Kum Filtreleri

Kum filtrelerinin ana maddesi quartzantrasit gibi maddelerden oluşur. Tüm sularda en belirgin kirlenme parametresi olan bulanıklık; suda askıda katı madde, organik madde, silis, tortu vb olduğunu göstermektedir. Bu kirleticiler arasında belirgin bir çapa sahip olanlar fiziksel tortu filtrasyon üniteleri ile arıtırız. Sularda bulunan bir çok kirletici ise, doğrudan filtrasyon ile sudan uzaklaştırılamaz. Bu kirleticiler genellikle okside edilerek, yada bazı kimyasallarla yumaklaştırılarak filtrelere alınırlar. Danecik çapları büyüyen kirleticiler böylelikle daha kolay ve yüksek bir verimde arıtılmış olurlar. Tortu filtreleri de tüm teknolojik ekipmanlar gibi tamamen doğadan esinlenerek bulunmuş ve geliştirilmiştir. Toprakta değişik katmanlarda süzülerek yeraltına ulaşan suların bulanıklık ve tortu içeriği yönünden yüzey sularına göre daha temiz olduğu görülmüş ve sular toprak katmanlarında filtre edilmeye başlanmıştır. Bu teknoloji bugün kullandığımız tortu filtrelerinde 5 –6 katmanlı kum filtrelere, antrasit yada quartz minerali kullanımına gelmiştir.

Kum filtreleri iki ana kolda incelenebilir.
1- Açık Kum Filtreleri
a- Hızlı Kum Filtreler
b- Yavaş Kum Filtreler
2- Basınçlı Kum Filtreleri

Açık kum filtrelerinde; yavaş kum filtreleri dizaynı için geçiş hızı 0,4 m/saat iken, hızlı filtrelerde bu hız 5 m/saat ile 10 m/saat arasında değişmektedir. Basınçlı kum filtrelerinde ise bu hız 20 m/saat e kadar kabul edilmektedir (sudaki kirlilik yüküne bağlı olarak) ...Water Supply And Sewerage(pgs. 203-205) Günümüzde ise basınçlı kum filtreleri daha fazla tercih edilmektedir. Bunun başlıca nedeni ise basınçlı kum filtrelerinde gerekli olan yüzey alanının daha düşük olması ve sistem kontrolünün daha kolay olmasıdır. Tam otomatik tortu filtresi dizayn ederken, en önemli noktalar aşağıda belirtilmiştir.

Su kirliliği (gerekli ise ön arıtma kullanılması)
Geçiş hızı (saatlik debi / mineral tankı kesit alanı)
Yatak kabarma yüksekliği (geri yıkamadaki gerekli su debisi ve basıncı)
Saatlik pik debi (otomasyon dizaynı için)

Tortu filtreleri de diğer tüm arıtma sistemlerinde olduğu gibi otomatik olarak çalışmaktadır. Bu filtrelerin otomasyonunu ise farklı yollar ve ekipmanlarla sağlayabiliriz. Ülkemizde bu sistemler için en çok kullanılan otomasyon yöntemi; Fleck, Sieta, Autotrol vb otomasyon valfleridir. Ancak, özellikle saatlik debiler yükseldiğinde pnömatik sistemler alternatif oluşturmaktadır. Sistemler için kullanılan mineral tankların yapısı ise; karbon çelik, paslanmaz çelik, polyglass, FRP, kompozit, vb olmaktadır.

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.

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. 

Kartuş Filtreler

Su arıtma cihazlarında kullanılan kartuş filtreler değişik amaçlara yönelik ve değişik ebatlarda olabilmektedir.

Çeşitli boy ve ebatlarda kartuş filtreler ve filtre kapları

Ebatlarına göre kartuş filtreler standart olarak 10inch, 20inch, 30inch, 40inch şeklinde sınıflandırılır. İşlevlerine göre sediment tutucu iplik ya da spun kartuş filtreler, organik bileşik, klor, ağır metal tutucu gibi granül aktif karbon ya da blok aktif karbon filtreler, sertlik giderici reçine filtreler, boş shell kap olarak adlandırılan kartuş filtre kaplarına birtakım minerallarin ilavesiyle spesifik olarak tasarlanan özel amaçlı demir mangan gideren filtreler, arsenik gideren filtreler olarak sıralanabilir. Kartuş filtreler ev tipi cihazlarda kullanıldığı gibi endüstriyel cihazlarda da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İhtiyaca uygun suyun üretilmesi maksadıyla ön arıtıcı olarak kullanılmaktadırlar. Kartuş filtrelerin en fazla kullanıldığı alan sediment tutucu olaraktır. Genelde sediment tutucu olarak endüstriyel uygulamalarda iplik sargılı kartuş filtreler, evsel tip uygulamalarda ise elyaf (spun) filtreler kullanılmaktadır. Bu filtrelerin süzme kapasiteleri 1 Mikron, 5 Mikron, 10 Mikron, 25 Mikron olarak değişmektedir. Yeraltı, kuyu suları oldukça fazla miktarda kum, çakıl, silis, kil gibi iri partiküller içerebilmektedir. Şebeke sularında borularla birlikte taşınan iri partiküller olabildiği gibi özellikle su kesilmelerinde boruların içinde çökelen iri partüküllerin suyun açılmasıyla kuvvetli tazzikle evlere kadar taşındığı çok görülmüştür. Bu gibi durumlarda kullanılacak kartuş filtreler hem cihaz hem insan sağlığı açısından çok faydalı olacaktır. Beyaz olan filtrelerin renginin kısa bir süre içerisinde koyu kahverengi renge dönüşmesi bir çok müşterimiz tarafından hayretle karşılanmış, daha önce banyo yaptıkları yemeklerinde kullandıkları suyun bu kadar kirlilik içerebileceğine inanamadıklarını dile getirmişlerdir. Evsel tipte en çok 10 inch boyutundaki kartuş filtreler kullanılmaktadır. Suyu süzme kapasitelerine göre de en çok 5 mikron filtreler kullanılmaktadır.

Akvaryumlar için geliştirilmiş reverse osmosis cihazıReverse osmosis sistemlerden önce ön arıtım olarak kullanılan kartuş filtrelerin en yaygın kullanım şekli 10 inch 5 mikron spun sediment filtre, 10 inch granül aktif karbon, 10 inch 5 Mikron blok aktif karbon şeklindedir. Bu tip kartuş filtreler bir filtre kabına ihtiyaç duyar ve kapasitesi dolduğu zaman yenisi ile değiştirilmesi gerekir. Yıkanabilir 10 inch plastik ve çelik olmak üzere 80-100Mikron mertebesinde süzüm yapabilen yıkanabilir kartuşlar da mevcuttur. Bunlar genellikle şebeke sistemlerinin girişinde kullanılır, eğer suda çok fazla iri partiküller mevcut ise yıkanabilir kartuş filtrenin kullanımı diğer filtrasyon sisteminin ömrünü uzatacağından ekonomi sağlamaktadır. Kartuş filtrelerin boyutu 10 inch olup genişlikleri 2,5inchdir. Daha kalın 4inch filtreler big blue filtre olarak adlandırılıp yaygın olarak 10 inch ve 20 inch boyutlarında kullanılmaktadır. Yine bu sistemler evlerde tesisat girişinde kullanılabilmektedir, ebatları büyük olduğu için daha fazla kirlilik tutma kapasitesine sahiptir. Endüstriyel alanda da kullanılan bu sistemlerin bir diğer alternatifi endüstriyel sistemler içerinde yer alan çoklu kartuş filtreleridir. Bu tip filtreler bir hazne içerisinde birden fazla kartuş filtrenin kombinasyonundan oluşturulmaktadır. Çok yüksek kapasitelerde dahi bu filtreler rahatlıkla kullanılabilmektedir. Bu tip sistemler ihtiyaç duyulan debiye ve suyun kirlilik durumuna göre tasarlanmaktadır. Kartuş filtreler ile yüksek kalitede filtrasyon gerçekleştirilebilmektedir.

Evsel tipte RO cihazlarından sonra kullanılan kullan at tipinde filtre kabına ihtiyaç duymayan kartuş filtreler de vardır, bunlara in-line kartuş filtreler denilmektedir. Bu tip filtreler genellikle son aşama olarak suyu tatlandırıcı görev üstlenirler. Hindistan cevizi kabuğu (coconut) hammaddeli aktif karbon in-line kartuş sudaki olumsuz tadı yok ederek suyu tatlandırır ve içimi hoş lezzetli bir hale getirir. Alkali filtreler suya kalsiyum, magnezyum, potasyum, sodyum gibi +2 değerlikli iyonların takviyesini yaparak suyun PH seviyesini yükseltir ve suyu alkali yapar. Antioksidan filtreler detoks(detox) olarak da adlandırılır suya bol miktarda negatif elektron ve uzak dalga boylu kızılötesi ışınlar (far infrared) yayarak suyu aktive eder ve suyun negatif ORP potansiyelini artırır. Böylece bu filtreden geçmiş suyu içnelerin bağışıklık sistemi günden güne güçlenerek hastalıklara karşı direnç kazanır. Infrared filtreler sadece uzak dalga boylu kızılötesi ışın yayarlar ve suyu aktive ederler. Mix-bed reçine diğer adıyla silikat reçinesi distile su elde etmek için kullanılır. Bu filtreden geçen suyun içerisindeki tüm anyon ve katyonlar tutularak neredeyse %100 saflık derecesine ulaşılır. Mikrosiemens cinsinden su değerleri ölçüldüğü vakit 0'a yakın sonuç verir. Bütün bu filtreler in-line tipi kartuş filtreler olup kullanım ömrü bittiği zaman atılarak yenisi ile değiştirilmektedir.