3. Hafta (Water Treatment) PDF

# BÖLÜM-2 ## FİZİKSEL ARITMA Doğal kaynaklardan sağlanan sular içinde çeşitli büyüklükte katı partiküller bulunabilir. Bunlar fiziksel işlemler ile arıtılabilir. Arıtma işlemi katı taneciklerin cinsi ve boyutuna göre değişir. Fiziksel arıtma işlemleri altı grup altında toplanabilir: - Izgaradan...

# BÖLÜM-2 ## FİZİKSEL ARITMA Doğal kaynaklardan sağlanan sular içinde çeşitli büyüklükte katı partiküller bulunabilir. Bunlar fiziksel işlemler ile arıtılabilir. Arıtma işlemi katı taneciklerin cinsi ve boyutuna göre değişir. Fiziksel arıtma işlemleri altı grup altında toplanabilir: - Izgaradan geçirme, - Sedimantasyon, - Koagülasyon, - Flotasyon, - Filtrasyon. - İleri arıtma işlemleri (membran prosesleri) Su içinde yüzen 5 mm den daha büyük parçalar (kağıt, tahta, bez, yaprak vb.), su bir ızgara veya elekten geçirilerek mekanik olarak tutulabilir. Çapı 50 µm den daha büyük olan tanecikler sedimentasyon havuzlarında çok uzun olmayan bir süre bekletilerek çökeltilebilir. 10 µm çaplı katı partiküller su içinde uzun süre askıda kalabilir. 10¹ µm den daha küçük çaplı katı partiküller ise, koloidal haldedir. ## **Partikül boyutu** **μm** | 10⁻⁵ | 10⁻⁴ | 10⁻³ | 10⁻² | 10⁻¹ | 1 | 10¹ | 10² | 10³ | 10⁴ | 10⁵ | |:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:| | Gerçek Çözeltiler | Kollodial Çözeltiler | Süspansiyon çözeltileri | - Çökeltme - Izgara - Gaz transferi - Sedimantasyon - İyon değişimi - Filtrasyon - Osmoz - Kimyasal koagülasyon - Elektrodlafiz - Adsorpsiyon - Biyolojik oksidasyon **Şekil - 2.1 Tanecik boyutuna bağlı olarak temel arıtım işlemleri** ## 2.1 ÖN TEMİZLEME İŞLEMİ - Ham suda bulunan tahta parçaları, ağaç dalları, plastikler ve bunlara benzer 6 mm - 150 mm boyutlarındaki yüzen yabancı maddeler elek veya ızgaralarda tutulur. Su içinde yüzen iri parçaları tutmak üzere çeşitli ızgara tipleri geliştirilmiştir. Şekil 2.2' de eğik ve döner tipte mekanik ızgaralar görülmektedir. **Şekil - 2.2 Izgara çeşitleri a) Eğik ızgara, b) Döner elekli ızgara** ## 2.2 SEDİMANTASYON Su içinde bulunan katı partiküllerin çökelmesi için, su sedimentasyon havuzundan çok küçük bir hızla geçirilir. Bu sırada askıdaki katı maddelerin bir kısmı ile (mekanik ön temizleme işleminden kalan) daha iri çözünmemiş yabancı maddeler kendi ağırlıkları ile dibe çökelirler. Havuz dibinde biriken tortular belirli zaman aralıkları ile temizlenir. Su içinde bulunan katı taneciklerin çökeltme havuzlarında bekletilme süreleri tanecik cinsine ve boyutuna göre değişir. Normal bir sedimantasyon işlemi ile su içinde bulunan yaklaşık 50 µm ve daha büyük çaplı tanecikler çökeltilebilir. Daha küçük çaplı taneciklerin çökeltilmesi için, pratikte kabul edilemeyecek kadar uzun süre beklenmesi gerekir. Çeşitli boyuttaki taneciklerin çökelme hızları Çizelge - 2.1 de görülmektedir. **Çizelge - 2.1 Çeşitli çaptaki katı partiküllerin çökelme hızları (p = 2,65 g/cm³ ve t = 10 °C)** | Tanecik çapı, µm | Çökelme hızı, m/saat | |:---:|:---:| | 1000 | 600 | | 100 | 20 | | 10 | 0,3 | | 1 | 3x10⁻³ | | 0,1 | 1x10⁻⁵ | | 0,01 | 2x10⁻⁷ | Çizelgeden görüldüğü üzere, 1 µm çapındaki bir katı partikülün su içinde çökelme hızı saatte 3 mm dir. Bu nedenle, su içinde bulunan çok küçük boyutlu taneciklerin havuz içinde dibe çökelmesi için çok uzun süre beklenmesi gerekir. ## Çökelme Hızı Taneciklerin çökelme hızı, tanecik boyutuna, suyun ve katı taneciğin yoğunluğuna ve suyun viskozitesine bağlıdır. Bu hız Stokes çökelme formülü ile ve bazı kabuller yapılarak hesapla bulunabilir. Sıvı içinde askıda bulunan bir katı tanecik yer çekimi kuvveti, sıvının kaldırma kuvveti ve sürtünme kuvveti olmak üzere üç kuvvetin bileşkesinin etkisi altındadır. Şekil - 2.3 **Şekil - 2.3 Sıvı içinde yüzen bir katı tanecik üzerine etki yapan kuvvetler** - Taneciği aşağı doğru çeken yer çekimi kuvveti, $F_G$ - Sıvının katı taneciği kaldırma kuvveti, $F_B$ - Katı tanecik yüzeylerine etkiyen sıvının sürtünme kuvveti, $F_F$ Bu üç kuvvetin etkisi ile tanecik aşağı doğru hareket ediyorsa, tanecik üzerine etkiyen (F) kuvveti, yer çekimi kuvvetinden, sıvının kaldırma kuvveti ile sürtünme kuvveti çıkarılarak bulunabilir. Burada,: - $F$ : Katı partikülü aşağı doğru hareket ettiren kuvvet - $F_G$: Katı partikül üzerine etki yapan yer çekimi kuvveti, - $F_B$: Sıvının katı partikülü kaldırma kuvveti, - $F_F$: Katı yüzeyinde oluşan sürtünme kuvveti' dir. Newton yasasına göre çökelmeyi sağlayan (F) kuvveti, kütle ve ivmenin çarpımı olarak, $F=ma$ şeklinde ifade edilebilir. Yer çekimi kuvveti, $F_G = mg = p_K.V. g$ dir. Burada, - $p_K$: Katı tanecik yoğunluğu - $V$: Katı tanecik hacmi, - $g$: Yer çekimi ivmesi' dir. Suyun kaldırma kuvveti, $F_B = p_S.V. g$ dir. Burada, - $p_S$: Sıvının yoğunluğu, - $V$: Katı tanecik hacmi, - $g$: Yer çekimi ivmesi' dir. Sürtünme kuvveti, katı taneciğin su içinde aşağı doğru hareketi sırasında yüzeylerde oluşan ve sıvının aşağı doğru hareketini engelleyen bir kuvvettir. Bu kuvvet aşağıdaki faktörlere bağlıdır. - Katı taneciğin boyutları, - Katı taneciğin şekli ve biçimi, - Aşağı doğru hareket hızı, - Sıvının yoğunluğu, - Sıvının viskozitesi. Bütün bu etkenler göz önüne alınarak ve katı tanecik bir küre kabul edilerek, sürtünme kuvveti aşağıdaki bağıntı ile ifade edilebilir. $F_F = C . A . ρ_S. (v² /2)$ Burada, - $C$: Sürtünme katsayısı, - $A$: Taneciğin hareket yönünde yüzey alanı, - $ρ_S$: Sıvının yoğunluğu, - $v$: Çökelme hızı' dır. Bu değerler yerine konulursa, $ma = (p_K.V. g) - (p_S .V. g) - C . A . p_S. (v² /2)$ bulunur. Çökelme hızı çok küçüktür. Bu nedenle çökelme hareketinin ivmesi çok az bir hata ile sıfır kabul edilebilir. Bu durumda yukarıdaki denklem, $(p_K.V. g) - (p_S.V. g) = C . A . p_S. (v²/2)$ şeklini alır. Buradan çökelme hızı $v$, bulunabilir. $v² = \frac {2Vg(p_K -p_S)}{CAp_S}$ Çapı (d) olan bir kürenin hacmi ve yüzey alanı, $V = 4/3 πr³ = 4/3 π (d³/8) = π d³/6$ $A = 4 πr² = πd²$ dır. Diğer taraftan sürtünme katsayısı değeri de bazı kabuller yapılarak viskoziteye bağlı olarak bulunabilir. Havuz içinde çökelme hareketi çok yavaş olduğundan Reynold sayısı R< 1 dir. Bu durumda sürtünme katsayısı, $C = 24/R$ alınabilir. R değeri yerine konularak sürtünme katsayısı için, $C = \frac{24 μ}{dρ_S v}$ değeri elde edilir. Bu değer çökelme hızı formülünde yerine konulursa, $v = \frac{g(p_K-p_S) d²}{18 μ}$ elde edilir. Burada, - $v$: Katı tanecik çökelme hızı, m/s - $g$: Yer çekimi ivmesi, 9,81 m/s² - $p_K$: Katı taneciğin yoğunluğu, kg/m³ - $p_S$: Sıvının yoğunluğu, kg/m³ - $d$: Katı tanecik çapı, m - $μ$ : Sıvının viskozitesi, kg/m.s dir. Aynı bağıntı kullanılarak, (v) hızı ile çökelen katı taneciklerin minimum çapı (d) aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. $d = 18 μv / Vg(p_K-p_S)$ ## ÖRNEK - 2.1 Bir su içinde bulunan d = 0.15 mm çapında olan katı taneciklerin çökelme hızını hesaplayınız. ($p_K$ = 1,10 g/cm³ dür.) Not : $μ$ = 1,01 10³kg/m.s ve $p_S$ = 1,0 g/cm³ **ÇÖZÜM:** $v = \frac{g(p_K - p_S) d²}{18 μ}$ $v = \frac{9.81(1,5x10^{-4})^2(1100 -1000)}{18 (1,01x 10^{-3})}$ = 0,0012 m/s ## Havuzda Bekleme Süresi Ayrık halde bulunan katı taneciklerin su içindeki çökelme hızı bilindiğine göre, ideal bir çökelme havuzunda bekleme süresi hesaplanabilir. Bir çökelme havuzuna $v_0$ m/s hız ile giren bir katı taneciğin, havuz içinde $t_0$ saniye kalmış olduğunu düşünelim. Katı tanecik bu süre içinde $h_0$ m çökelebilirse, havuz içinde tutulmuş olacaktır. Şekil - 2.4. Tam çökelmenin gerçekleştiği hız, $v_0 = \frac {h_0}{t_0}$ olmalıdır. Eğer, havuz etkin hacmi $V$ m³ ve suyun akış debisi de $Q$ m³/s ise, $t_0 = V/Q$ olacaktır. Bu değer (2.14) hız bağıntısında yerine konulursa, $v_0 = \frac{h_0}{V/Q} = \frac{h_0. Q}{V}$ elde edilir. Havuzda, $V = A..h$, olduğu göz önüne alınırsa, **Şekil - 2.4 Bir sedimantasyon havuzunda ideal çökelme işlemi** $v_0 = \frac{h_0. Q}{A. h_0} = \frac{Q}{A}$ bulunur. Bu değer, (m³/m².saat) "yüzey yükleme debisi" olarak bilinir. ## Sedimentasyon Verimi Bir çökeltme havuzunda hesapla bulunan tanecik hızı, en üst noktada bulunan ve çapı minimum (d) olan taneciklerin %100 çökeleceği göz önüne alınarak bulunmuştur. Daha altta kalan küçük boyutlu taneciklerin de havuzda bekleme süresi içinde çökelmeleri söz konusudur. Su içinde bulunan ve daha küçük çaplı oldukları için çökelme hızları daha küçük olan bu taneciklerin de bir kısmı çökelerek havuz içinde kalabilir. Çökelme hızı $v_S$ olan bir taneciğin havuzda tutulma yüzdesi aşağıdaki bağıntı ile bulunabilir. Havuzda çökelme yüzdesi = ($v_S/v_0$)100 ## ÖRNEK: 2.2 Bir çökeltme havuzu 0,2 mm çapında ve $p_K$ = 1,01 g/cm³ yoğunluğundaki katı taneciklerin tamamını tutmak üzere projelendirilmiştir. Bu havuzda 0,1 mm çapındaki $p_K$ = 1,03 g/cm³ olan katı taneciklerin yüzde kaçının tutulabileceğini hesaplayınız. (Not : $μ$ = 1,01 10³kg/m.s) **ÇÖZÜM:** 0,2 mm çapındaki taneciklerin havuz içinde çökelme hızı, $v = \frac{g(p_K-p_S)d²}{18 μ}$ $v = \frac{9,81(1010-1000) (0,2 x10^{-3})^2}{18 (1,01x 10^{-3})}$ v = 2,2 10⁴m/s 0,1 mm çapındaki taneciklerin havuz içinde çökelme hızı, $v = \frac{g(p_K - p_S) d²}{18 μ}$ $v = \frac{9.81 (1030-1000) (0,1x10^{-3})^2 }{18 (1,01x 10^{-3})}$ = 1,6 10⁻⁴m/s 0,1 mm çapındaki katı taneciklerin su içinde tutulma yüzdesi, Havuzda çökelme yüzdesi = ($v_S/v_0$) 100 Havuzda çökelme yüzdesi = (1,6 10⁻⁴/2,2 10⁴) 100 = % 73 dür. ## **Sedimantasyon Tankları** Askıdaki katı maddeleri çökeltmek amacıyla değişik tip ve boyutta sedimentasyon tankları kullanılmaktadır. Yatay ve radyal tip sedimentasyon tank tipleri Şekil - 2.5 ve Şekil - 2.6 da görülmektedir. **Şekil - 2.5 Yatay akışlı sedimantasyon tankı** **Şekil - 2.6 Radyal akışlı sedimantasyon tankı** ## 2.3 KOAGÜLASYON Çökeltme havuzlarında suya bir koagülant (pıhtılaştırıcı) katılması ile askıdaki katı maddelerin çökeltilmesi kolaylaştırılır. Koagülant olarak kullanılan başlıca kimyasal maddeler alüminyum sülfat, demir-III klorür, demir sülfat ve sodyum alüminattır. Bunların içinde en çok kullanılanlar alüminyum sülfat ve demir-III klorürdür. Demir-III klorür özellikle daha bulanık sularda veya suların bulanıklığının arttığı mevsimlerde kullanılır. Örnek olarak alüminyum sülfatın çöktürücü etkisini inceleyelim. Alüminyum sülfat, suda bulunan doğal alkalinite ile reaksiyona girerek hidroliz olur ve alüminyum hidroksit oluşturur. $Al_2(SO_4)_3$ + 3$Ca(HCO_3)_2$ → 2$Al(OH)_3$ + 3$CaSO_4$+6$CO_2$ Oluşan alüminyum hidroksit pelte (jel) görünümünde olup, askıdaki katı taneciklerinin adsorpsiyonu ile büyür. Büyüme sonucu taneciklerin ağırlıkları artacağından hızla havuzun dibine çökerler. Havuzun üst kısmındaki, katı taneciklerden arınmış oldukça duru su, havuzun üst düzeyindeki taşma kanallarından alınarak süzme ünitesine pompalanır. Dipte toplanan çamur ise, sürekli olarak veya zaman zaman dışarı atılır. Alüminyum sülfatın çöktürücü olarak işlev görmesi için, katılan her ppm alüminyum sülfata karşılık suyun 5 ppm $CaCO_3$ doğal alkalinite içermesi, tanelerin büyümesi ve çökelmenin sürmesi için ise, kalan (artık) alkalinitenin en az 10 ppm $CaCO_3$ olması gereklidir. Suyun içerdiği doğal alkalinite istenen düzeyin altında ise, katılacak her ppm alüminyum sülfat yanında 4 ppm kireç veya 9 ppm sodyum karbonat katılmalıdır. Koagülant olarak demir-III klorür kullanılması halinde, askıdaki katı maddelerin çöktürülmesi yine benzer şekilde olur. Yeterli alkalinitenin varlığında suda hidroliz olan demir-III klorür, demir hidroksit ve hidroklorik asit oluşturur. $FeCl_3$ + 3$H_2O$ → $Fe(OH)_3$ + 3$HCl$ Oluşan demir hidroksit çökeltisi pelte görünümünde olup, çökelmeyi hızlandırırken, hidroklorik asit de geçici sertliğin giderilmesine yardımcı olur. Genel olarak bir koagülasyon çökeltme havuzu Şekil - 2.7 de görüldüğü gibi kesik koni tabanlı ve üzeri silindirik beton havuzlardır. Havuzun orta yerinde bir karıştırma bölgesi bulunur. Ham su ve koagüle edici kimyasal maddeler havuzun karışma hücresine verilir. Burada su, kuvvetli şekilde karıştırılır. Böylece taneciklerin hızla büyümesi ve yumaklaşması (flokülasyon) sağlanır. Askıdaki katı partiküller çökelir ve durulmuş su havuzun üstünden alınır. **Şekil - 2.7 Tipik koagülasyon çökeltme havuzu** Su içinde bulunan organik ve inorganik bulanıklık veren maddeler çöktürme ve kalanı filtrasyon ile giderilir. Suda bulunan iri tanecikler sedimantasyon ile uzaklaştırılır. Sedimantasyon tankları 2 - 3 m derinliktedir. Burada iri taneciklerin çökelmesi ile suyun berrak hale gelmesi 4 - 6 saat kadar sürer. Sedimantasyon tanklarında suyun akış hızı saatte 60 - 100 cm 'dir. Çok küçük boyutlu katı tanecikler ve koloidal maddeler elektrik yüklü oldukları için sedimentasyon tanklarında tam olarak çöktürülemez. Bunların çökmesi için koagülasyon yapılması gerekir. Yukarıda açıklandığı üzere bulanıklığı oluşturan yüklü tanecikleri çökeltmek üzere koagülasyon yapılması gerekir. Bu amaçla kullanılan maddeler suda bulunan doğal alkalinite ile çökelir. Örneğin demir-III korürün hidroksit halinde çökelmesi aşağıdaki reaksiyon denklemlerine göre gerçekleşir. 2$FeCl_3$ + 3$Ca(HCO_3)_2$ → 3$CaCl_2$ + 2$Fe (HCO_3)_3$ 2$Fe (HCO_3)_3$ → 2$Fe(OH)_3$ + 6$CO_2$ Bu reaksiyonlara göre oluşan demir III hidroksit, bulanıklık veren maddelerin negatif yükünü nötürleştirerek çökmesine yardım eder. Bu amaçla suya 30 g/m³ $FeCl_3$ ilavesi yeterlidir. Fazla demir iyonları suyun tadını bozucu etki yapar. Koagülant olarak katılan tuzların optimum etkisi pH'a bağlıdır. Gerektiğinde suyun pH derecesi kireç katılarak artırılabilir. Koagülasyon işleminden sonra su filtre edilir. Aksi halde suyun durulması için çok uzun süre beklenmesi gerekir. Bu nedenle su kum filtrelerden süzülür. Filtrasyon sırasında kum tabakası üzerinde oluşan ince çökelti tabakası, suda koloidal halde bulunan bulanıklık veren maddeleri de tutar. ## Jar Testi Bir suyun koagüle edilerek içinde bulunan katı taneciklerin çöktürülmesi için gerekli koagülant dozunun belirlenmesi amacıyla "jar testi" yapılır. Böylece ham suya ne miktar koagülant katılması gerektiği deneysel olarak belirlenebilir. Jar deneyi altı adet 1000 ml lik beherden oluşan bir seri deney numunesi ile yapılır. Şekil -2.8. **Şekil - 2.8 Koagülant dozunun belirlenmesi için yapılan jar testi** Deneyde Şekil -2.8 de görülen mekanik karıştırıcılı sistem kullanılır. Beher içinde bulunan ham suya 0 mg/L, 10 mg/L, 20 mg/L, 30 mg/L, 40 mg/L ve 50 mg/L koagülant (alüminyum sülfat veya demir sülfat) çözeltisi katılır. Alkaliniteyi uygun bir pH değerine ayarlamak için de değişik miktarlarda kireç çözeltisi katılır. Bu amaçla önceden koagülant stok çözeltileri hazırlanır. Aynı şekilde konsantrasyonu bilinen kireç çözeltisi de hazırlanır. Ham su içine bu çözeltilerden belli oranlarda karıştırılır. Koagülant ilavesi yapıldıktan sonra sular 1 dakika süre ile kuvvetli şekilde, daha sonra 5 dakika yavaş olarak karıştırılır ve 60 dakika dinlenmeye bırakılır. Bu süre içinde katılmış olan kimyasal madde hidroliz olarak yumaklar halinde koagüle olarak çökelir. En hızlı ve en berrak çökeltiyi sağlayan koagülant dozu gözle yapılan muayene sonunda belirlenir. Üstte toplanan suyun rengi ve berraklık derecesi alum dozuna karşı grafiğe geçirilir. Şekil -2.9. **Şekil - 2.9 Jar testi ile belirlenen koagülant dozu** Çökelmeyi sağlayan en düşük dozlu koagülant uygun olarak seçilir. Bu değer yukarıda verilen grafikte 20 mg/L dir. Ayrıca en uygun pH derecesini seçmek için pH değeri 5,0 6,0, 6,5 7,0 7,5 ve 8,0 olacak şekilde ve önceki deneyde en uygun koagülant dozu kullanılarak ve çözeltiye çeşitli dozlarda kireç çözeltisi katılarak yeniden bir seri jar testi yapılır. Deney sonuçları bir grafik üzerinde gösterilir. Şekil 2.10. En uygun çökelmeyi sağlayan kireç dozu belirlenir. Koagülantın su içinde hidrolizi sırasında asit açığa çıkar. Bu asit su içinde bulunan alkalinite ile reaksiyona girerek suyun pH derecesini düşürür. Bu nedenle kullanılan koagülant dozu arttıkça, optimum pH değeri aynı kalmakla beraber, pH aralığında genişleme gözlenir. Şekil - 2.11. **Şekil - 2.10 Koagülasyon üzerine pH in etkisinin belirlenmesi** **Şekil - 2.11 pH etkisinin koagülant dozuna göre değişimi** ## 2.4 FLOTASYON Yukarıda açıklanmış olduğu üzere, su içinde süspansiyon halinde bulunan düşük yoğunluklu katı partiküllerin çökelme hızı çok yavaştır. Bunları sedimantasyon tankı içinde kısa sürede çökeltebilmek mümkün olmaz. Bu tanecikler en kolay şekilde flotasyon yapılarak sudan uzaklaştırılabilir. Flotasyon, su içinde askıda bulunan katı partiküllerin hava kabarcıkları yardımı ile yüzdürülerek yüzeyde toplanması işlemidir. Yüzmeyi kolaylaştırmak için su içine yüzey aktif maddeler katılabilir. Bu amaçla kullanılan tipik bir flotasyon tankı şeması Şekil - 2.12' de görülmektedir. Tank tabanından çıkan suyun yaklaşık % 10 una geri dönüş yaptırılarak bu su içine bir satüratörde hava basılarak hava ile doygun hale getirilir. Hava basıncının yaklaşık 400 kPa (4 bar) olması yeterlidir. Hava ile doygun olan bu su, tank tabanından temizlenecek su içine püskürtülür. Basınç düşüşü nedeniyle oluşan hava kabarcıkları, su içinde askıda bulunan taneciklere yapışarak yüzeye taşır. Yüzeyde biriken köpük ve kefe mekanik olarak toplanır. **Şekil - 2.12 Bir flotasyon tankının şematik görünüşü** ## 2.5 FİLTRASYON Çökeltme havuzlarının üstünden alınan duru suyun içinde kalan küçük taneciklerin süzülerek tutulması gerekir. Bu amaçla kum filtreleri kullanılır. Kum filtreleri ya yavaş çalışan "açık filtreler" veya kapalı fakat çabuk süzen "basınçlı filtreler" olmak üzere iki tiptir. Yavaş filtrelerde kullanılan kum 0,5 - 1,0 mm çapındadır. Bu tip filtrelerde su süzülürken yukarıdan aşağıya doğru kendi basıncı ile iner. Kum filtre zaman zaman alt taraftan basınçlı su gönderilerek temizlenir. Bu işlemden önce filtre içine basınçlı hava veya buhar gönderilerek gözeneklerin açılması sağlanır. ## Basınçlı Filtreler Pratikte daha hızlı süzme yapabilmek için, dolgu maddesi olarak genellikle kuvars kumu veya antrasitin kullanıldığı basınçlı filtreler kullanılır. Alkali özellikteki sular silisi çözeceğinden dolgu maddesi olarak antrasit tercih edilir. Şekil -2.13 **Şekil -2.13 Basınçlı kum filtreler** Basınçlı kum filtrelerin çeşitli tipleri vardır. Bunlar genel olarak bir filtre yatağından suyun basınçla geçirilmesi ilkesine dayanır. Süzme işlemi ortalama 80 L/dakika.m² 'lik bir hızla yapılabilir. Su süzülürken belli bir basınç düşmesi olur. Basınç farkı, belli bir sınır değeri geçtiğinde veya belirli aralıklarla filtrelerin geri yıkanması gerekir. Geri yıkama, daha yüksek debi ile suyun normal akış yönüne ters yönde yani aşağıdan yukarıya doğru filtreden geçirilmesi işlemidir. Böylece filtre yatağında özellikle üst kısımda tutulmuş olan tortu ve diğer yabancı maddeler dışarı atılmış olur. Geri yıkama işlemine başlamadan önce ve işlem sırasında basınçlı hava verilip, dolgu maddesi kabartılarak yıkama işlemi sürdürülür. Bulanıklığı 10-20 ppm'i geçen sular filtrasyon işlemine tabi tutulmadan koagülasyon ve çökeltme yöntemleri ile arıtılır. Hızlı kum filtrelerinde filtrasyon hızı 120 - 140 m³/m²/gün ve maksimum yük kaybı 2,5 m dir. ## Yavaş Kum Filtreleri Bu filtrelerde sisteme giren su kendi basıncı ile filtre tabakası içinden gerçek süzülür. Bir şamandıra ile filtre içindeki su düzeyi sabit tutulur. Yavaş kum filtreleri basit ve ekonomiktir. Bunlar su sızdırmaz beton havuzlar içinde süzücü bir yatak döşenerek inşa edilirler. Süzme hızını giriş ve çıkıştaki su seviyeleri arasındaki yükseklik farkı belirler. Şekil - 2.14. **Şekil - 2.14 Yavaş kum filtresi** Filtre tabakasına üstte ince kum, altta kaba kum ve çaklı olmak üzere yukarıdan aşağıya doğru tane çapları büyüyerek doldurulur. Yatak derinlikleri ve kullanılan kumun boyutları ve üniformluk katsayısı suyun süzülme hızını belirler. Filtre tabanında süzülen suyun drenajı için delikli borular bulunur. Şekil- 2.15 **Şekil -2.15 Kum filtresi süzme yatağı** Standart filtre yatağı, toplam 100 cm derinlikte olup dere taşı, çakıl ve kum tabakalarından oluşur. Filtre malzemesinin yatak içine bu şekilde ## Filtrelerin Temizlenmesi Belli süre kullanılan kum filtrelerin kum-çakıl tabakası zamanla tıkanır ve kullanılamaz hale gelir. Bu durumda yük kaybı en yüksek değerine ulaşır. Dolayısıyla kum tabakasının periyodik olarak yıkanması gerekir. Bu amaçla filtre içindeki su boşaltılır. Kum tabakasının 1 - 2 cm lik üst kısmı kazınıp kum, temiz suyla yıkanır. Eğer kirlenme daha derine inmiş ise kumun tamamen yenilenmesi gerekir. Kum tabakasının üzerinde filtrenin temizlenmesi amacıyla kullanılan oluklar bulunur. Bunlar süzme işlemi sırasında kullanılmaz. Süzülen sular alt kısımdan kendiliğinden drene olur. Filtre tabanında her biri merkezi kanala bağlı ve üzerinde hava delikleri bulunan birçok enine borular bulunur. Alttan basınçla verilen sular kum tabakasını geçerek boşluklarda birikmiş olan tortuları üst kısma taşır. Su burada bulunan oluklar ile dışarı taşınır. Şekil -2.16 **Şekil - 2.16 Kum filtresi kesiti** Filtre tabakasının tortu birikmesi nedeniyle tıkanma süresi, süzülen suyun bulanıklık derecesine ve uygulanan filtre hızına (m³/m².saat) bağlıdır. Genellikle hızlı kum filtreler daha kısa sürede kirlenir. Filtrenin tortu nedeniyle tıkanması halinde süzme hızı düşer ve filtreye giriş ve çıkış basınçları arasındaki fark artar. Bu durumda filtrenin temizlenmesi gerekir. Bir kum filtrede süzme ve tıkanan kum tabakasının rejenerasyon işlemlerinde sisteme giren ve çıkan suların basınç farkı şekil Şekil - 2.17 (a) ve (b) de görülmektedir. Süzme işleminde su kum yatağı üzerinde birikerek bir (h) basınç farkı oluşturur. Kum yatağı tortu ile doldukça basınç farkında artış olur. Rejenerasyon işleminde alt kısımdan basınçla verilen su, kum yatağının direnci nedeniyle çıkışta bir miktar azalır. Rejenerasyon işlemi sırasında alttan basınçlı olarak verilen yıkama suyu kum tabakasının kabararak genişlemesine neden olur. **Şekil - 2.17 Kum filtrelerin süzme ve rejenerasyon işlemleri** Kapalı hızlı filtreler, fazla büyük olmayan içme suyu tesisleriyle, sanayi suları ve yüzme havuzu için gerekli olan suların arıtımında çok yaygın olarak kullanılır. Basınçlı filtre kazanları daima basınç altında çalıştıklarından, gömmeye gerek yoktur. Bu nedenlerle maliyetleri genellikle daha düşüktür. Göl ve baraj suları gibi, rejimi fazla değişmeyen ve bulanıklığı fazla olmayan sular kapalı hızlı filtrelerle gayet ekonomik olarak arıtılabilirler. Şekil - 2.18' de bir basınçlı kum filtresinin "süzme" ve "yıkama" işlemleri sırasında çalışma prensibi görülmektedir. **Şekil - 2.18 Kapalı hızlı filtre kesiti (Süzme ve yıkama işlemleri)** Filtrelerin iyi kaliteli su yapabilmeleri açık veya kapalı tip olmalarına bağlı değildir. Açık veya kapalı tipten birinin seçilmesi daha çok ekonomik faktörlere ve mevcut koşullara bağlıdır. Filtrelerle birlikte ön kademeler (koagülasyon ve çökeltme) ve dolayısıyla tesisin tümü iyi projelendirilir ve özenle çalıştırılırsa, kapalı filtrelerle açık filtreler aynı derecede iyi sonuç verirler. ## 2.6 İLERİ ARITMA YÖNTEMLERİ Normal filtrasyon ile tutulamayan tanecikler yarı geçirimli membranlar kullanılarak çözeltiden ayrılabilir. Membran prosesleri olarak bilinen bu yöntemler endüstriyel atık su arıtımında çokça kullanılmaktadır. Özellikle demineralizasyon işlemleri, metal kaplama atık suları, petrokimya endüstrisi, gıda sanayii atıkları, kağıt endüstrisi ve soğutma suları uygulamalarında membran proseslerinden yararlanılmaktadır. Membran proseslerini ultrafiltrasyon, elektrodiyaliz ve ters osmoz olarak gruplandırmak mümkündür. ## Ultrafiltrasyon Şekil -2.1 de görüldüğü gibi, koloidal ve süspansiyon halindeki çözeltiler 10³ - 10¹ µm çapında tanecikler içerir. Bu taneciklerin normal süzme işlemleri ile tutulması mümkün olmaz. Özellikle hümik asitler ve bakteriler ancak yarı geçirimli membranlar ile tutulabilir. Ultrafiltrasyonda koloidal çözeltiler yarı geçirimli membranlardan basınç altında süzülür. Bu membranlardan çözünmüş haldeki maddeler kolayca geçebildiği halde iri tanecikler geçemez. Gözenek çapları ayarlanarak ist