıklığın da bulunduğu durumlarda kum filtre kullanılmıyor ise trecih edilir. Daha sık geri yıkama yapıldığı için sistem karbon adsorbsuyonu düşmektedir.

Su arıtma yöntemleri

Su arıtma yöntemlerini iki farklı grup için sınıflandırmak gerekir. Bunlardan birincisi içme suyu arıtma ikincisi ise atıksu arıtmadır.

İçme suyu arıtma yöntemleri barajlardan, göllerden, akarsular gibi yüzeysel sulardan elde edilen suları arıtma ile yeraltı sularından elde edilen suları arıtma olarak sınıflandırabiliriz. Her iki durumda da su arıtma işlemine başlanmadan önce suların detaylı bir analizinin yapılması ve bu analiz sonuçlarına göre ekonomik bir su arıtma sisteminin tasarlanması yoluna gidilmelidir. Belli başlı içme suyu arıtma yöntemlerini şöyle gruplandırabiliriz.

1. Filtrasyon

a.Mikrofiltrasyon: Mikrofiltrasyon yönteminde su moleküleri içerisindeki yabancı partiküller mikron dediğimiz milimetrenin binde biri büyüklüğüne kadar olabilen partikülleri sudan ayrıştırma işlemidir. Bu filtrasyon hızlı, yavaş, basınçlı kum filtreleri ile gerçekleştirildiği gibi hammaddesi elyaf ya da iplik olan kartuş tipindeki filtrelerle de gerçekleştirilmektedir. Kartuş filtreler 80 mikron 25 mikron, 10 mikron, 5 mikron ve 1 mikron gibi süzme kapasitesine sahip olabilmektedir.

b.Ultrafiltrasyon: Tanecik boyutu 0,02 mikron seviyesine kadar olan partiküller bu filtrasyon tekniği ile tutulabilmektedir. Bu maddeler arasında bakteri ve virüsleri de saymamız mümkündür. Uygun maliyeti sebebiyle büyük ölçekte endüstriyel  ve şehir şebekeleri için yaygın bir şekilde kullanım alanı bulmuştur. 

c.Nanofiltrasyon: 1 milimetrenin milyonda bir boyutu olarak nanometre ifade edilmektedir. Nanofiltrasyon tekniği ile sudaki birçok zararlı madde tutulabilmektedir. Minerallerin çoğunluğu iyon şeklindeki yapılarından nanofiltrelerden geçebilmektedir. Bu kadar küçük gözeneklere sahip membranlar özel teknikle üretilmektedir. Rakibi olan reverse osmosis sistemlere karşı daha düşük basınçlarda çalışabilme ve gözenek yapısının büyüklüğünden dolayı daha geç sürede tıkanma avantajlarına sahiptir. Nanofiltrasyon yönteminde oluşan atıksu da reverse osmosis sitemlere kıyasla oldukça düşüktür. Ancak bu filtrasyon yöntemi denizsuyu arıtımında ve TDS değeri yüksek olan sularda uygulanabilir değildir.

d.Reverse osmosis(RO): Türkçe ters osmoz olarak adlandırılan bu filtrasyon tekniği ile sudaki bütün yabancı maddeler ayrıştırılabilmektedir. Bu teknoloji membranlarında sadece su moleküllerinin geçebileceği büyüklükte delikler bulunmaktadır. 1 milimetrenin 10 milyonda biri büyüklüğüne angstrom adı verilmektedir. Membran gözenekleri 5 angstrom büyüklüğüne sahiptir. Yüksek basınç altında su molekülleri osmoz istikametinin tersine hareket ederek yabancı maddelerinden arınır.

2.İyon değiştirme:

a.Su yumuşatma: Sudaki +2 değerlikli iyonlar suda çözünerek sertlik problemini oluşturur. Reçine sudaki +2 değerlikli iyonları yakalama kapasitesine sahiptir. Yalnız reçinenin doygunluğa ulaştıktan sonra yakaladığı bu iyonları geri bıraktırarak atıksu ile sistemden uzaklaştırması istenir. Böylelikle sistemde sürekli bir kalsiyum, magnezyum gibi +2 değerlikli iyonların yakalanma işlemi devam edebilecektir. Doygunluğa ulaştıktan sonra bu iyonları bırakma işi iyonların yer değiştirme prensibi ile gerçekleştirilir. Tuzda ki sodyum iyonları reçinedeki +2 değerlikli iyonlar ile yer değiştirirek reçinenin tekrar +2 değerlikli iyonları tutma yeteneği gelişir. Bu işleme rejenerasyon denilmektedir. Reçinenin kapasitesi hesaplanarak uygun su arıtma cihazı seçimi ile su yumuşatma işlemi gerçekleştirilir.

b.Demineralizasyon: Anyon ve katyon tutucu reçineler sırasıyla işleme tabi tutulup sudaki tüm iyonların bu reçineler vasıtası ile tutulması sağlanır. Burada rejenerasyon işlemi asit ve baz ile yapılmaktadır. Endüstriyel olarak uygulama sahası geniştir. Saf su istenilen proseslerde kullanılmaktadır.

c.Mix-bed demineralizasyon: Karışık yataklı reçine olarak adlandırılan mix-bed reçine aynı anda hem anyonları hem katyonları tutma kapasitesine sahiptir. Rejenerasyon işlemi genelde yapılmamaktadır, kullan-at şeklinde kullanımı yaygındır.

3.Aktif karbon: Sudaki tat, koku, organik bileşikler, klor bazı ağır metallerin gideriminde kullanılır. Aktif karbon zerreceikler çok büyük yüzey alanlarına sahiptir ve bu aktif karbona mükemmel bir absorblama kapasitesi sağlamıştır. Sistemin rejenerasyonu yoktur, ters yıkama işlemi aktif karbon zerreciklerini hareket ettirmek için yapılmaktadır. Aktif karbon kömür ve hindistan cevizi kabuğu (coconut) bazlı olarak üretilmektedir. Coconut aktif karbonların içme suyu arıtımında kullanımı yaygındır.

4.Demir-mangan filtreleri: Sudaki demir ve mangan ön arıtım proseslerine zarar verebilmektedir. Bu bakımdan giderilmesi gerekir. Birm denilen bir mineralin demir mangan tutma özelliği keşfedilmiştir. Demir mangan klorla reaksiyona sokularak birm adlı mineralin tutabileceği kıvama getirilmektedir. 

Su Yumuşatma Sistemleri

Su yumuşatma cihazları ham suda bulunan kalsiyum ve magnezyumu sudan uzaklaştırır. sonuçta bu işlemi yapan mineral tankında bulunan katyonik reçinedir. Basit iyon değişim prensibi ile çalışan bu reçineler, sularda bulunan Ca ve Mg iyonlarını yakalar ve bunların yerine reçine yapısındaki Na iyonlarını bırakır. Reçinenin doyması dediğimiz; Na iyonlarının tükenmesi durumunda ise sistem tuzlu su ile rejenere edilerek tekrar servise alınır. Su yumuşatma sistemleri aynı zamanda 1 mg/L ‘den fazla demir ve manganezi de yakalar. Fe ve Mn ‘ın 1 mg/L ‘den fazla olduğu sularda, yumuşatıcı ünitenin sağlıklı çalışabilmesi için ön arıtım yapılması gerekmektedir.

Sert sudan kaynaklanan problemler ;

Sert su, daha fazla endüstride sorunlara yol açar. En büyük sorun ise kazanlarda kireç tabakaları oluşturarak, ısı kayıplarına neden olmasıdır. Başka bir sorunda sert suların proseste (ürünlerde) kullanılmasıdır. Sudaki kireç oranı, ürünün kalitesini bozmakta yada istenen kaliteye ulaşmak için daha fazla kimyasal harcanmasına neden olmaktadır. Evsel kullanımlarda ise; sert su ile yıkanan giysiler, zamanla, solar ve sertleşir. Sabun köpürmez. Ev aletleri de sert sudan etkilenirler. Isıtıldıklarında kalsiyum karbonat ve magnezyum karbonat sudan ayrılır ve ısıtıcılar içinde birikirler. Zamanla cihaz, aynı ısıya ulaşabilmek için daha çok enerji harcar ve ömrü kısalır. Aynı zamanda sert su kullanılan malzemeleri aşındırır ve tıkar.Yumuşatma sistemi dizaynında dikkat edilmesi gereken hususlar;

Kullanılacak olan mineralin adsorbe katsayısı ve buna bağlı olarak gerekli mineral miktarı,
Mineral tankının büyüklüğü,
Otomasyon sistemi (Tekli sistem, dublex sistem, triplex sistem, zaman kontrollü vb.)

Günümüzde en çok kullanılan su yumuşatma yöntemi; kuvvetli katyonik reçinelerle yapılır. Rejenerasyonu Na (sodyum) iyonu ile yapılan bu sistemde ham suyun reçine yatağından geçişinde Ca (Kalsiyum) ve Mg (Magnezyum) iyonları Na iyonları ile yer değiştirir. Genel Rejenerasyonda 100 gr NaCl /lt. reçine kullanıldığında 1 ppm CaCO3 sertlik kaçağı olur. 200 gr NaCl /lt. reçine kullanıldığında 0,5 ppm CaCO3 sertlik kaçağı olur. 250 gr NaCl /lt. reçine kullanıldığında 0,35 ppm CaCO3 sertlik kaçağı olur. Bu sistemler de; tekli, dublex ve triplex olmak üzere üçe ayrılır, aşağıda bu cihazlara ait teknik özellikleri görebilirsiniz. Sistemlerde hamsu sertliği, saatlik ve günlük debiler çok önemlidir. Sistem ihtiyaca göre dizayn edilirken hangi sistemin daha ekonomik olduğu kontrol edilmelidir.

Su yumuşatma sistemlerinde de diğer sistemlerde olduğu gibi PE gövdeli tanklar yada epoksi kaplı çelik tanklar kullanılmaktadır. Sistemlerde değişen tek nokta ise otomasyon sistemlerinin çalışma prensipleridir. Zaman kontrollü, hacim kontrollü, elektronik panel kontrollü (mikroprosesör), pnömatik yada manuel olabilen bu sistemler her iki tank modelinde de kullanılabilmektedir.

Su Yumuşatma Sistemleri Teknik Özellikleri:

 

Tekli Sistemler ; Bir otomasyon valfi ve bir gövdeden oluşan bu sistemde birde tuz tankı bulunmaktadır. Genel olarak sertliği 30 Fr değerinin altında olan sularda yada su kullanımın az olduğu noktalarda tercih edilir. Dublex Sistemler ; Bir otomasyon valfi ve iki gövdeden oluşan bu sistemde birde tuz tankı bulunmaktadır. Daha yüksek debi ihtiyaçlarında ise, sistem iki otomasyon valfi, iki gövdeden oluşur ve iki tuz tankı bulunur. Bir cihaz serviste yumuşak su verirken diğer cihaz geri yıkama (rejenerasyon) yapmaktadır. Genel olarak sertliği 30 Fr değerinin üzerinde olan sularda yada saatlik tüketimin yüksek olduğu sularda tercih edilir. Triplex Sistemler ; Üç otomasyon valfi ve üç gövdeden oluşan bu sistemlerde; iki cihaz serviste iken bir cihaz geri yıkama yapmaktadır. Sertliğin ve debinin çok yüksek olduğu noktalarda yada saatlik debinin iki dublex sistemle karşılandığında ekonomik olmadığı noktalarda tercih edilir.