Arıtma süreci alternatiflerinin seçme temeli, ham suyun özellikleri ve bitmiş su kalite hedefleri tarafından kurulmuştur. Dikkate daha çok, sıkı içme suyu kalite standartlarının gelecekte uygulanması ve ham su kalitesine olası değişiklikler ve değişkenliği verilmelidir. Böylece amaç ve hedeflerin yanı sıra kısıtlamalar ve önceki bölümde tanımlanan kısıtlamalar, tüm alternatif süreçlerin seçimi üzerine olmalıdır. Ayrıca, büyük ekipman, yükleme sonrası hizmetleri ve operatörler ve bakım personelinin yeteneğinin yanı sıra, atık taşıma gereksinimleri ve su arıtma kimyasallarının kullanılabilirliği ve maliyet durumu, tüm büyük su arıtma seçimini etkileyen süreç, özellikle uzak bölgelerde ve gelişmekte olan ülkelerde önemlidir (Kawamura, 2000). Seçimi ve belirli bir tesiste kullanılmak üzere su arıtma süreçlerinin tasarımı pratiklik, güvenilirlik, esneklik ve genel ekonomi ile belirlenir. Su arıtma tesisi tasarımında deneyimli mühendisler herhangi bir durum için en iyi arıtma sistemini belirlerler ve onların tavsiyeleri projenin planlama yapılmasının erken dönemlerinde uygulanmalıdır (Technical Manual, 1985).
Yeraltı suyu ve yüzey suyu arasındaki arayüz havadan kısıtlı, ama özellikle hassas ve toplam çevrede kritik bir niştir. Bu arayüzde, karasal manzara çevre koşullarından etkilenmiş olan yeraltı suyu memba çevre koşullarından etkilenmiş olan yüzey suyu ile etkileşime girer. Ayrıca, kimyasal olarak farklı yüzey suyu, hyporheic bölgede kimyasal olarak farklı yeraltı suyu karşılaşınca gerçekleşecek olan kimyasal reaksiyonlar bazı durumlarda karasal veya sucul ekosistemlerde, değişikliklerin bir göstergesi olarak kullanılabilir biyokimyasal bir ortama neden olabilir. Aynı havadan gelen bu arayüzü, birçok farklı bilimsel ve teknik disiplinlerin odaklanmasından dolayı anlama yeteneği zordur. Yeraltı suyu ve yüzey suyunun arayüzünü okuyanlarda bunun faydası büyük karasal ve sucul ekosistemlerde olumsuz ya da olumlu değişikliklerin yararlı biyolojik veya kimyasal göstergeleri bilmeleri olur (Winter et al., 1998).
Zaman içerisinde (5 ila 10 yıl), yeterli bir süre boyunca alınan yüzey suyu kalitesi ile ilgili veriler, hem gözden geçirilmiş ve fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik ve ham suyun radyolojik özelliklerini değerlendirmek için değerlendirilmelidir olmalıdır. Risk değerlendirmesi, aynı zamanda suyun, kimyasal sızıntılar veya radyoaktif atıklar ile kirlenme açısından yapılmalıdır. Ayrıca, havzadaki mevcut ve gelecekteki arazi geliştirme derecesi incelenmelidir (Kawamura, 2000).
Ham su özellikleri büyük farklılıklar gösterir, rezervuar su yüzey ve yeraltı suyu ile karşılaştırıldığında, sert ve yumuşak su ve nehir suyu arasındaki fark, büyük ölçüde değişmektedir. Bu nedenle, yeraltı suyu sistemleri yüzey suyuna göre daha yaygındırlar, ancak daha fazla kişi yüzey suyu içmektedir (Flynn, 2009). Yeraltı suyu olarak proses suyu kaynağı olarak seçilirse, yüzey su ile ilişkili aynı hususlar geçerlidir. Ham su kaynağı olarak yeraltı suyunda ilave çalışmalar yapılması gerekir, jeolojik koşullar, pompalama sonucu su tablasının çekilmesi, deniz suyunun karışması ve endüstriyel atıklar, evsel atıklar, gübreler, tarımsal kimyasallar yeraltı sularına geçebilirler (Kawamura, 2000).
Sadece belirtilen nedenlerden dolayı, veri analizi, bir su kaynağının kalitesini değerlendirmek için çok önemli bir yöndür. Maksimum konsantrasyon seviyelerinin analiz ve dikkatle değerlendirilmesi gerekmektedir. Ham su bileşenleri İçme Suyu Kalite.
Standartları ile sınırlıdır. Ham suyun arıtılabilirliği, laboratuvar ölçekli testlerin kullanımı ve bir pilot çalışma yoluyla değerlendirilebilir (Kawamura, 2000).
Önerilen arıtma tesisinin yakınında başka bir arıtma tesisi varsa, dizayn mühendisleri yeni yapılacak arıtma hakıında fikir verebilirler (Kawamura, 2000).
Yüzey suyu işleme kaynakları su kalitesine bağlı olarak, çeşitli metodlar ile gerçekleştirilebilir. Bazı örnekler, geleneksel arıtma ile başlayarak, aşağıda verilmiştir. Tüm yüzey suları dezenfeksiyon gerektirir, bu nedenle ne olursa olsun bir yüzey su arıtması için seçilen arıtma şekli, dezenfeksiyonu içermelidir (Logsdon et al., 1999).
Sadece Filtrasyonsuz Dezenfeksiyon: Yüzey sularının arıtılmasında çok az bir kısım dezenfeksiyon kullanmaktadır, ve nüfusun artması ile birlikte yavaş yavaş kullanılmamaya başlamaktadır, ve su yöneticilerinin kontrolde zorlanmaları veya su havzasına sahip olmaları konusundaki zorluklar da söz konusudur. Bununla birlikte, bazı çok büyük olanlar da dahil olmak üzere bazı sistemler, şimdi su arıtma için bu yaklaşımı kullanmaktadırlar.
Konvensiyonel Arıtma: Dezenfeksiyon farklı arıtma tesislerinde değişen dezenfektan ilave noktası ya da noktaları ile geleneksel arıtmaya dahildir. Geleneksel arıtma trendi, uzun süreler için 20 ila 50 NTU aşan bulanıklık, ara ara ya da her zaman bulanık olan kaynak suları için uygundur. Ohio Nehri arıtması için modern bir varsayımsal geleneksel olan filtrasyon tesisleri (Şekil 7.1) sel esnasında, 10 NTU’dan 1000 NTU’ya kadar yüksek olacak şekilde, suda olan bulanıklığı arıtacaktır (nehir üzerindeki konumuna da bağlı olarak). Koagülant dozlar sel sırasında 100 mg / L 10 mg / L gibi düşük olabilir. Tercih koagülanta bağlı olarak, bir alkali eklenmesi bazı zamanlarda gerekli olabilir. Hızlı karıştırma flokülasyon tarafından takip edilecektir. Sedimantasyon, geleneksel uzun dikdörtgen havzalarda başarılı ya da tüp ya da plaka yerleşimciler tarafından destekli havzalarda olabilir. Filtrasyon muhtemelen çift medya (kum üzerinde taşkömürü) kullanımını içerecektir. Yan ürün oluşumu dezenfeksiyon düşürücü mevcut vurgu ile, klorlama muhtemelen sedimantasyondan sonra veya filtrasyondan sonra yer alacaktır. TOC kontrolü için olağanüstü önlemler gerektirecek Ohio Toplam organik karbon konsantrasyonu genellikle çok yüksek değildir (Logsdon et al., 1999).
Şekil 7.1. Yüzey sularında konvensiyonel arıtma.
Ön Arıtma ile Konvensiyonel Arıtma: Bazı yüzey suları çok sediment yükü taşıdığı zaman, su arıtma tesisleri konvansiyonel arıtmadan once, bir ön çökeltim adımı koyar. Yirminci yüzyılın başlarında, hiçbir kimyasal ilavesi ile düz sedimantasyon konvansiyonel arıtmadan önce askıda katı maddeleri kaldırmak için uygulanmamıştır. Şimdi, polimer eklemek veya birinci sedimantasyon adımını arttırmak ve arıtmanın geri kalanı üzerindeki yükü azaltmak için koagülant yaygındır. Bu nedenle, kaynak sularının geniş bir arıtma olabilir konvansiyonel arıtma yöntemi, bazı daha geleneksel arıtma ön şeklini gerektirir ve bu da zor olabilir. Kloraminler veya klor dioksit kullanılarak ön dezenfeksiyon kaynağı, su içinde bakteri konsantrasyonu azaltmak için bazı tesislerde kullanılabilir (Logsdon et al., 1999).
Çok Yüksek Kaliteli Kaynak Suları için işlemler: Kaynak suları, çok düşük türbiditlerde, TOC’u düşük konsantrasyonlarında ve gerçek renk düşük konsantrasyonlarında olanlar için, konvansiyonel arıtma tesisinde kullanılan arıtmanın bazı adımları gerekli olmayabilir, ya da diğer filtrasyon işlemleri daha uygun olmaktadır. Çok yüksek kalitede bir kaynak suyuna muamele iki-atomlu toprak filtrasyon yavaş kumlu süzme kullanılarak önceden arıtma olmaksızın ya da konvansiyonel arıtma şeklinde, sedimentasyon stepini ortadan kaldırarak, doğrudan filtrasyon ile süzme ile elde edilebilir. Şekil 7.2 flokülasyonun ihmal edildiği bir in-line filtrelemeye alternatif olarak, doğrudan filtreleme için bir işlem şematik diyagramıdır. Klorlama üzerine DBPlerin yüksek konsantrasyonlarını getirmek üzere değil, büyük olasılıkla sular için, klor iyi bir dezenfektan olacaktır (Logsdon et al., 1999).
Şekil 7.2. Yüzey sularında doğrudan ve in-line filtreleme ile arıtma
Çözünmüş Hava Flotasyonu: Rezervuarlar ve önemli alg çoğalmalarının olduğu diğer yüzey suları, temizlenmeyen filtreler hızlı birşekilde algler tarafından tıkanır. Düşük bulanıklı kaynak suları için uygun yöntemler alg yüklü su arıtması gerektirdiğinde çok başarılı değillerdir. Yosun batmak yerine yüzme eğiliminde olduğundan dolayı geleneksel arıtmada kullanılan sedimantasyon havzalarda olsa da, yosun kaldırılmasında çok başarılı değillerdir. Alg yoğunluğu suyunkine yakın olursa ve oksijen üretirlerse, algler kendi yüzdürme cihazlarını oluşturabilirler. Varsa, algler dahil soğutulmuş partikül maddeler, durultma tankının üstünde yüzerler, bu nedenle, daha iyi bir yosun çıkarılması için uygun olan bir işlem hava flotasyonunu (DAF) çözündürür. DAF, temizleme süreci ve yosun aynı yönde çalışırlar. Konvansiyonel arıtmadaki gibi, DAF kimyasal besleme, hızlı karışım ve flokülasyonda olur, ama sonra DAF temizleyici sedimantasyon havzası içine konur. Bir DAF işlem şeması Şekil 7.3 'de gösterilmiştir.
Şekil 7.3. Yüzey sularında çözünmüş hava flotasyonu / filtrasyon arıtma
Yosunu yüksek konsantrasyonlarda olan sular, dezenfeksiyonda da yüksek konsantrasyonlarda öncü yan ürünleri olabilir (DKB), yani serbest klor ile ön dezenfeksiyonda, DBP ile uyum sorunlarına neden olabilir. Klorlamanın hemen önce veya filtrasyon ve kloraminler gibi alternatif dezenfektanların kullanımından sonra, kabul edilmesi gerekebilir (Logsdon et al., 1999).
Membran Filtrasyon: Membran filtrasyon süreçlerinin geniş bir yelpazesini kapsayan ve kullanılan membran prosesine bağlı olarak çeşitli kaynak suyu kaliteleri için kullanılabilir. Mikrofiltrasyon, yüzey sularının arıtmasında kullanılan, bakteri, protozoa ve kistler ookisti ve bulanıklığa sebep parçacıklar dahil partikül madde, geniş bir yelpazede kaldırabilir. Virüsler o kadar küçüktürler ki, bazıları mikrofiltrasyon zarlardan geçmeye çalışırlar. Mikrofiltrasyon yavaş kum filtrasyonu veya silisli toprak (DE) filtrasyonu, kaynak suyu türbiditleri için daha geniş bir uygulama için pratik olmakla birlikte, mikrofiltrasyon birçok geleneksel arıtma tesislerinde karşılaşılan yüksek türbiditleri işleyemez. Bu işlem ile arıtılmış su için uygun dezenfeksiyon işlemi çözünmüş organik karbon (DOC) ve kaynak suyunun içeriğine bağlıdır, bu nedenle Mikrofiltrasyon, çözünmüş maddeleri kaldırmaz. Membran filtrasyonun avantajlarından dolayı, çok yüksek Giardia kist ve Cryptosporidium ookistlerin kaldırılması, otomasyon kolaylığı ve bir membran tesisi için az yer kaplayan ve büyük bir genişleme ile tek seferde modüler bir şekilde küçük artışlarla kapasite yükleme yerine fizibilite dahil, ana giderler zamana yayılmış olur. Bir mikrofiltrasyon işlem dizisi Şekil 7.4'te gösterilmiştir (Logsdon et al., 1999).
Şekil 7.4. Yüzey suyunda Mikrofiltrasyon Arıtma.
Derin kuyulardan elde edilen birçok yeraltı suyu, bulanıklık ve mikrobiyolojik kirleticiler açısından çok yüksek kalitedelerdir. Onlara arıtma gerektiren maden bileşenleri yoksa, sadece arıtma olarak dezenfeksiyon yapılarak tüketim için uygun olabilir. Pek çok durumda, yer altı suyunda bulunan mineraller için ek arıtma gerekebilir (Logsdon et al., 1999).
Sadece Dezenfeksiyon, veya Arıtma Yapılmaması: Bazı yeraltı suları mikrobiyolojik kalite standartlarına uygun ve bir mineral içeriği varsa sadece dezenfeksiyon gerekebilir, bazı ülkelerde de dezenfeksiyona gerek te olmayabilir. Yeraltı Suyu Kuralları USEPA tarafından değiştirilip yayınlanırsa, o zaman bu durum değişebilir. Bu durumu lehine çeviren durum, akifer yüzey suyuyla direk bağlantılı değildir ve kuyu iyi inşa edilmişse, akiferde kirlenme olmaz. Yüksek kalitedeki yeraltı suları için, en yaygın olarak kullanılan dezenfektan doğal klorindir (Logsdon et al., 1999).
Demir veya Manganez, ya da her ikisinin de yok edilmesi, Artı Dezenfeksiyon: Eğer akiferdeki mineraller, demir ve mangan içerirse, bu inorganik bileşenler yeraltısuyunda bulunabilirler. Demir ve manganezin çıkarılması için, oksitlenme, çökeltme ve süzme yaygın olarak kullanılır. Şekil 7.5 demir ve manganın yokedilme prosesini göstermektedir. Kaynak suyunun içinde organik varlığı oksidasyon ve süzme ile demir ve manganezin kaldırılmasını zayıflatabilir. Demir havalandırma ile bir çok durumda oksitlenebilir. Doğal organik madde (DOM), yüksek konsantrasyonlarda mevcut değilse, 8 veya daha yüksek bir pH değerinde işleme, havalandırma ile demir daha hızlı bir oksidasyonu teşvik eder. Klor, potasyum permanganat, klor dioksit veya ozon, demir ve manganezi oksitlemek için kullanılabilir. Potasyum permanganat yaygın demire göre daha zor okside olan, manganez için kullanılmaktadır. Yeşil kum, özellikle küçük ve orta ölçekli sistemler için çok sayıda işleme tesisleri, demir ve mangan çıkarılması için potasyum permanganat ile bağlantılı olarak kullanılmaktadır. Yaş kum, çok doyduğu zaman permanganatı yüzeyde toplar, ve daha sonra az beslenmiş permanganattan demir ve manganezi çıkarır, böylece operatörler hamsuyun içindeki demir ve mangan için sürekli permanganatın dozajını arıtma tesisinde ölçmek zorunda kalmazlar. Kimyasal oksidanlar havalandırma yerine kullanıldığında, basınçlı filtreler arıtma sonrasında yeniden pompalanmasına gerek kalmadan, demir ve mangan kaldırılmasını gerçekleştirmek için kullanılır (Logsdon et al., 1999).
Şekil 7.5 Demir ve mangan arıtma, yeraltı suyu.
Çöktürücü Kireç Yumuşatma: Sert su, kalsiyum ve magnezyumun aşırı konsantrasyonlarını içermektedir. Hem yeraltı ve yerüstü suyundan sertliği kaldırmak için çöktürücü kireç yumuşatması ile arıtılabilinir. Arıtmada magnezyumu kaldırmak için, yüksek kalsiyumu da çöktürmek için yeterli pH değerini yükseltmek veya suya sönmüş kireç veya sönmüş kireç eklemek gerekir. Gazsız sertliği mevcutsa, sodyum karbonat ilavesi aynı zamanda kalsiyum ve magnezyum çökeltilmesi için çözüm olabilir. Su filtre edilmeden önce, kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksit çökeltileri bir bölme ile başka bir yere çıkarılır. Tesisin yumuşatma kısmında, ayrı karıştırıcıların, flokülasyon ve sedimentasyon proseslerinin olduğu yerde, kşreç çamurunun döndürülmesi, CaCO3 çökeltmelerini ve aglomera olan parçacıkları çoğaltır. Katıların temas ettiği temizleyiciler, hızlı karıştırıcı, flokülasyon ve sedimentasyon tek bir ilem havzasındaki steplerden oluşur ve uzun ve dikdörtgen çökeltme havzalarından ziyade yüksek hızlı arıtma tesisleri için dizayn edilirler. İki aşamalı yumuşatma işlemi Şekil 7.6 da gösterilmiştir. Katıların temas ettiği temizleyiciler, düşük sermaye maliyeti ve daha küçük alanı gereksinimleri olduklarından, özellikle yeraltı suları için cazip bir alternatif olurlar ve ayrık flokülasyon ve sedimantasyon birimlerine göre daha sık kullanılmaktadırlar (Logsdon et al., 1999).
Katıların temas ettiği temizleyicilerin kullanılması, çökelen maddelerin tortu bırakmasındaki, kanallarda ölçekleme yapılmasındaki ve boruları birbirine bağlayan unite proseslerindeki sorunları azaltabilir. Magnezyum kaldırıldığında, çökmüş su, yüksek pH’a (11.0 10.6) sahiptir ve pH’ı düşürülmelidir. Tipik haliyle, bu yeniden karbonasyon ile gerçekleştirilir (yani, karbon dioksit eklenmesi ile). Yeniden karbonasyon sonucu oluşan katı madde orta karıştırma, flokülasyon, sedimantasyon tesisleri tarafından çıkarılabilir. Bazı yumuşatma tesislerinde, karbon dioksit, daha çok pH azalması meydana getirmek ve suyu stabilize etmek için ikincil çöktürmeden sonra eklenir.
İki aşamalı yeniden karbonasyon, sertlik gidermeyi optimize etmek ve yumuşak suyun dengesini kontrol altında tutmakta daha etkili olmakla birlikte, daha az pahalı tek aşamalı yeniden karbonatlama işlemi, bazen aşırı kireç tedavisinde kullanılır. Kireç, karbon dioksit ile reaksiyona girer, çünkü havalandırma bazen yeraltı karbondioksiti kaldırmak için kireç yumuşatmadan önce kullanılır. Karbondioksit arıtması için daha fazla kireç kullanmak için sadece havalandırmanın kullanılabilir olup, olmadığı kararı ekstra kireç maliyetleri ve üretilen ekstra çamura karşı havalandırmanın maliyetinin bir ekonomik analizi yapılarak destekli olabilir (Logsdon et al., 1999) .
Şekil 7.6. İki kademeli aşırı kireç yumuşatma arıtması, yeraltısuyu.
İyon Değişim Süreçleri: Reçine yumuşama için en yaygın iyon değişimi sodium katyon değişimi (zeolit) reçinesidir, burada sodyumu iki değerlikli iyona, kalsiyum, magnezyum ve radyumu da içererek değiştirir. Radyum kalsiyum veya magnezyum ya da Ca ve Mn’nin her ikisi ile birlikte mevcutsa, radyumu yok etmeden önce, reçinenin sertlik giderme kapasitesi tükenir, böylece ilkin sertliği kırılır. Reçine sertlik giderme kapasitesine ulaştıktan sonra, bu, yıkanmış bir sodyum klorid çözeltisi ile yeniden, işlenmiş su ile durulanır. Rejenerasyon işlemi, reçineyi sodyum formuna döndürür, böylece tekrardan yumuşatma işlemi için kullanılabilinir. Kaynak suyunun bir kısmı, tipik olarak yumuşatıcı kabın etrafından bypass edilerek, yumuşatılmış su ile harmanlanır. Bu bitmiş su stabilize etmek için yardım eden kalsiyum iyonlarını sağlar (Logsdon et al., 1999).
Anyon değişim reçineleri katyon değişim reçineleri ile suyu yumuşatmak için kullanılarak benzer ekipman ile su arıtmasında kullanılır. Nitratlar gibi sülfatlar gibi anyonlar da diğer bileşiklerle birlikte, bu işlem ile çıkarılır. İyon değişim süreçleri suyu yumuşatmak için kullanılır, bazı durumlarda da, örneğin nitrat veya radyum olarak düzenlenmiş kirleticilerin uzaklaştırılması için kullanılır. İyon değişimi parçacık maddelerin, organiklerin, demir ve manganezin su içerisinde düşük olması halinde uygundur (Logsdon et al., 1999).
Ön arıtma ile demir ve manganezi kaldırmak için, eğer bu inorganikler varsa, önce iyon değişimi yapılmalıdır. Yüksek konsantrasyonlardaki NOM’lar bazı iyon değişim reçinelerini kirletebilir. Genellikle küçük tesislerde kullanılan iyon değişimi, sertlik konsantrasyonu ve yüksek gazsız sertliği değişken olan sularda, kireç ile yumuşatmada avantajlıdır. Şekil 7.7, bir iyon değişim tesisinin proses diyagramıdır (Logsdon et al., 1999).
Figure 7.7. Ion exchange softening, groundwater.
Sorun arıtma proseslerinin, birçok kullanım ve / veya bir yer için uygun olmamasıdır. Birçok arıtma için gereken yedek parça, bakım ve güç tüketiminden dolayı, arıtma tesisleri, dünyanın birçok yerinde gerçekçi olmayan bir seçenek olurlar. Arıtma sürecinin amacı oluşturulmalıdır. Sorunları öncelik sırasına göre sıralamak gerekir (URL 3).
Analiz amaçlı, sorunları “SHTEFIE” de adresleyerek, aşağıdaki gibi gruplayarak, gelişme programları ile kalkındırabiliriz:
H-Sağlık Faktörleri
T—Teknolojik Faktörler
E—Economik Faktörler
Tüm su temini için öncelikleri etkiler
F—Finansal Faktörler
I—Kurumsal Faktörler
E—Çevresel faktörler
