su arıtımında tesis tasarımı

29

DEMİR ve MANGAN GİDERİMİ

Demir ve mangan doğada iki şekilde bulunur. Demir +3, mangan ise +4 değerlikli olarak

çözünmeyen formdayken, hem demir hem mangan +2 değerlikli iken çözünen formdadırlar.

+2 değerlikli formlar genellikle yer altı sularında bulunur. Oksijenin bulunduğu ortamlarda okside

olarak çözünmeyen forma dönerler.

Demir ve manganın yüksek konsantrasyonları,

içme sularında şu sorunlara sebep olur:

■Renk ve bulanıklığa sebep olur.

■Su, kullanım suyu olarak kullanıldığında çamaşır

ve porselen malzemelerde iz bırakır.

■Su borularında birikime sebep olur.

■Borularda demir bakteri üremesi olur ve sonuçta tıkanmaya sebep olur.

■Suda koku ve tada sebep olurlar.

+2 değerlikli demir ve mangan çözünmüş formda, +3 değerlikli demir ve +4 değerlikli mangan

çözünmeyen formdadır. Dolayısıyla sorun +2 değerlikli demir ve mangandan kaynaklanmaktadır.

Bu formda olan demir ve manganın okside edilerek çözünmeyen forma dönüştürülmesi ve

çöktürülmesi gereklidir.

Oksidasyon hızı, pH, alkalinite, organik madde muhtevası ve okside edici madde olup olmamasına

bağlıdır.

Çeşitli demir ve mangan giderim yöntemleri

aşağıda sıralanmıştır.

■Havalandırma + Bekletme + Filtrasyon

■Havalandırma + Kimyasal oksidasyon + Bekletme

+ Filtrasyon

■Havalandırma + Yumaklaştırma + Çöktürme + Filtrasyon

■Havalandırma+Yeraltına besleme+Kuyudan çekme

■İyon değiştirme

Suda sadece demir mevcutsa basit bir havalandırma ve filtrasyonla giderim sağlanabilir. Demirin

oksijenle oksidasyonu şu şekildedir:

4 Fe+2 + 0 2 + 1 0 H 2 O ↔ 4 F e ( O H ) 3 ↓+8H+

Buradan 1 mg/L demirin oksidasyonu için 0,14 mg/L oksijenin gerektiği bulunabilir.

30

Demirin oksidasyonu pH'a bağlıdır. Hidrojen iyonu konsantrasyonu azaldıkça yani pH arttıkça

reaksiyon sağa kayar. Yani yüksek pH değerlerinde demirin oksidasyon hızı yüksektir.

Demirin oksidasyonu temas süresi ile de doğru orantılıdır. Temas süresi arttıkça oksitlenen demir

miktarı da artacaktır.

Daha yüksek pH'larda daha düşük temas süreleri uygulanabilir.

pH'ın kireç, soda veya NaOH ilavesi ile artması sağlanarak oksidasyon hızı arttırılabilir.

Okside olan demir Fe(OH)3 formuna döner ve çöktürülerek ya da filtrede tutularak sudan giderilir.

Filtrasyonda oksidasyon hızı daha yüksek olarak gerçekleşir. Bunun sebebi oluşan Fe(OH)3'in

demirin oksidasyonunda katalitik bir etki göstermesidir.

Buradan 1 mg/L manganın oksitlenmesi için 0,29 mg/L oksijenin gerektiği görülebilir.

Manganın oksijenle oksidasyon denklemi aşağıdaki gibidir:

6Mn+2 +02+ 6H 2 0 ↔2Mn304 +12H+

2 Mn3O4 + 2O2 ↔ 6MnO

6 Mn+2 + 302 + 6H 2 0↔ 6Mn02 ↓ +12H+

Buradan 1 mg/L manganın oksitlenmesi için 0,29 mg/L oksijenin gerektiği görülebilir.

Manganın oksidasyonu da pH'a bağlıdır. pH,

8,6'dan küçükken havuzlarda, 7'den küçük iken ise filtrelerde oksidasyon hızı sıfıra yakındır.

Aynı şekilde manganın oksidasyon hızı da

filtrelerde daha büyüktür. Bunun sebebi ara ürün olan MmCVin katalitik etkisidir.

Oksijenin yanı sıra, klor, klordioksit, ozon ve potasyum permanganat gibi diğer oksitleyiciler de

demir ve mangan gideriminde kullanılabilir.

Klor, demir ve manganı oksitler ancak mangan organik maddelerle bağlı ise tesiri olmaz.

Klordioksit de klor gibi pH'a bağlı olarak demir ve manganı oksitler.

Potasyum permanganat da demir ve manganı oksitleyen çok kuvvetli bir oksidanttır.

Potasyum permanganat da demir ve manganı

oksitleyen çok kuvvetli bir oksidanttır. pH 7'den büyük iken çok kısa temas sürelerinde dahi demir

ve manganın tamamı oksitlenebilir.

Ozon demire göre oksidasyonu daha zor olan

manganın oksitlenmesinde oldukça etkilidir. Ayrıca ozonla oksidasyonda pH çok önemli bir

parametre değildir. Düşük pH'larda dahi demir ve mangan ozonla oksitlenebilir.

Yumaklaştırma işleminden önce demir ve mangan oksitlenirse, oluş an +3 değerlikli demir ve +4

değerlikli mangan yumaklaştırmaya yardımcı olarak yumaklaştırma verimini arttırırlar.

Ayrıca çöktürme havuzunda çökelen demirhidroksit çamurunun havalandırma havuzunun baş

kısmına devredilmesi oksidasyon verimini artırabilir.

31

Demir ve mangan gideriminde kullanılan bir diğer yöntem, +2 değerlikli demir ihtiva etmeyen

suların yer altı sularına beslenmesi, ve daha sonra yer altı suyunun kuyularla çekilmesidir. Burada

temel felsefe oksijene doygun olan suyun yer altı suyundaki +2 değerlikli demiri okside etmesini

sağlamaktır.

Ancak bu noktada oluşan demirhidroksitin kuyu filtrelerini tıkama ihtimali de mevcuttur.

Örneğin 2 mg/L +2 değerli demir ihtiva eden yer altı suyuna 10 mg/L çözünmüş oksijen

konsantrasyonu olan suyun enjekte edildiğini düşünelim. 2 mg/L demirin oksidasyonu için

2*0,14=0,28 mg/L oksijen gerektiği de bilindiğine göre 1 L besleme suyunun 10/0,28=40L yeraltı

suyunun +2 değerlikli demiri oksitlenmiş olur. Yani verilen suyun alınan suya oranı 1/40 olur.

32

KOKU VE TAT KONTROLÜ

Özellikle organik maddelerin varlığı yüzünden ortaya çıkan ve kullanıcılar tarafından hissedilen bir

parametredir.

Koku ve tat olarak sularda genellikle beraberce bulunur.

Tat ve koku giderilirken koku ölçümü olan Threshold koku seviyesi esas alınır.

o Evsel atıksuların su kaynağına karışması o Su kaynağındaki canlı organizmaların ölümü o sonrası oluşan organik maddelerin çürümesi o Klor ve fenollü klor bileşikleri o Hidrojen sülfür ve metan gibi çözünmüş gazlar o Tarım ilaçlarının su kaynağına karışması

Genellikle su kaynaklarında koku ve tat, alglerden, ikinci olarak da bitkilerin çürüyüp ayrışmasından

kaynaklanır. Anaerobik ayrışma neticesinde oluşan H2S ve CH4’e çözünmüş oksijenin mevcut

olduğu nehir sularında rastlanmaz. Bu gazlar genellikle göl ve hazne dibinde oluşan anaerobik

ortamda bitkilerin ayrışması ile oluşur.

Koku ve tat kontrolü ikiye ayrılabilir:

o Su kaynaklarının korunması o Arıtma tesisinde koku ve tat giderilmesi

Su kaynaklarının korunması da üçe ayrılabilir.

o Kirlenmeyi kaynağında önlemek o Kirliliği su kaynağına girmeden gidermek o Su kaynağında alınacak tedbirler

Kirlenmeyi kaynağında önlemek aşağıdaki

şekillerde olabilir:

o Evsel atıksuların su kaynağına girişinin önlenmesi o Evsel atıksu, su kaynağına girmesi zorunluysa atıksuda azot ve fosfor giderilmesi o Sanayi atıksularının arıtılması o Tarım ilaçlarının su kaynağına ulaşmasını önlenmesi

Su kaynağında alınabilecek önlemler şu

şekilde sıralanabilir:

33

o Su kaynağında alg gelişimini önlemek (bu amaçla çeşitli kimyevi maddeler kullanılabilir, ancak göldeki canlı hayatı dikkate alınmalıdır).

o Göl ve rezervuarda su altında kalan bitkilerin temizlenmesi

Arıtma tesisinde koku ve tat giderilmesi için

uygulanılan yöntemler şunlardır.

o Havalandırma o Kimyasal oksidasyon o Dezenfeksiyon o Adsorbsiyon

Havalandırma:

Havalandırma ile uçucu organikler ve metan ile H2S gibi çözünmüş gazlar giderilebilir.

Koku ve tada sebep olan uçucu organik maddeler ise ucuz bir yöntem olan havalandırma ile bu

sorun giderilebilir.

Dezenfeksiyon:

Klor, klordioksit, ozon ve permanganat gibi çeşitli dezenfektanlar, koku ve tat gideriminde

kullanılabilir. Suda fenol bileşikleri mevcut olduğunda ilave edilen klor fenollerle birleşerek

istenmeyen koku ve tada sebep olan klorofenolleri meydana getirir.

Suda fenol bileşikleri mevcutsa, başka dezenfektan kullanılmalıdır. Suya klorla birlikte amonyak

ilave edilerek kloramin oluşturularak da

dezenfeksiyon yapılabilir.Klor dioksit klora göre hem daha kararlıdır,

hem de fenollerle, klorofenol bileşikleri oluşturmaz. Ayrıca klordioksit demir ve mangan gideriminde

de kullanılabilir.

Ozon koku ve tat kontrolünde kullanılabilen bir diğer dezenfektandır. Klorofenol oluşumuna sebep

olmaz. Ayrıca ozon renk giderilmesi, demir ve mangan oksidasyonu maksatlarıyla da kullanılabilir.

Koku ve tat gideriminde çok kuvvetli bir oksidant olan potasyum permanganat (KMnO4) da

kullanılabilir.

İçme suyu arıtma tesislerinde aktif karbon adsorbsiyonu iki şekilde uygulanır:

o Toz şeklindeki aktif karbon ile adsorbsiyon o Aktif karbon filtresi ile adsorbsiyon

34

Her iki yöntemde de asıl olan kirleticilerin aktif karbonun yüzeyinde tutulmalarıdır.

Aktif karbonla adsorbsiyona etki eden parametreler şu şekilde sıralanabilir:

o Yüzey alanı o Gözenek büyüklüğü o Tutulacak maddenin cinsi o Sıcaklık o pH

Aktif karbon adsorbsiyonunda uygulanan aktif karbon miktarı ile tutulan madde miktarı arasında bir

denge söz konusudur. Bu denge çeşitli izotermler ile ifade edilebilir. Sık kullanılan izotermler:

o Langmuir o Freundlich o BET izotermleridir.

Freundlich izotermi denklemi şu şekildedir:

x/m = k*c1/n

Burada;

x : tutulan madde miktarı

m : kullanılan aktif karbon miktarı

c : çıkış suyundaki kirletici konsantrasyonu

k ve n ise Freundlich izoterm sabitleridir.

Freundlich izotermi lineerleştirilirken her iki tarafın logaritması alınır ve bir doğru çizilir.

Log x/m = log k + 1/n log c

x/m = (a*b*c) / (1+b*c)

Burada;

x : tutulan madde miktarı

m : kullanılan aktif karbon miktarı

c : çıkış suyundaki kirletici konsantrasyonu

a ve b ise Langmuir izoterm sabitleridir.

Doz aktif karbon ile adsorbsiyon yapılırken şunlara dikkat etmek gereklidir:

o Düşük pH değerleri adsorbsiyon için daha uygundur. o Aktif karbon dozlamasının yapılacağı yer önemlidir. Keza çöktürme ve filtrasyondan önce

uygulanacak olan aktif karbonun yüzeyi floklarla kaplanır. Dolayısıyla koku ve tada sebep olan maddeler tutulmayabilir.

o Aktif karbon kloru etkisiz bırakır. Dolayısıyla klor ilavesi ile aktif karbon dozlanması arasında makul bir süre bırakılmalıdır.

35

o Koku ve tada sebep olan maddelerle yüzeyi kaplanmış olan aktif karbonun sudan alınacağı yer de önemlidir. Bunun için genellikle filtre ünitesi kullanılabilir.

o Aktif karbon filtreleri hem aşağı akışlı hem de yukarı akışlı olarak dizayn edilebilir. o Aktif karbon filtreleri tesis sonunda kullanılır. o Filtre yatağı doygun hale geldiğinde yatakta geri yıkama yapılması gerekir. o Aşırı bulanık sular aktif karbon filtresine alınmadan önce bulanıklıkları giderilmelidir.

su arıtımında tesis tasarımı

Documents