4.1. Fiziksel ve Kimyasal Prosesler

4.1.1. Havalandırma

Havalandırma su bileşenlerini kaldırmak veya değiştirmek için fırçalama işlemi ve oksidasyon kullanarak su arıtma işleminin yapıldığı, isteğe bağlı bir parçasıdır. Havalandırıcılar, su ile temas eden havanın yüzey alanı miktarını artırarak çalışırlar. Bu hava difüzyon havalandırıcı olarak, su hava geçirilmesi ile elde edilebilir. Buna karşılık, birçok havalandırıcılar, püskürtme memesi, koni tepsisi, çağlayan ve kok tepsi havalandırıcılar gibi, suyu havanın içinden geçirirler. Son olarak, taze hava havalandırıcıları ile, hem hava suyun içinden geçer, hem de su havanın içinden geçer (URL 1).

Havalandırma, hava ve suyun yakın temas içine getirildiği bir işlemdir. Türbülans akımlar ve temas süresi, istenmeyen gazın etkili bir şekilde çıkarılması için yeterli olmalıdır ve suya hava oranı akması havalandırmayı arttırır. Havalandırma da bakteri kontrolü etkili bir yöntemdir. Bir su arıtma uygulaması olan havalandırma için aşağıdaki işlemler kullanılır: 

• koku ve tada neden olan organik madde konsantrasyonunu azaltmak ve bir dereceye kadar, organic maddeleri okside etmek için,
• leride arıtmanın maliyetini etkileyebilecek maddeleri ortadan kaldırmak. Ana örnek olarak, karbondioksitin atılmasıyla, korozyon kontrolünun sağlanmasını ve kireç yumuşatmasını verebiliriz.
• Kamu sağlığı için tehlikeli kabul edilen VOC ve uçucu SOC’ları kaldırmak için,
• Oksidasyon ve / veya dezenfeksiyon için suya, ozon veya klor gazı eklemek için,
• Suya oksijen eklemek, böylece öncelikle birçok kuyu suyunda bulunan demir ve mangenizi ortaya çıkararak daha sonra arıtılmasını sağlamak için,
• Sudan amonyağı kaldırmak için
• Radon, hidrojen sülfit, ve metan gibi gazları çıkarmak için,
• THM, pestisitler ve herbisitleri kaldırmak için (Dyksen, 2005; URL 2).

4.1.1.1. Havalandırma Nasıl Çalışır?

Havalandırma suyun içindeki maddeleri 2 yöntem kullanarak kaldırır veya iyileştirir : fırçalama ve oksidasyon (Şekil 4.1). Fırçalama işlemi türbülans yaratarak suyun ve havanın birbirine karışmasını sağlar. Fırçalama işlemi fiziksel olarak suyun içerisindeki gazları temizler ve gazların havaya karışmasını sağlar. Yukarıdaki resimde, karbon dioksit ve hidrojen sülfid sürtme aksiyonu ile çıkarılabilir gösterilmiştir. Sudaki tada ve kokuya, eğer ki nispeten uçucu gazlar ve organik bileşikler neden oluyorsa, fırçalama işlemi suyun tadını ve kokusunu düzeltecektir (URL 3).

Şekil 4.1. Havalandırma Aşamaları (URL 3)

Oksidasyon, havalandırma suyunu arındıran diğer süreçtir. Oksidasyon oksijen eklenmesi, hidrojen çıkarma veya elektronların bir elementten ya da bileşikten kaldırılmasıdır. Hava, su ile karıştırıldığında, demir ve manganez gibi maddeler suda oksitlenirler.Oksidasyondan sonra, bu kimyasallar solüsyonun dışına düşerler ve suda asılı hale gelirler. Süspansiyon halindeki malzeme daha sonra, filtrasyon ile sonraki arıtma sürecinde çıkarılabilinir (URL 3).

4.1.1.2. Havalandırma Metodları

Suyu havalandırmak için kullanılan birçok farklı yöntem vardır, ancak bunların tümü ya suyu havadan geçirerek veya havayı sudan geçirerek yapar. Su püskürtülerek ya da küçük parçacıklar ya da ince levhalar halinde, hava ile temas şekilde dağıtılarak havaya maruz bırakılabilinir. Su aynı zamanda, su  üzerinden büyük hacimli havanın pompalanarak verilmesiyle havalandırabilinir (URL3).

Kullanılacak havalandırma yönteminin, sudan hangi malzemelerin kaldırılacak olmasına bağlıdır. Suyun kimyasal özellikleri de kullanılacak arıtma yöntemini saptar. Son olarak, her yöntem farklı bir etkinliğe sahiptir. Genel olarak, havaya su pompalama, suya hava pompalamadan daha enerjik ve çok daha etkilidir. Havalandırma ve diğer arıtma yöntemlerindeki farklı çeşitler, her durumda  arıtma için en etkili ve pratik bir yöntemi belirlemek amacıyla karşılaştırılmalıdır (URL 3).

Havalandırma yöntemleri dört genel kategoride sınıflandırılabilinir (Şekil 4.2, 4.3) (URL 4 Dyksen, 2005) : 

1.Şelale havalandırma desorpsiyon prensibini kullanır ve suyu ince filmler haline bölerek gaz transferini hızlandırır ve böylece hava ile suyun arasındaki temas yüzey alanını arttırarak gaz transferini gerçekleştirir. Şelale havalandırıcıların beş ana türü vardır:

a) Sprey havalandırıcılar demir oksidasyonu ve sıyırma VOC ve çözülmüş gazlar için uzun yıllar su arıtmasında kullanılmaktadırlar. Sprey havalandırıcı kurulumu genellikle sabit memeleri veya üstü açık bir tankın üzerinde bulunan bir boru ızgaradan oluşur. Memeleri kirletici transferi için gerekli olan hava-su arayüzü oluştururken, çevredeki havaya ince su damlacıkları spreyler. Üstü açık tankın üst boru ızgara yapılandırması sıyırma uygulamaları için tercih edilir. Sprey havalandırıcılar geniş bir yükleme alanına ihtiyaç duyarlar ve çok soğuk havada işletim problemleri yaratırlar ; ayrıca, uygulamalarının etkili olması için sürekli hava değişimi olması gerekir.

b) Cascade havalandırıcılar ; suyun sıçrama bölgelerinde havalandırılmasını sağlayarak, suyu bir yerden bir yere düşürerek havalandırır. Suyun hava ile temasında zaman aralığı bu düşüleri arttırarak sağlanır ve alan-hacim oranının artması, türbülansın arttırılmasıyla, bu da bölmelerin çoğaltılmasıyla olur. Büyük işletim sorunları korozyon, balçık ve yosun oluşumundan meydana gelir.

c) Bir çok tepsi veya çıta tepsi havalandırıcı kaburgalar veya delikli veya tel örgülü dipleri ile donatılmış tepsilerden oluşur. Su tepsiler üzerinde dağıtılır ve toplama havzası üzerine her tepsiden düşmesine izin verilir. Basınçlı hava ya da su yoluna dik akış başlatılır. Genellikle kok, taş, ya da 2 ila 6 inch boyutunda seramik toplar gaz değişimi verimliliğini artırmak için kullanılır. Çok tepsili havalandırıcılar içinde genellikle 12-30 inç aralıklı 3-9 tepsi vardır. Çok tepsili havalandırıcılar soğutma kuleleri benzeridirler ve yeterli havalandırma gerektirir. Bunlar çok iyi oksijen emilimi sağlar ve karbon dioksit, amonyak ve hidrojen sülfidin ayrılmasını sağlar.

d) Koni havalandırıcılar öncelikle ön tedbir olarak manganez ve demir okside etmek için kullanılırlar. Havalandırıcıların dizaynı, kaskadlar şeklinde düzenlenmiş olup, su yukarıdan aşağıya doğru akacaktır.

e) Dolgulu kule veya hava sağlayıcılar suyun,  yakıttan, çözücü ve uçucu SOCS VOC, amonyak, hidrojen sülfid ve karbon dioksit gibi maddelerden arındırılmasını sağlar. Bir dolgulu kolon, bir silindir kulesi, bir sızdırmazlık malzemesi (genellikle, plastik, çelik veya seramik) ve santrifüjlü körükten oluşur. Kirlenmiş su kulenin tepesine pompalanır ve körükler kulenin altından geçerek havaya karşı yönde tutmak için kullanılır. Ambalaj malzemesi tarafından sağlanan geniş yüzey alanı, diğer hava sıyırma yöntemleri ile karşılaştırıldığında daha çok sıvı-gaz aktarımı sağlar. Aşamalarının sayısı Henry Kanunu sabiti ve kule yükleme oranı ile tespit edilir.

Paketlenmiş kule havalandırıcılar ile en sık görülen problem tesis kapasitesi, verimlilik ve artan basınç düşüşü kaybına neden olan katılar ile ambalaj malzemesinin kirlenmesidir.

2. Kabarcık havalandırıcılar delikli borular, gözenekli difüzör borular veya levhaların monte edildiği dikdörtgen beton tanktan oluşur. Basınçlı hava etkili su-hava karışımı ile sonuçlanan türbülans üreten, su yoluyla yükselmeye çalışan hava kabarcıklarını üretmek için bu borulardan geçmeye zorlar. Kabarcık havalandırıcılar kirlenmiş yer altı karbon dioksit, VOC benzin bileşenleri, hidrojen sülfit, metan, ve radon giderilmesinde etkilidir. Çoğunlukla düşük akış oranları ile küçük su sistemleri tarafından kullanılmaktadır.

3. Mekanik havalandırıcılar tek başına veya hava enjeksiyon cihazlarıyla birlikte motor tahrikli çarkları kullanır. Onlara da tat ve koku kontrolü için su rezervuarları kurulur. Mekanik havalandırıcılar (şamandıra) yüzey havalandırıcılar olarak yüklenen veya havalandırıcılar (su seviyesi altında) batık olarak yapılabilir. Bunlar, normal olarak, çözünmüş oksijen seviyesini yükseltmek için kullanılır, fakat, aynı zamanda, belirli kirleticileri kaldırabilir.

4. Basınçlı havalandırıcılar, tipik olarak demir ve manganez oksitleyici olarak kullanılmaktadırlar. İki tip basınçlı havalandırıcı vardır, biri, sıkıştırılmış hava basınçlı borunun içine enjekte edilir, diğeri ise, su kapalı bir tankın üzerinden verilir,  bu arada tank sürekli sıkıştırılmış havayla doldurulmaktadır.

Şekil 4.2. Spreyler ve birim havalandırma ya da sıyırma için nozullar (a-d) meme tipleri; (E) Eğimli apronda ızgara plakaları, çivili olabilir; (F) delikli plakalar; (G), püskürtme kulesi; ve (h) kaskad (Sincero ve Sincero, 2003a)

Şekil 4.3. Havalandırma birimi: bir hava püskürtücüsü (a) türbin hava alma cihazı; (B) gözenekli seramik difüzör; ve (c) yüzey havalandırıcı (Sincero ve Sincero, 2003a)

Havalandırma etkinliği, su oranı hava gibi seçilen havalandırma yöntemi, kirletici Henry kanunu sabiti ve tasarım faktörlerine bağlıdır, akış ve yükleme hızı, kütle transferi, sıcaklık, pH ve yosun üretim alanı olarak kullanılabilir. Henry kanunu sabiti sürekli artarsa, tasarım faktörü olarak havanın suya oranı  daha az kritik olur (URL 4 Dyksen, 2005).

4.1.1.3. Havalandırmayla ilgili Problemler

Havalandırma genellikle ham suyun çözünmüş oksijen içeriğini yükseltir. Su içinde çözünmüş oksijenin büyük bir yoğunlukta olması, suyun yalın tadını yok ettiği için faydalıdır. Ancak, suda çok fazla oksijenin doygun halde olması, sudan kaynaklanan çeşitli sorunlara neden olabilir. Aşırı doymuş su korozyona ve sedimantasyon problemlerine (metal yüzeylerin kademeli ayrışmasına ) neden olabilir. Buna ek olarak, filtreden fazla oksijen çıkarken hava kabarcıkları oluşur, bud a hem filtreyi hem de geri yıkama işlemine zarar verir (URL 3).

Havalandırmada doygun su farklı başka sorunlara neden olabilir. Havalandırma, enerji yoğun arıtma yöntemi olduğundan çok enerji kullanımı söz konusu olabilir.Buna ek olarak, suyun  havalandırılması, suyun yosun içinde büyümesini kolaylaştırabilir ve filtrelere yapışmasına neden olabilir (URL 3).

4.1.2. Adsorpsiyon temel Kavramları ve Adsorpsiyon Tanımları

4.1.2.1. Temel kavramlar ve adsorpsiyon tanımları

Adsorpsiyon, yaygın sıvı fazların (gazlar veya sıvılar) içindeki maddeleri uzaklaştırmak için pratikte kullanılan bir faz transfer işlemidir. Aynı zamanda, farklı çevre bölümlerinde doğal bir süreç olarak görülmektedir. En genel tanımı, bir sıvı ya da bir katı yüzey üzerinde bir sıvı fazdan, kimyasal türünün zenginleştirmesi olarak tarif edilir. Su arıtmasında, adsorpsiyon, solutların çokluğu için etkili bir temizleme işlemi olarak ispat edilmiştir. Burada, molekül ya da iyon, katı yüzeylerin üzerine adsorpsiyonla sulu solüsyondan çıkarılır. Adsorpsiyon Teorisinde, Şekil 4.4'de gösterilen temel kavramlar kullanılır. Adsorpsiyon için bir yüzey sağlayan katı maddeye adsorban denir; adsorbe edilecek türler adsorbat olarak adlandırılır. Sıvı fazda (örneğin konsantrasyon, sıcaklık, pH) özelliklerini değiştirerek türler yüzeyinden salınır ve absorbe edilen sıvı faz geri aktarılabilir. Bu ters süreç desorpsiyonu ifade etmektedir (Worch, 2012).

Şekil 4.4. Adsorpsiyon’un temel kavramları (Worch, 2012).

4.1.2.2. İçmesuyu Arıtmada Mühendislik Adsorpsiyonu Prosesleri

Adsorpsiyon işlemleri yaygın olarak, su arıtmasında kullanılır. Tablo 4.1 Tipik uygulama alanlarını ve arıtma hedeflerine bir bakış açısı verir. Uygulanan absorbe türüne bağlı olarak, organik maddeler gibi inorganik iyonlar de, sulu fazdan  çıkarılabilir (Worch, 2012).

Aktif karbon su arıtma tipi uygulanan en önemli mühendislik adsorbanıdır. Yaygın olarak içme suyu, atık su, yeraltı, sızıntı suyu, yüzme havuzu suyu ve akvaryum suyu olarak farklı su  türlerinden organik maddeleri uzaklaştırmak için kullanılır. Diğer adsorbanlar daha az sıklıkta uygulanır. Uygulama, özel adsorbatların veya su türleri ile sınırlıdır (Worch, 2012).

Tablo 4.1. İçmesuyu Arıtma Tesisinde Adsorpsiyon Prosesleri (Worch, 2012).

4.1.2.3. Aktif Karbon

Aktif karbon, aynı zamanda ekonomik olarak uygundur ve organik bileşiklerin çok çeşitli yönlerini emer ve bu nedenle yaygın olarak, su arıtma, gelişmiş su arıtma ve bazı organik endüstriyel atık suların arıtılmasında kullanılan bir adsorbandır. Genel olarak, sabit yatak kolonları sık olmak üzere, zerre biçiminde toplu olarak, kolon (sabit yatak ve zıt yatak veya her ikisi), veya akışkan yataklı işlemleri tipinde kullanılır. Zaman zaman, aktif karbon, toz form halinde kullanılır ve rejenerasyon için uygun değildir: Bu uygulama, genel olarak kullanılan karbon miktarları kayda değer değilse, su arıtmasında kullanılır. Aktif karbon dışındaki Adsorbentler çevre mühendisliğinde az ölçüde kullanılır (Reynolds, 1982).

4.1.2.4. İçmesuyu Arıtma Tesisinde neden adsorpsiyon prosesi kullanılır? 

Yaklaşık 100 yıldır, adsorban olarak aktif karbon ile adsorpsiyon prosesleri erimiş organik maddeleri uzaklaştırmak için içme suyu arıtmasında kullanılmaktadır. Başta aktif karbon, tat ve koku için kullanılıyordu fakat sonra, uygulamaya fenoller, klorlanmış hidrokarbonlar, böcek ilaçları, farmasötik, kişisel bakım gibi diğer organik mikro maddelerin uzaklaştırılması da girdi. (Çözünmüş organik karbon, DOC olarak ölçülen NOM) doğal organik madde tüm ham sularda bulunan ve çoğunlukla tamamen kaldırılmış olmadığından, her zaman organik mikro ile birlikte adsorbe edilir. Aktif karbon, organik maddelerin adsorpsiyonunda çok seçici olamadığı için, NOM adsorpsiyonu ve mikrokirleticilerdeki kapasite kaybı kaçınılmaz olur. Rekabet etkisi genellikle DOC ve mikrokirleticilerden farklı konsantrasyon seviyelerine göre daha güçlü olur. Organik mikro konsantrasyonları ng / L veya ug / L aralığında iken ham sular tipik DOC konsantrasyonlarında, düşük değerli mg / L aralığında yer almaktadır. Öte yandan, NOM çıkarılmasının da olumlu bir yönü vardır. NOM klor ya da klor dioksit nihai dezenfeksiyon sırasında (HAA) yan ürünleri dezenfeksiyon oluşturulması için bir ön-madde olarak bilinir. Bu nedenle, adsorpsiyon işlemi sırasında NOM uzaklaştırılması DBP’lerin oluşumunu azaltmaya yardımcı olur. Aktif karbon bulamaç reaktörlerde ya da sabit yataklı bir adsorber granül aktif karbon (GAC) halinde toz aktif karbon (PAC) olarak uygulanır. GAC parçacıklar düşük mm çapa sahip ise toz aktif karbonlu parçacık boyutları, orta μm aralığındadır. Son yıllarda, içme suyunda arsenik problemi giderek kamu ve bilimsel olarak ilgi görmektedir. Yeraltı ve yüzey suları yüksek geogenic arsenik konsantrasyonu olan bölgelerde özellikle bulunur. Sonuç olarak, su işlerinde bir dizi olarak ek bir arsenik kaldırma işlemi getirerek kendi teknolojilerini yükseltmek zorundadırlar. Böyle demir hidroksit veya alüminyum oksit gibi oksitli adsorbentle adsorpsiyon süreçleri çok verimli arsenat kaldırmak için kullanıldıkları ispatlanmıştır. Aynı adsorbanların da anyonik uranyum ve selenyum türlerini kaldırması beklenmektedir (Worch, 2012).

4.1.3. Membran Prosesleri

Membran prosesleri, uyguladıkları itici güç, membran tipi ve yapılandırma ve çıkarma yetenekleri olan mekanizmalar olarak kategorize edilebilirler. İçme suyunda Membran prosesler tuzdan arındırma, yumuşatıcı ve renk, parçacık, mikrobiyal ve kirli suyun tadı, doğal organik maddelerin kaldırılması için kullanılır (Bergman, 2005; URL 5).

Su arıtma membranları, boyutu veya şarj olarak özelliklerine göre kirleticileri ayırmak mümkün olan ince levhalar halindedirler. Su bir membrandan geçer; ancak boyutlarına, daha büyük partikül olup olmamasına, mikroorganizmalara ve diğer kirleticilere bağlı olarak bu maddelerden arınabilir (URL 5).

Bu sistemlerin bazıları, boyutuna göre parçacıkları ayırmak su basıncına bağlıdır ve basınçla çalışır. Mikrofiltrasyon (MF), en büyük gözenek boyutluyu ve kumu, silti, kili, yosunu, bakteriyi, Giardia, Cryptosporidium’u kaldırabilir. Ultrafiltrasyon (UF) ile de virüsleri silebilirsiniz. Nanofiltrasyon (NF) sistemlerinin çoğu organik kirletici maddelere, virüslere karşı tam bir koruma sağlar ve su sertliğini azaltır. Elektrodiyaliz (ED) ve Ters osmoz (RO) sistemleri hemen hemen tüm inorganik kirleticiler ve tüm ama en küçük organik molekülleri kaldırmak için yoğun membranlar kullanırlar (URL5). Düşük limitli ED-RO, NF, UF ve MF’nin sudan atılması sırasıyla 0.0001 mm, 0,001 mm, 0,01 mm ve 0.1 mm.dir. Ancak, her işlem için boyut aralığı geniştir (Şekil 4.5) (Taylor ve Hong, 2000).

Şekil 4.5 Membran sistemlerinin Uzaklaştırma özelliği (Flynn, 2009)

Elektrodiyaliz şarja göre, kirleticiler, elektrik akımı uygulamasının membran teknolojisi ile birleştirilmesiyle ayrıştırılır. Diğer membran proseslerin aksine, kaynak suyu asla elektrodiyaliz sırasında membranlardan geçmez. Burada tarif edilen teknoloji, diğer teknolojiler gibi bazı büyük su arıtma tesislerinde kullanılmaz. Aksine, çoğunlukla ultra saf su ihtiyaç olan tıbbi ve laboratuvar uygulamaları için kullanılır (URL 5).

Özellikle ters ozmoz ve nanofiltrasyonda membranlar, çeşitli kirleticilerin bulunduğu küçük ölçekli su arıtma sistemleri için iyi bir seçenek olabilir. Parçacık-zengin kaynak suyu filtre edilmemişse, genellikle, normal arıtmalardan daha çok atıksu çıkartırlar (toplam arıtılmış suyun %15’I kadar) ve kil ve organic maddelerle de tıkanmış olurlar (URL 5).

Basınç Membran işlemleri Cross-Flow veya ölü uçlu çalışma modunda tasarlanabilir (Şekil  4.6).

Şekil 4.6. Membran akış konfigürasyonları (Walsh and Gagnon, 2006)

4.1.3.1. Içmesuyu Arıtma tesisi için Membran Teknolojisi 

Son on yıl içinde membran teknolojisinin ilerlemesi büyük ve küçük ölçekli iki uygulama için ekonomik olarak uygun bir içme suyu arıtma çözeltisi ile sonuçlanmıştır. Temel bir bakış açısından, membran teknolojisi, bu sistemler, ham su besleme akımı içinde mevcut kirleticiler için fiziksel, boyut dışlama bariyeri olarak hareket prensibine dayanır. Alçak basınç zarları, mikrofiltrasyon (MF) ve ultrafiltrasyon (UF), etkili bir şekilde süspansiyon halinde kaldırmak ya da zar boyutuna göre bir eleme mekanizması yoluyla kolloidal parçacıkları parçacık halinde madde (USEPA 2003) 'ye göre proses edilmek üzere tasarlanırlar. MF ve UF membran yüzeyinde gözeneklerinden daha küçük boyutta küçük çözünmüş maddeler, bu membran yüzeyi boyunca geçer. Şekil 4.7'de açıklandığı gibi, 0,01 um ila 0.1 bir nominal gözenek boyutu olan UF membran filtrasyon etkili bir boyut ayırma mekanizması yoluyla partikül madde ve mikroorganizmaları kaldırabilir. Ancak, etkili bir gözenek boyutu dışlama ilkesi ile, besleme suyunda bulunan atık su akışları (yani, virüsler, DOC ve çözünür inorganikler) ve mevcut çözünmüş maddeler kaldırılamayabilinir (Walsh ve Gagnon, 2006). 

İyon değişim süreçleri yaygın olarak, sakıncalı iyonik kirleri çıkarmak için su ve atıksu arıtımında kullanılmaktadır. İlk iyon değiştirme işleminde, suyu yumuşatmak için bir katyon değiştirici olarak doğal yataklarından çıkarılan inorganik zeolitler kullanılmıştır. Modern sentetik polimer esaslı değiştirim ortamı, bugün katyon ve anyon değiştirici olarak kullanılmaktadır. İyon değişimi birçok özel aplikasyonda kullanılır, mesela, kimyasal proseslerde içmesuyunun içindeki zararlı iyonik maddeleri azaltmada veya çıkartmada ve ürünü saflaştırmak için ve özel separasyonları geri kazanmak için, örneğin, boyut, saçak ve katalizör olarak kullanılan kromatografik karışımlar gibi (Gottlieb, 2005).

İyon değişimi, istenmeyen iyonları bir katı maddeye aktararak, ham sudan istenmeyen iyonları kaldırır, buna iyon değiştirici denir, bu işlemi yaparken, iyon değiştiricinin iskeletinin üzerinde bulunan eşit miktarda istenen türleri geri vermesi beklenir (Kemmer, 1988). Çözelti içinde belirli iyonları, tercihen, katı bir iyon değiştiricisi vasıtası ile emilir ve  Elektronötüralite olarak muhafaza edilmesi gerekir, çünkü, çözelti içinde değiştirici bir katı bültenleri değiştirme iyonları vardır. Reaksiyonlar stokiyometrik ve geri dönüşümlü ve kitlesel eylem yasasına uyarlar (Reynolds, 1982). İyon değişimi bir fazdan diğerine iyonların alışverişidir. Su arıtmasında, iyon değişimi, iyon eşanjörü ve içeri giren suyun katı faz arasında gerçekleşmesidir. Bir su yumuşatıcısı olarak, bir katyon değiştirme reçinesi, kalsiyum ve magnezyum iyonlarının eşdeğer miktarda sodyum formu değişimlerinin ve sodyum iyonlarının faaliyeti için, reçine ham sudan çıkarılır ve sodyum iyona tekabül eden eşdeğer sayıda su ilave edilir (Gottlieb, 2005).

Şekil 4.8 'de gösterildiği gibi, su kondisyonunda kullanılan iyon değiştiriciler, birçok iyon değişim bölgelerine sahip yapılar gibi iskeletleri vardır. Çözünmeyen plastik iskelet elektriksel karşıt tarafın iyonlarını tutmak için alınır. İyon değiştirici kendi değişim kapasitesi ve iskeleti üzerinde, iyonların depolanması için sınırlı bir kapasiteye sahiptir; Bu nedenle, iyon değiştirici zamanla iyonları, istenmeyen iyonlarla değiştirir (Kemmer, 1988). Yumuşatıcı, basınçlı filtreye dizayn olarak benzer, reçineler filtre ortamında yer alır (Şekil 4.8). 

Şekil 4.8. Sol Resim bir katyon değiştiricisinin Modeli (Kemmer, 1998), Sağ resim: İyon değişim yumuşatıcısıdır  (URL 6).

İyon değişimde iki tür malzeme kullanılır: katyon değişimli malzeme ve anyon değişimli malzeme. Katyon değişim malzemesi alışverişi katyonlar, anyon değişim malzemesi alışverişi anyon ile yaparlar. Değişimli malzemenin çözünmeyen bölümü ana bilgisayar  olarak adlandırılır (Sincero ve Sincero, 2003b).

4.1.4.1. Reçine Kapasitesi

Reçine kapasitesini ifade etmek için birimler litrede (eq / L) cinsinden eşdeğer olan, mililitre başına mili-eşdeğer (meq / ml), kilogram küpte (kg / ft3), ve litre başına gram (g / l) dir. Genellikle, kimyagerler ilk iki birimlerini kullanır; Son iki unit dizaynırlar ve sistem sahipleri tarafından kullanılan pratik birimlerdir (Flynn, 2009).

4.1.4.2. İyon Değiştirme İşlemi

İyon değiştirme işleminin sadece iyonlar ile çalışır olduğunu akılda tutmak önemlidir. Su içinde iyonize olmayan maddeler, iyon değişimiyle ortadan kaldırılamaz. İyon değişim reçinesi her tür farklı iyonlar için bir tercih sıralaması sergiler. Bu seçicilik katsayıları ile kantitatif olarak ifade edilebilir. Her bir iyon çifti her iyon eşanj reçinesi için benzersiz bir seçicilik değeri vardır. Reçine için iyon nispi afinite olmasıyla seçicilik katsayısı artar. Afinite arttıkça, iyonu yüklemek daha kolaylaşır, bunu tersi, rejenerasyon kaldırmak zorlaşır (Gottlieb, 2005).

Bir iyon değiştirici şöyle bir tercih eğilimindedir: 1) Yüksek değerlikli iyonlar, 2) küçük bir solvat hacmi ile iyonlar, 3) katı eşanjörün iyon değişim siteleri ile güçlü bir tepki, 4) iyonlarını polarize eden daha büyük yetenekli iyonlar, 5) diğer iyonlar ile katılarak kompleksler oluşturmak. Aşağıdaki gibi olağan bir katyon değiştirici için, en yaygın tercih dizisidir (Reynolds, 1982):

Ba⁺²>Pb⁺²>Sr⁺²>Ni⁺²>Cd⁺²>Cu⁺²>Co⁺²>Zn⁺²>Mg⁺²>Ag⁺¹>Cs⁺¹>K⁺¹>NH₄⁺¹>Na⁺¹>H⁺¹

Aşağıdaki gibi olağan bir anyon değiştirici için, en yaygın anyonların tercih dizisidir (Reynolds, 1982):

SO₄^-2>I^-1>NO₃^-1>CrO₄^-2>Br^-1>Cl^-1>OH^-1

Suda bulunan ortak iyonlar için iyon değiştirme reçinelerinin faaliyet performansı, kapasitesi ve kaçak verileri genellikle reçine tedarikçisi tarafından sağlanmaktadır (Gottlieb, 2005).

4.1.4.3. Reçine Kapasitesi ve Yenilenme

İyon değişim reçineleri sonlu kapasiteye sahiptir. Bu kapasite kullanıldığı zaman, reçinelerde bitkin ve istenmeyen iyonlar artar, kaçak yapar. Tükenmiş reçinesi "form" Reçine çalıştırılabilirler iyonu ihtiva eden bir tuz, asit veya baz çözeltisi ile rejenere edilebilir. Bu değişimi tersine çevirmek için yeterli miktarda reçine yatağından geçirilir ve yeterince yüksek bir konsantrasyonda olduğu, desorbe ve rejenerant solüsyondan iyon ile reçineden daha önce değiştirilerek iyonlar değiştirilir. İyon değişiminin içme suyu uygulamalarında kullanılan en yaygın rejenerantı sodyum klorürdür. Bu yumuşatma için kullanılır, de-alkalizasyon, baryum, radyum, uranyum, selenyum, arsenik, nitratı da kaldırır (Gottlieb, 2005).

4.1.4.4. İyon Değişiminde Temel İşlemler

İlk ticari olarak kullanılan iyon değişim malzemeleri doğal yaygın zeolitler olup, gözenekli kumlardan meydana gelir. Zeolitler suları yumuşatmak için kullanılan ilk iyon değiştiricilerdir; Bununla birlikte, hemen hemen tamamen çok daha yüksek bir iyon değiştirme kapasitesine sahip sentetik organik değiştiriciler, reçineler ile son yıllarda değiştirilmiştir. Sentetik katyon değiştirme reçineleri, iyonize olan ve değiştirilebilir katyonlar olan şarj edilebilir sülfonik, fenolik ve karboksilik gibi reaktif gruplara sahip polimerik malzemeler vardır. Ayrıca sentetik anyon değişim reçineleri, değiştirilebilir anyonlar ile birlikte şarj edilebilir dördüncül amonyum veya amin grupları gibi iyonize grupları, piyasada mevcuttur (Reynolds, 1982).

Şekil 4.9 iyon değişimi birim operasyonlarının şemalarını gösterir. Şekil 4.9.a bir katyon değiştiriciyi ve Şekil 4.9.b, bir anyon değiştiriciyi gösterir. Her iki birimde de, etki kabın üstünden yapılır. İyon değiştirici malzeme yatağı, su muamelesinde iyon değişimi gerçekleşir, ve geçer olacak şekilde kaplar içinde olur. İyonların, bu iyon değişimi birim sürecinin kimyasal reaksiyon olduğu; kayıp ve pompalama dikkate alınarak suyun içinden sadece fiziksel geçen iyon değişimi birim işlem olarak ele alınır (Sincero ve Sincero, 2003b). 

Şekil 4.9. İyon Değişiminde Temel İşlemler (Sincero and Sincero, 2003b)

4.1.5. Koagülasyon ve Flokülasyon

Koagülasyon ve flokülasyon, geniş su ile koagülasyon kimyasalları ve flokülasyon yardımcılarını karıştıran, kimyasal ve fiziksel süreçler olarak tarif edilebilir. Genel amacı yeterince büyük bir sonraki çöktürme ya da filtrasyon işlemleri ile çıkarılabilir parçacıkları oluşturmaktır. Koagülasyon, flokülasyon, sedimantasyon ve süzülerek çıkarılabilen kaynak, su içinde partiküller kolloidler süspansiyon halindeki malzemeler, bakteriler ve diğer organizmalar ile beraber bulunmaktadır. Bu parçacıkların büyüklüğü birkaç büyüklük sırası ile değişebilir. Bazı çözündürülen malzemeler, koagülasyon ve flokülasyon işlem parçacıkların oluşumu yoluyla çıkarılabilir (Delphos ve Wesner, 2005).

Koagülasyon ve flokülasyon prosesleri, suların çok yavaş olup kendilerini temizleyemedikleri zaman, asılı maddelerin sudan ayrıştırılması için kullanılır (Şekil 4.10). Su arıtma, kireç yumuşatma, çamur kalınlaşma ve susuzlaştırma ; bunların başarısı için koagülasyon ve flokülasyon teorilerinin doğru uygulanmasına bağlıdır (Flynn, 2009). 

Şekil 4.10. Koagülasyonda ve Flokülasyonda Fiziksel-Kimyasal Proses (URL 7)

Koagülasyon ; güçleri nötralize ederek kolloitleri ayrı tutmaktır. Bu, genel olarak, kimyasal pıhtılaştırıcı eklenmesi ve karıştırma enerjisi uygulanarak gerçekleştirilir. Alüminyum tuzları, demir tuzları, veya polielektrolitler genellikle kullanılan kimyasal maddelerdir. Başlangıçta küçük yumaklar daha büyük, çöken aglomeralar oluşturarak katılırlar. İstikrarsızlaştırma adımı koagülasyon (şarj nötralizasyon) 'dir; floc-yapı evresi de flokülasyondur (Flynn, 2009).

Su arıtma, literatürde bazen "koagülant" ve "flokulant" arasında bir ayrım yapar. Bu ayrım yapıldığında, koagülasyon başlangıçta süspansiyonu istikrarsızlaştırmak için kullanılan bir kimyasaldır ve tipik hızlı mix sürecinde ilave edilir. Çoğu durumda, düşük viskoziteli bir pıhtılaştırıcı madde ilave edilmesinden sonra kullanılır; Bunun amacı, topaklanma oluşumunu artırmak ve topaklanmayla yapının gücünü artırmaktır. Bazen buna "pıhtılaştırıcı yardımı" adı verilir. Flokülantlar genellikle (bu bağlamda "filtre yardımcıları" denebilir) filtre performansını artırmak ve çamur susuzlaştırma işleminin verimliliğini artırmak için kullanılır. (Letterman et al., 1999).

4.1.5.1. Koagülasyon ve Flokülasyon Niye Kullanılmaktadır? 

Tüm sular, özellikle, yüzey suları hem çözünmüş ve askıda partiküller içerir. Koagülasyon ve flokülasyon işlemleri, suyun askıda katı madde kısmını ayırmak için kullanılır. Parçacıkların kaynağı, bileşimde parçacık boyutu, şekil ve yoğunluğu açısından büyük ölçüde farklılık gösterir. Koagülasyon ve flokülasyon süreçleri ve koagülant seçimi doğru uygulama ile bu faktörler arasındaki etkileşimi anlamaya da bağlıdır. Küçük parçacıklar, parçacıkların kendileri üzerindeki fiziksel kuvvetlerin etkisi ile (süspansiyon içinde tutulur) stabilize edilir. Parçacıkların mevcut yüzey şarjla istikrar sonuçlarında baskın bir rol oynayan güçlerden biridir. Su içinde asılı çoğu katı olan yüzeyler, birbirlerine yakın geldiklerinde, negative bir yüke sahip olup birbirlerini iterler. Bu nedenle, bu süspansiyon içinde kalırlar ve bir araya gelerek su üzerinde yerleşirler (URL 8).

4.1.5.2. Koagülasyon ve Flokülasyon Prosesleri Nasıl Çalışır?

Koagülasyon ve flokülasyon, parçacık çarpışması ve sürünün büyümesini sağlayan, asılı parçacıkların stabilize kuvvetlerini aşma amacıyla oluşan ardışık adımlardan meydana gelir. Bir adımın eksik olması, diğer adımı başarısız kılacaktır (URL 8) (Şekil 4.11)

Şekil 4.11. Koagülasyon (a) ve flokülasyon (b) mekanizması (URL7)

4.1.5.3. Koagülasyon

Koagülasyon, birçok reaksiyon ve kütle transferi adımlarını içeren, karmaşık bir süreçtir. Koagülasyon oluşumu, parçacıkların istikrarsızlığı ve parçacıklar arası çarpışmalardan : su arıtmasında uygulandığı gibi işlem esasen üç ayrı ve ardışık adım mesafededir. Koagülant oluşumu, parçacıkların istikrarsızlığı ve koagülasyon-NOM etkileşimi genellikle hemen hızlı kimyasal karıştırmadan sonra ortaya çıkar; agregaya neden olan parçacıklar arası çarpışmalar (flok) oluşumu hızlı karıştırma sırasında başlar ama genellikle flokülasyon işlemi ağırlıklı olarak ortaya çıkar. Örneğin, alum gibi bilinen alüminyum sülfat tuzu kullanılarak [Al2 (SO4) 3.14H2O] pıhtılaşma kimyasal türlerin yelpazesini oluşturur, buna alüminyum hidroliz ürünleri denir, bu nedenle koagülasyon oluşur. Bu türler içinde şap, arıtılacak su ile karıştırılarak bir süre sonra oluşur. Koagülant madde, bazen hızlı karıştırma birimlerine eklenmeden once oluşur (veya kısmen oluşur) (Letterman et al., 1999).

4.1.5.4. Flokülasyon

Koagülasyonun ilk adımını takiben, flokülasyon denilen ikinci bir işlem gerçekleşir. Flokülasyon, nazik bir karıştırma aşaması, görünür asılı parçacıkların, mikroskopik microfloc partikül boyutunu artırır. Microflocs yavaş karıştırma işlemi boyunca birbiriyle temas eder hale getirilir. Microfloc parçacıkların çarpışmaları, bunları pinflocs adı verilen daha büyük görünür yumakları üretmesi için bağa neden olur. Pıhtı boyutu koagülant veya organik polimerlere ilave oluşturulan inorganik polimerler ile ek çarpışmaları, etkileşim yoluyla inşa etmeye devam ederler. Macroflocs oluşturulur. Koagülasyon yardımcıları olarak adlandırılan yüksek molekül ağırlıklı polimerler, köprü, bağlama yardım ve flok güçlendirmek, ağırlık eklemek ve hızını artırmak için bu adım sırasında eklenebilir. Floc optimum büyüklüğe ve güce ulaştığında, su çökeltme işlemi için hazırdır. Bir saat ya da daha fazla veya 15 veya 20 dakika flokülasyon aralığı için tasarım temas süreleri vardır (URL 8).

4.1.5.5. Koagülasyon İşlemi ve Koagulanlar ve Koagülasyon Proses Yardımcıları

Koagülasyon reaksiyonlar, muhtemelen bir saniye zamandan daha az bir süre hızla meydana gelirler (Delphos ve Wesner, 2005). Tarihsel olarak, metal koagülasyon en yaygın su klarifikasyonunda kullanılmıştır (Flynn, 2009). En yaygın olarak kullanılan koagülasyon da şöyledir:

• Alum (alüminyum sülfat), Al2 (SO4) 3.14H2O. Genellikle, katyonik polimerler ile bağlantılı olarak kullanılır.
• Polialüminyum klorür, AI (OH) x (CI) Y. Bu daha az pH düzeltme gerektiren ve daha az çamur üreten bazı sularda etkilidir.
• Demir klorür, FeCl3. Bu bazı uygulamalarda şaptan daha etkili olabilir.
• Demir sülfat, Fe2 (SO4) 3. Bazı yerlerde bazı sularda etkili ve daha ekonomiktir.
• Katyonik polimerler, birincil pıhtılaştırıcı madde olarak ya da alüminyum ya da demir pıhtılaştırıcılar ile bağlantılı olarak tek başına kullanılabilir (Delphos ve Wesner 2005).

Sık sık yerleşme güçlükleri nedeniyle yavaş yerleşme ve kolayca yerleşme havzasında hidrolik kesme tarafından parçalanmış flocs nedeniyle oluşur. Bu nedenlerden dolayı, koagülasyon yardımcı maddeler ile normal olarak kullanılır (Sincero ve Sincero, 2003c).

Koagülasyona yardımcı olmak için kullanılan tipik katkılar şunlardır (Sincero ve Sincero, 2003C, Delphos ve Wesner, 2005) :

• Yüksek molekül ağırlıklı anyonik ya da iyonik olmayan polimerler
• Aktif silis ve kil
• Bentonit
• Asitler ve alkaliler 

Bu katkı maddeleri, yüksek renk, düşük bulanıklık, ve düşük mineral içeriği içeren su tedavisinde demir şapı primer pıhtılaştırıcı maddeler ile bağlantılı olarak pıhtılaştırıcı yardımcı olarak kullanılmaktadır (Sincero ve Sincero, 2003c).   

4.1.5.6. Kavanoz Testi

Pratikte, hangi koagülant veya koagülant yardımcısı kullanılırsa kullanılsın, optimum doz ve pH bir kavanoz testi ile belirlenir. Bu doz, değişen miktarlarda tatbik edilen ham su ile dolu dört ila altı kap (hacim olarak örneğin, 1000 ml) arasında oluşur. Her bir deney şişesi, 0 ila 100 rpm çalışabilen değişken hızlı bir karıştırıcı ile donatılır. (Sincero ve Sincero, 2003c).

Doz saptandıktan sonra, içerik hızlı bir dakikalık bir süre için yaklaşık 60 rpm ila 80 kadar bir hızla karıştırılır ve daha sonra 15 dakikalık bir süre için 30 rpm'lik bir hızda topaklanması için izin verilir. Karıştırma durdurulduktan sonra, flocs doğası ve yerleşme özellikleri gözlenen ve niteliksel olarak, kötü, orta, iyi ya da mükemmel olarak kaydedilir. Bir sisli numune kötü koagülasyonu gösterir; düzgün pıhtılaşmış örnek flocs, temiz su ile hızla yerleşerek iyi biçimli flocs ile ortaya çıkar. İstenilen yumakları ve netlik üreten kimyasalları, pH düşük dozlu optimumlar temsil eder. Bu, tesisin gerçek en uygun çalışma dozu olarak kullanılır. (Sincero ve Sincero, 2003c).     

Kavanoz testi, koagülasyon-flokülasyon kimyasal bileşikler ve konsantrasyonların en adapte karışımı olarak tanımlamak için kullanılmaktadır. Bu potansiyel olarak etkili bir kompleks olarak altı farklı doz alınır. Aynı hacmi ve konsantrasyonu ihtiva eden birkaç aynı kavanoz ile oluşan bir toplu testtir. Altı kavanoz ile bilinen hızlarda aynı anda karıştırılabilmektedir. Muamele edilmiş besleme örnekleri hızlı bir şekilde karıştırılır ve daha sonra yavaş yavaş durulmaya bırakılır. Bu 3 kademeli hızlı karışım, pıhtılaşma-flokülasyon ve çökeltme havzalarının büyük ölçekli sonuçlarına dayalı dizilerin bir yaklaşımıdır. Çöktürme periyodunun sonunda, test numuneleri kavanozdan çekilir ve sıvının bulanıklığı ölçülür. Pıhtılaştırıcı dozuna karşı bulanıklık uygun doza (kabul edilebilir açıklık elde etmek için gerekli diğer bir deyişle en az bir miktarda) karşı bir göstergesini verir. Böylece bir tezgah kavanoz testinden elde edilen kriterler sonuçtaki topak kalitesi ve yerleştikten sonraki süpernatant sıvının açıklığını verir. Tam ölçekli tesis sürecinin tasarımı daha sonra kimyasallar ve bunların konsantrasyonları  ve laboratuvar ölçekli seçimine dayalı yapılır (URL 7).

4.1.6.Kimyasal Oxidasyon

Yükseltgenme-indirgenme (redoks) reaksiyonları su kalitesi hedeflerinin geniş bir yelpazede ele alınarak, pek çok su arıtma işlemleri için uygulanmasının temelini oluşturmaktadır. Bunlar demirin çıkarılması, manganez, kükürt, renk, tatlar, koku ve sentetik organik (bitki ve böcek öldürücüleri) (HESBY, 2005) içerebilir. Bir redoks reaksiyonu, iki yarım reaksiyondan oluşur: yarım reaksiyondan biri bir elektron kaybı içerir ve oksidasyon olarak tanımlanır. Elektronların kazanç kapsayan diğer yarım Reaksiyonu ise azalma olarak tanımlanır. Potansiyel elektron alıcısı olarak hizmet veren kimyasal türler oksidanlar olarak kabul edilmektedir. Potansiyel elektron verici olarak saptanmıştır. Bu indirgeyiciler şeklinde bilinmektedirler (Chammas et al., 2005). Serbest elektronlar çözeltide var olamaz ve elektronlar korunmuş olmalıdır, çünkü bir oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonu daima birleştirilmesi gerekmektedir (HESBY, 2005).

Su arıtmasında kullanılan oksitleyici maddeler veya antioksidanlar, klor, klor dioksit, permanganat, oksijen ve ozon içerir. Belirli bir su kalitesi hedefi gerçekleştirmek için uygun oksidan ham su kalitesi, spesifik kirleticiler ve yerel kimyasal ve elektrik maliyetleri  gibi faktörlere bağlıdır (HESBY, 2005).

Kimyasal oksidasyon, kimyasal türlere oksitleyici bir reaktif elektron transferini içeren bir yöntem olarak okside edilir. Su ve atık su mühendisliği, kimyasal oksidasyonda zararsız ya da stabilize ürünleri, çürüyen kirletici maddeleri, dönüştürme amacına hizmet eder. Kimyasal oksidasyon prosesleri, doğal sularda gerçekleşecek ve yüzey sularına doğal arıtma olarak önemli bir mekanizma olarak hizmet vermektedir. Gazlı sular içinde çözünmüş demir ve sülfür kirleticilerin oksidatif olarak çıkarılması önemli bir örnektir. Organik atık maddelerin bozulması doğal su arınma ile bağlantılı daha önemli bir olguyu temsil etmektedir. Bağlı bir oksidan olarak çözünmüş oksijen çok etkili bir kullanımı katalize etmek için hizmet eden mikroorganizmaların varlığı doğal su, organik oksidasyon kadar etkinliği olduğu iyi bilinmektedir. Aslında, bu tür bir mikroorganizma ile katalize edilen işlemler optimize edilmiştir ve yüksek konsantrasyonu, organik atık arıtma uygulamalarında sözde "biyolojik süreçlerin" çeşitli formları haline gelirler (Shammas et al., 2005).

4.1.6.1. Oxidasyonun İçeriği

Çürüyebilir maddelerin, doğal su sistemlerinde kirletici maddelerin en sık rastlanan sınıfları içerdiği bilinmektedir. Bu maddelerin ayrışmasında genellikle su içinde çözülmüş oksijen tükenmesine neden olduğu, su kalitesinde de etkili olduğu bilinmektedir. Çözünmüş oksijen, sırayla, üst trofik sucul organizmalar varlığına esastır ve yaygın bir su sisteminin kalitesi veya kirlilik durumunun en önemli göstergesi olarak kabul edilmektedir. Su ortamında oksijen dengesi, analiz kirliliği, malzeme tüketimi önemli olsa da, atmosferden oksijen transferi, normalde en önemli olayın oksijen kaynağının teşkil ettiğini göstermektedir. Oksijen gibi tüketimine neden olan kimyasal reaksiyonlar oksidasyon işlemleri şeklinde bilinmektedirler (Shammas et al., 2005).

Uygun malzemelerin denge hesabına katılması için, belirli bir doğada, her kimyasal değişime ters etki süreci eşlik etmelidir. Çürüyebilir kirleticilerin birlikte bozunma oksidasyonu gibi tanımlanmıştır. Böylece, moleküler oksijen sarfiyatı daha uygun indirgeme olarak adlandırılır. Diğer bir deyişle, oksidasyon ve redüksiyon gibi birleştirilmiş süreçlerin meydana gelmesi gerekir. Eğer oksitleme-indirgeme en fonksiyonel olarak kabul edilebilir bir tanımı olursa, reaksiyona türler arasında giren elektron transferi olarak denir (Shammas et al., 2005).

4.1.6.2. Hidrojen Sülfürün Kaldırılması

Hidrojen sulfur yaygın olarak kuyu suyunda bulunur, farklı bir çürük yumurta kokusu vardır. Su zemin üzerinden geçerken, sülfat ile temas eder. Su yüksek mineralli ya da ayrışma ürünlerini içeriyorsa, bu mineraller ve diğer maddeler sülfatlar ile reaksiyona girer ve hidrojen sülfür (H2S) onları değiştirecektir. Yüzey sularının nadiren hidrojen sulfide problemleri vardır çünkü su yüzeyde akarken zaten havalandırılmaktadır (URL 3).

Su içinde eridiğinde hidrojen sülfür gazı hidrosülfürik asit haline dönüşür. Asit zayıftır fakat koroziftir, elektrik temaslarını yer, hafif bir kokuya neden olur ve siyah su şikayetlerine sebep olur. Hidroflorik asit içeren su, bir kaç saat içinde su hatlarında kalınca çok koyu olacaktır. Bir yangın hidrantında yıkama sırasında siyah su genellikle fark edilir (URL 3).

Hidrojen sülfit, yüksek miktarlarda mevcudiyeti kolayca koku ile anlaşılabilinir. Nahoş çürük yumurta kokusu bu gazın çok karakteristiğidir ve kaldırılamaz veya azalmadığı sürece, birçok şikayete neden olur. Bunun bir sonucu olarak, su içinde H2S gazı insanlara zararı olmasa da, genellikle mevcut olduğu zaman çıkarılır (URL 3).

Hidrojen sülfitin uzaklaştırılması için kullanılan üç yöntem bulunmaktadır: gaz, yoğun olması durumunda, sudan gazın havaya kaçması için izin verilmeli ve havalandırılmalıdır. Hidrojen sülfidli havalandırma suyunun pH'ı, ilkin 6 veya daha aza azaltılabilir ve bundan sonra da gazlar havalandırma ile giderilebilinir. Kalan gaz (ya da gaz daha düşük konsantrasyonlar) klor ile oksitlenebilir. Seçenek olarak ise, ozon, hidrojen sülfiti sülfürik asite dönüştürmek için kullanılabilir, ancak ozon çok koroziftir bundan dolayı problemlere neden olur (URL 3).

4.1.6.3. Demir ve Mangan Giderimi

Hem demir (Fe) ve mangan (Mn) su kaynaklarının bulunabilir mineralleridirler. Mineraller porselenlerin ve çamaşırların üzerinde lekeler yaparlar, kahve ve çayın bulutlu ve lezzetsiz olmasına neden olurlar. Buna ek olarak, diyareye neden olurlar (URL 3).

Kuyudan boşaltılan su, demir ve manganez içserse de açık gözükecekti. Birkaç saat boyunca havaya maruz kalma üzerine, mineral okside olacak ve su renkli olacaktır. Okside demirin varlığı suyun kırmızı olmasına neden olur ve aynı renk lekeleri ile sonuçlanır. Mn koyu kahverengi mineral ve ortaya çıkan lekeler koyu kahverengi veya siyah olmaktadır (URL 3).

Sudan, Fe ve Mn çıkarmak için genellikle uygulanan arıtma, mümkün olduğunca hızlı mineral okside ve süzme yoluyla oksidasyon malzemesini kaldırmaktır. Mn her mineral için kullanılan arıtma yöntemini etkileyen demirden daha yavaş bir hızda, oksitlenmiş ve renksiz su olur. Buna ek olarak, pH değeri, her iki mineral oksidasyon hızını etkiler, bu nedenle arıtma sırasında suyun pH’ını değiştirmek genellikle gereklidir (URL 3).

Fe ve Mn, indirgenmiş (Fe II, Mn II) ve normal olarak ve Fe (OH) 3 ve Mn (OH) halinde çökelirler ve burada Fe III ve MnIV e oksidasyonu ile çıkarılabilir haldedirler. Çökeltiler, daha sonra sedimantasyon ve / veya filtreleme adımlarından çıkarılır. Çeşitli oksidanlar, bu işlemle, yani, klor dioksit, ozon ve potasyum permanganat için kullanılabilir. Ayrıca, geleneksel kireç yumuşatma işlemi ile çıkarılır (HESBY 2005)

Bazı durumlarda oksidasyon kimyasal ilavesiyle tamamen gerçekleştirilir. Su ilk olarak havalandırılır. Diğer durumlarda, daha sonra bir alkali oksidasyonunu tamamlamak için eklenir. Alkali pH değerini optimize eder ve demir ve manganez okside havadaki oksijeni kullanır. Aynı zamanda, alkali, su içindeki karbon dioksit konsantrasyonu azaltır (URL 3).

4.1.6.4. Tat ve Koku Giderme

Özellikle organik doğanın sonucu, ham suyun meydana gelen en sakıncalı yönü tatları ve kokularıdır. Özellikle yüzey suları alg varlığı, diğer kokulara neden olan organizmalar ve çürüyen bitki örtüsünden dolayı gelen koku sorunları vardır (HESBY, 2005).

En iyi bilinen ve yaygın kokuya neden olan bileşikler alg, methylisoborneol (MIB) geosmin ile bağlantılıdır. Her iki Aktinomisetlerin, çeşitli mavi-yeşil algler tarafından üretilen ve oksidasyona karşı özellikle dayanıklıdır. Özellikle sert uygulamalar ile kabul edilebilir seviyelere getirebilinir, tatları ve kokuları azaltmak için oksidasyon ve adsorpsiyon gerekebilir (HESBY, 2005).

4.1.7. Suyun Yumuşatılması

Yumuşama sabun kullanımı ile müdahale ederek iyonları kaldırma işlemine verilen isimdir. Bu iyonlar, çok değerlikli katyonları, daha çok kalsiyum ve magnezyum varlığı nedeniyle sertliklerinden dolayı adlandırılır. Doğal sularda sertliğe neden olan iyonlar var olabilir ama önemsiz miktarlarda Fe + 2, Mn2 +, Sr2 +, Ba2 + ve Al3 + 'vardır (Sincero ve Sincero, 2003d). Su yumuşatma, kalsiyum, magnezyum, ve sert su içinde diğer bazı metal katyonların çıkarılmasıdır (URL 9). Sert sular aşırı miktarda bu sertlik iyonlarını içerir (Sincero ve Sincero, 2003d). Ortaya çıkan yumuşak su sabun ile daha uyumlu olur ve sıhhi tesisat ömrünü uzatır. Su yumuşatıcı, genellikle kireç yumuşatma veya iyon değişim reçineleri kullanılarak elde edilir (URL 9). 

4.1.7.1. Sertliklerin Tipleri

Sertlik, genellikle kalsiyum karbonat, litre başına denk miligrams açısından ifade edilir. Toplam sertlik genellikle mg CaCO3 / L magnezyum ve kalsiyum sertliğinin sadece toplamı olarak tanımlanmaktadır. Toplam sertlik de karbonat ve karbonat olmayan sertlik içine ayırt edilebilir. Karbonat sertliği bikarbonat tuzlan [Ca (HCO3) 2 ve Mg (CO3) 2] ve karbonat bileşikleri (CaCO3 ve MgCO3) şeklinde toplam sertliğin mevcut kısmıdır. Karbonat olmayan sertliği, örneğin kalsiyum sülfat (CaSO4), kalsiyum klorür (CaCl2), magnezyum sülfat (MgSO4) ve magnezyum klorür (MgCI2) ve karbonatlı olmayan tuzlar gibi kalsiyum ve magnezyum mevcut kısmı vardır (Horsley et al., 2005).

Aşağıdaki listeler sert sularda genel sınıflandırmadır (Sincero ve Sincero, 2003C, Gottlieb, 2005):

Yumuşak	<50 mg/L as CaCO3
Hafif Sert	75–150 mg/L as CaCO3
Sert	150–300 mg/L as CaCO3
Çok sert	> 300 mg/L as CaCO3

Çok yumuşak suyun sümüksü bir şekli vardır. Sabun ile kullanıldığında, örneğin, yumuşak yağmur suyu, sümüksü olur. Bu nedenle, evsel amaçlar için kullanılan su sertliği tamamen kaldırılmaz. Sertlik normal CaCO3'dür 75 mg ila 120 / L seviyesine çıkarılır (Sincero ve Sincero, 2003d).

4.1.7.2. Sert Su ile Problemler

Ca ve Mg gibi bazı metal iyonlarının bulunması, esas olarak su içinde bikarbonatlar klorürler ve sülfatlar gibi sorunlara ve çeşitli hastalıklara neden olur (URL 9).

• Kireç oluşumu Sert su sıhhi tesisatı bozar ve galvanik korozyona yol açar. Endüstriyel ölçekli su yumuşatma tesislerinde, yeniden üretim işlemi, atık akış kanalizasyon sistemlerini etkileyebilecek ölçeği hızlandırabilir.

• Sabun köpüğüSabunlar, cildin yüzey katmanlarında yağ olarak bağlanmak eğilimindedir çünkü yumuşak su basit seyreltme ile çıkarılması zor sabun molekülleri ile sabun kullanırken kaygan bir duygu yaşatır. Buna karşılık, sert su bölgelerinde durulama suyu etkin bir şekilde deriden artık sabun kaldırma işlemini hatırlatır ama potansiyel olarak yaygın sabun cürufu, küvet ve duş yüzeyleri üzerinde çözünmeyen stearatlar, bir kaplama olarak ayrılmadan, çözünmeyen tuzlar oluşturur, kalsiyum veya magnezyum iyonları içerir. Bu etkilerin hangisi daha fazla veya daha az arzu ediliyor olması, kişiden kişiye değişir ve sliminess ve yumuşak su kimyasallar ekleyerek sertleştirilebilirler (örneğin kabartma tozu, kalsiyum klorür veya magnezyum sülfat gibi kimyasal maddeler ekleyerek su sağlamlaştırmak olabilir) (URL 9).

4.1.7.3. Yumuşatmanın Yararları

Merkezi bir arıtma tesisinde su yumuşatıcının potansiyel faydaları şunlardır (Horsley et al., 2005):

• çözünmüş mineraller ve ölçek oluşturan eğilimlerin azaltılması
• Ev temizlik maddelerinin tüketiminin azaltılması
• radyum 226 ve 228 Çıkarma
• Arsenik de dahil olmak üzere, ağır metaller çıkarma
• Silika ve florür çıkarma
• Bazı organik bileşikleri çıkarma ve toplam organik karbon azaltma (TOK)
• Demir ve mangan çıkarma
• Bileşenlerin çıkarılması derecesi, genellikle kullanılan arıtma sürecine bağlıdır, sertlik çöktürme işlemi ile bağlantılı olarak yüzey bulanıklık azaltılması. Tüketiciye faydaları kaynak suyu kalitesi ve kullanıcı ihtiyaçlarına bağlıdır.

4.1.7.4. Suyu Yumuşatma Metodları

Su sertliğini büyük oranda gidermek için en yaygın olarak kullanılan vasıtalar, iyon-dönüşüm polimerleri ya da ters ozmozdur. Diğer yaklaşımlar kenetleme maddelerinin eklenmesiyle çökeltme yöntemleri ve tutma ile bulunur. Sözde bir su yumuşatma tekniği olarak manyetizma veya elektroliz kullanan cihazlar, aslında sudan sertlik iyonlarını çıkarmadan ölçekli birikimini engellediği iddia edilmektedir. Bu tür cihazlar 20. yüzyılın başlarından beri tüketicilere pazarlanan, ama hileli ürünlerdir (URL 9).

4.1.7.5. Sertliği Gidermek için Arıtma Tipleri

Uygulamada, bitkiler iki tip genel kimyasal çöktürme sertlik giderme için kullanılır: birinci tip çökeltme reaksiyonu kolaylaştırmak için bir koyu çamur temas mekanizması kullanır. İkinci tip flash karışımı, bir flokülasyon havzası ve sedimantasyon havzası oluşturur. Eski bir katı temas temizleyicisi olarak adlandırılır. Flaş karışımı, flokülasyon ve sedimantasyon ikinci düzenleme birimi operasyonları önceki bölümlerde ele alındı. Bir katı-iletişim arıtıcısı Şekil 4.12 de gösterilmiştir. Kimyasallar primer karıştırma ve reaksiyon bölgesine sokulur. Burada, taze reaktifler açıklama bölgesinden kaputun altına konarak, dönüş çamuru ile rotor pervane ve karışık tarafından üretilen dönen hareketi ile karıştırılır. Dönüş çamurunun amacı kimyasal tepkimenin başlatılması için önemli olan çekirdekleri temin etmesidir. Karışım daha sonra ikincil reaksiyon ve karıştırma meydana getiren çamur battaniye ile yukarı akar. Reaksiyon ürünleri daha sonra arıtılmış su reaksiyon ürünü ile katı maddelerin çökelmesi ile ayrılır, durultma bölgesi içine taşar. Su nihayet atık deşarjı içine taşınır. Dip çamuru, çamur boşaltma borusu vasıtasıyla çekilir (Sincero ve Sincero, 2003d). 

Şekil 4.12. Katı-İletişim Arıtıcısı (Courtesy of Infilco Degremont, Inc.) (URL 10).

4.1.7.6. Kireç Soda Süreci

Kimyasal soda ve kireç, kalsiyum ve magnezyumun neden olduğu sertlik çıkarılması için kullanılabilmektedir. Böylece, kireç-Soda prosesinde kullanılır. Bu işlem, sözü edildiği gibi, kireç (CaO) ve soda külü (Na2CO3) için kullanır. İşlemin adından da anlaşılacağı gibi kimyasal reaksiyonların iki olasılıkları ile ilgilidir: kireç reaksiyonları ve sodyum karbonat reaksiyonları. Daha tam gerçekten süreçte neler olup bittiğini anlamak için, bu kimyasal reaksiyonları tartışmak önemlidir. Biz kireç reaksiyonlarını tartışarak başlayalım. CaO, ilk bikarbonat ile reaksiyondan önce, söndürülmüş kireç oluşturmak üzere su ile reaksiyona girer. (Sincero ve Sincero, 2003d)

2 katı madde üretilebilinir : Mg (OH) 2 ve CaCO3 ve kireçten kalsiyum iyon ekleyerek, suya bir sertlik katacaktır ve CaCO3'ü çıkartacaktır. Sertlik iyonları çökelir olmasına rağmen, elde edilen katı madde, ancak, suyu yumuşatmada sorun teşkil etmektedir. Magnezyum, karbonat veya gazsız sertlik şeklinde olsun, her zaman hidroksit formunda çıkarılır. Böylece, toplam magnezyum sertliği çıkarmak için, daha çok kireç karbonatlar ve noncarbonates hem de genel olarak stoikiometrik gereksinimleri karşılamak için ilave edilir (Sincero ve Sincero, 2003d).

Kireç-soda işleminin uygulanması mümkün olduğu kadar magnezyum çıkarılmayan sol ve sadece arzu edilen arıtılmış su sertliği karşılamak için kalsiyumun giderilmesine dayanmaktadır ve olduğu şekilde olması gerekmektedir. İstenen sertlik derecesi, sadece kalsiyum iyonları uzaklaştırılarak karşılanmazsa, magnezyumdan sonra temizleme başlatılabilir. Bu kalsiyum sonuçlanan gazsız sertliği kaldırmak için soda külü olası ilave edilmesi izlemiştir ve kireç kullanımını gerektirecektir. Daha önce de belirtildiği gibi, kalsiyum iyonu CaCO3'ün formunda çıkarılır. Bu kalsiyum gazsız sertlik çıkarılması için soda külü olarak da bilinen, ikinci kimyasal kullanımı için bir nedendir. Ham su içinde orijinal kalsiyum gazsız sertlik kaldırmak ve magnezyum gazsız sertlik yağıştan kaynaklanan yan ürün kalsiyum gazsız sertliği kaldırmak için kullanılır: Bu soda külü sadece iki amaçlı kullanılır. Kireç kullanılarak magnezyum karbonat sertliğini herhangi bir kalsiyum gazsız sertlik üretmek olmadığını hatırlamak önemlidir. Kireç kullanıldığında, yan kalsiyum gazsız sertlik üretebilen tek gazsız magnezyumdur (Sincero ve Sincero, 2003d).

• Sonraki

• Önceki
• Sonraki