TEKNİK MAKALELER

FİLTRASYON TEKNOLOJİSİNDE SON GELİŞMELER

FİLTRASYON TEKNOLOJİSİNDE SON GELİŞMELER

Luciano COCCAGNA

Osvaldo CONIO

ÖZET

Ayırma teknolojileri su arıtımının her alanında temel bir rol oynamaktadır. Arıtma için en uygun teknolojiyi seçmek tam bir bulmaca olabilmekte çünkü zaman zaman bu teknolojiler birbirlerini tamamlayıcıdırlar.

Bu yüzden proje mühendisinin görevi ; ekonomik yapıları karmaşık da olsa arıtma amacıyla ilgili olarak her teknolojinin sınırlarını kestirebilmeyi kazanmak olmalıdır. Bu makalede Çok Katmanlı Filtrasyon teknolojisinin geliştirilmiş şekli olan omnifiltrasyon (Bundan sonra OFSY diye anılacaktır) sistemlerinin en yeni teknik gelişimlerine yönelik bilgiler verilecektir.

GİRİŞ

Artan su ihtiyacı ile birlikte çok sık başgösteren su darboğazları, çevresel otoriteleri dünya çapında çok sıkı atık su standartları oluşturmaya, endüstriyi atık suyu mümkün oldukça geri kazanma ( sıfır atık ideali ) yoluna itmektedir.  Bu gelişmelere eş zamanlı olarak Su kalite standartkları her geçen gün daha çok sıkılaşmaktadır, her iki standardı da tuturabilmek zorlaşmaktadır. Sonuç olarak son on yılda filtrasyon teknolojileri en çok kirletilmiş kaynaklardan ultra temiz su elde edebilecek düzeyde gelişmiştir.

Problem artık fizibilite eye dayanmaktan çıkmış daha çok global ekonomi ile ilgili hale gelmiştir. Piyasadaki tüm rakipler kendi ürünlerinin üstün performansından bahsetmektelersede, Doğru şartlandırma sisteminin seçimi, herzaman prosesin gerçek kritik noktaları üstünde ve sistemin uzun

dönemdeki işletim özellikleri hakkında derinlemesine bilgi sahibi olarak, gerçekleştirilebilinir. Yukarıda bahsedilen bilgilerin bir parçası olarak doğru sistem seçimi için aşağıda bahsedilen noktalarında dikkate alınması gereklidir.:

• Ham su kalitesi, mevcut veya oluşabilecek kirliliğin giderilebilmesi için uygun kimyasal ve fiziko kimyasal reaksiyonlar;

• Yeniden kullanım uygulamalarında üstüne çıkılması gereken su kalite standartları;

• Ham su ve ürün suyu kalitesini baz alarak alternatif ayrıştırma sistemlerinin masraflar  (kuruluş,işletme, tamir ve bakım) dahil, performans karşılaştırması;

Pek çok uygulamada iki veya daha fazla ayrıştırma teknolojisi, pahalılık veya kalite barierine takılır.

Örneğin hiç kimse su uygun gibi görünsede tedbirsel ön arıtım yapmaksızın bir ters osmos sistemini

direkt kurmak istemez.

Uygulanabilir teknolojilerden en popüler olanları :

• Çok Katmanlı filtrasyon

• Mikrofiltrasyon

• Ultrafiltrasyon

• Nanofiltrasyon

• Ters osmos

Herkes bu teknolojilerin özellikleri hakkında bilgi sahibidir, bu çalışma sadece çok katmanlı filtrasyonu ve onun en gelişmiş şekli olan OFSY teknolojisi ile alakalıdır.

ÇOK KATMANLI SERİ FİLTRASYON TEKNOLOJİSİ

Filtrasyon teknolojisinin önceki aşamalarında kullanılan teknikler. OFSY filtrasyon teknolojisinin üstün performansını kavrayabilmek için fiitrasyon teknolojisinde atılan temel adımları ve bunların uygulamadaki sınırlılıklarını hatırlamak gereklidir.

• Tek tabakalı kum filtrelerinden çok tabakalı tasarım. Çok tabakalı filtrelerin dizaynı filtrelerin kir tutma kapasitelerinde ( aynı basınç düşümüne karşılık gelen ) büyük bir artış getirmiştir, bu şekilde derin filtreleme ( depth filtration ) denilen yöntemler gelişmiştir.[1] Gerçekte tabakaların boyutları değiştirilerek tek kademeli kum filtrelerinde görülen yüzey tıkanmasından kaçınmak mümkündür.

• Fiziksel barierden fizikokimyasal reaktör konsepti

Bu; filtrasyon prosesi derinlemesine keşfedildikten sonra gerçekleştirilmiş en büyük sıçramadır. Filtrasyon genelde çökelme işleminden sonra kullanılan bir işlem olarak görülür. Filtreyi oluşturan tabakalar birer süzgeç görevi görür.

Filtrasyon verimi tabakalardaki gözeneklerin büyüklüğü ile sudaki askıda katıların (topaklaşmış katıların ) mekanik direncine bağlıdır.

Bu yüzden optimizasyon, topaklaşmış kirleticilerin karakterleri ile ortam karakterleri uyumlu hale getirilerek sağlanmakta, çökelme, gözenekten geçirme, ayrıştırma için kullnılabilecek yegane mekanizmalar olmaktadır.

Hareketten dolayı var olan kuvvetlerin ( farklı şekil ve ağırlıktaki parçalara farklı etkiyen ) birleşme meydana gelmeden önce önemli rol oynadıkları keşfedildi. Bu sayede topaklaşmış parçacıkların filtre

ortamının her tanesine yapıştığı temassal flokülasyona dayanan filtreleri kullanmak mümkün oldu.[2]

Bu yöntemle sağlanılan verim artışı Brezilya su işleri tarafından çok iyi anlaşıldı ve eski (çökeltme + filtreleme ) işlemi yerine direkt filtreleme ( ön çökeltme, ön topaklama olmaksızın iki ortamlı filtre

kullanımı )yöntemine geçerek 80 li yılların sonlarında kapasitesini ikiye katladı.

Ayrıca mevcutta bulunan durultma tankları filtrelerin ters yıkama sularının arıtılmasında kullanıldı. (3)

• Cazibeli filtrelerden basınçlı filtrelere

Enerji tasarufu sebebiyle cazibeli filtreler çok alanda tercih edilse bile, basınçlı filtreleri pek çok alanda

çok daha verimlidir, çok daha uzun bir filtreleme süresiyle birlikte tutulan kirletici miktarında da ( daha yüksek ham su bulanıklık değerlerinde bile çalışma imkanı ) üstünlük sağlamaktadır.

Temel gelişmelere rağmen çok katmanlı filtrelerin kullanımları, askıda katı madde miktarındaki değişmelere ve hertürlü hidrolik bozucu etkiye karşı olan hasaslıklarından dolayı sınırlı kalmıştır.Bu da

partiküllerin filtre yatağındaki bir sızıntı gibi, filtreboyunca derinlemesine nüfuz etmelerinden kaynaklanır.[4]

Bir filtrenin optimal çalışmasından en yüksek basınç düşümü ve en yüksek turbidite kendiliğinden ulaşıldığında konuşulabilir. Genel bir deneyim olarak, basınç düşümü farkedilemeden önce, bulanıklıkta bir sıçramaya rastlandığında; özelikle farklı kaynaklardan gelen sular kullanıldığında, görülmektedir.( 2 ) Bu da pratikte sistemin çıkşı kalitesinde düşüş demektir

Seri filtrasyon: Temas filtrasyonu ile filtrasyon işleminde önemli bir adım.

Bir önceki kısımda tek filtreden oluşan,temas flokülasyonuna dayalı direkt filtrasyonun sınırlamaları İlk sebep tek filtreden oluşan sistemin optimizasyonunun imkansız olduğunu gösteren araştırma daha net ortaya koymak gerekirse, bulanıklık yükselmesi maksimum basınç düşümünden çok önce ek çok araştırmacının deneysel sonuçlarla verdiği farklı sınırlar dışında ham suda gerçekleşebilecek onçta daha güvenilir şekilde uzun süreli su elde edimi için iki filtreyi seri halde kullanma fikri ortaya Araştırmalar bu üstün performansı doğuran sebepleri aşağıdaki şekilde açıklamıştır.

çıkmıştır. Bu uygulamada beklenen ikinci filtrenin girişindeki kirlilik miktarı düşük olduğundan sadece

bitirme işlemi için kullanılacağıydı, gerçekte iki katı kapasite elde edimi ve daha temiz bir su beklenirken, verimde de ( tutulan kirlilik miktarı ve çevrimin duruşları bakımından ) beklenenin çok

üstünde artışlar elde edildi.

• Birinci filtreyi terkeden katılar daha ufak ve homojen boyutludur, buda kopma fenomeninin oluşumunu en aza indirir.Filtreyi oluşturan taneciklere yapışarak film oluşturmuş kirliliğin gelen yeni kirletici partikül etkisiyle taneden ayrılmasının önüne geçilmiş olunur.

İkinci ve çok daha önemli olarak ilk filtreden sızan bulanıklığın elektromekanik doğas

sudaki bulanıklığa göre çok farklı olduğu görüldü.( 5 )

Ek olarak OFSY ham sudaki türbidite değişimlerine ve hidrolik bozuculara neredeyse duyarsızdır.

onvansionel direkt filtrasyon sistemleri ile bulanıklık giderme açısından karşılaştırma:

) Bulanıklık Giderme eneva (CH) su işlerinin bir yıllık bir period boyunca yaptığı testlerle mevcut konvansiyonel direkt ilinmektedirki tekli bir filtrenin olgunlaşma dönemine ihtiyacı vardır yani kabuledilebilir bulanıklık limiti ) Bulanıklık ve partikül sayısı ünümüzde yüzey suyu arıtımı artan bir şekilde mikrobik patojenlerin bulunma ihtimali ile Sonuçta çok geniş türbidite değişim aralıklarında bile kimyasal dozajını değiştirmeden güvenilir sonuçlar elde etmek mümkündür.

Pek çok birbirinden farklı uygulamada , her türlü çözünmemiş partikülden(ham suda olan veya, reaksiyon sonucu ortaya çıkan partiküller) kaynaklanan problemlerin çözümünde kullanılmaktadır.

Potabilizasyon işleminde bile en popüler yardımcı işlemcidir, OFSY endüstriyel uygulamalarda ( Soğutma kulesi su çevrimleri, ters ozmoz öncesi ön arıtım,..) hatta lağım ve atıksuların yeniden geri

kazanımında bile kullanılmaktadır. İleride anlatılacak uygulamalar OFSY sisteminin sıradışı kullanımlarıdır, rutin uygulamalara değinilmemiştir.

Örnek olarak Kıbrısta nerdeyse tüm otellerin, bahçeleri, golf sahaları için oluşturdukları kendi su geridönüşüm sistemleri vardır. Su kullanımını azaltmak için yönetim tarafından seri filtreleme kullanımı yeni yapılan binalara önerilmektedir. Yine OFSY atık suları yasal sınırlar dahiline indirmek için bir son işlem olarak da sıkça kullanılmaktadır.(örn.:nehre boşaltım öncesi tropik potansiel azaltımı için,fosfat giderilmesi)

Bazzano Belediyesi

Kötü Çalışan Arıtmadan Çıkan Suyun Gerikazanılıp Yeniden Kullanımı.

Uygulamanin Tanitimi: Bazzano belediyesinin atık arıtımı için kullandığı sistem, dış hidrolik etkilerden

dolayı, ( yağmur,..) çökeltme tankından aktif çamur sızıntısına çok yatkındır.

Dolayısıyla atık şartlarını sürekli olarak sağlayamamaktadır, üstelik su arıtma tesisinin altındaki küçük

bir dereden, tarımsal sulama için yararlanılmaktadır, buda olaya hijyenik bir sorun boyutu katmaktadır.

Belediye problemin OFSY filtrasyonu ve ardından UV dezenfeksiyonu kullanarak çözümünü

sağlamıştır.

Tesis karakteri:

Toplam tasarım debisi: 1760 m3/saat 

OFSY: Her biri 40 m3 /saat olan iki paralel hat

Filtrasyon hızı: 12 m3/m2xh

Kimyasal Dozajı: PAC (PoliAlüminyumpoliklorid) 10 mg/l (0.6 mg/l Al)

Arıtma felsefesi: sistem normal olarak 12 saatte bir ters yıkama yapıyor

Ayrıca basınç kaybı 0.7 bar’ı geçerse yada bulanıklık 3 NTU’yu geçerse sistem otomatik olarak ters yıkama yapıyor

Tesisin Performansı:

Kimyasal şartlandırma normal şartlar altında ( Ham su bulanıklığı 5-10 NTU arasında ) , daha yüksek bulanıklık değerlerinde( 100 NTU ya kadar) olduğu gibi dozajı ayarlamaya gerek kalmadan, suyun bulanıklığını 1NTU’nun altında tutmak üzere tesis edilmiştir. Yukarıdaki şekiller bulanıklık giderimi (OFSY tarafından) ve mikroorganizma aktivitesinin ortadan kaldırılmasının verimlerini göstermektedir.

Şekilde gösterilmemiş olsa da OFSY sisteminin ortalama mikroorganizma giderme kapasitesi %88 dir.(yüksek %97 – düşük % 80 )

Carpı Belediyesi Tekstil Konsorsiyumu

Uygulamanın Tanıtımı:

Carpi kasabası italyan tekstil sanayinin önemli merkezlerinden biridir. Carpi kasabasının atık suyu bir atıksu ağına bağlıdır ve ordanda belediyenin biolojik arıtma tesisine bağlanmaktadır.

Arıtım sonuçlarının bütün olarak incelendiğinde iyi olmasına rağmen suda hala kanunen belirlenmiş sınırların üzerinde renk bulunmaktadır.

Ek olarak tekstil endüstrisi çok büyük miktarda kuyu suyu için bir hat yaptırmıştır ki buda ağır çökme (heavy subsidence) fenomenine yol açmaktadır.

Endüstri ve belediye arasında atık suyun geri kazanımı ( tüm akış için renk giderimi ve yeniden tekstil üretiminde kullanılacak bölüm için son parlatma ) üzerine bir antlaşma yapılmıştır.

Altı ay süren çalışmalar boyunca arzulanan iki hedefinde gerçekleştirilebilmesi için atık suyun şartlandırılması ve tekstil endüstrisinin istediği çok sıkı şartları sağlayabilmesi doğrultusunda pek çok deneyler yapılmıştır.

Sonuç olarak tesis 1997 de kurulmuştur.

Tesis karakteri.

Toplam Arıtılan Su : 40.000 m3/gün

Endüstrilere Giden Su : 14.000 m3/gün

OFSY : Her biri 400 m3 /saat olan 5 paralel hat

Filtrasyon hızı : 15 m3/m2xh

Kimyasal Dozajı : PF 90 C (katyonik polimer ) 15 mg/l

PF 81 (non-iyonik polimer ) 0.02 mg/l

Renk Frekans Tabloları

Lumezzane’ De Kromat Giderilerek Suyun Yeniden Kazanılması

Uygulamanın Tanıtımı:

Lumezzane italyada silah (tabanca , tüfek ) üretimi ile tanınan bir bölgedir. Geçmişte pek çok su kaynağı atık sullar yüzünden kirlenmiştir.

Kuyu suları içerdikleri yüksek(90-110 mikrogram/litre) kromat(CrVI) yüzünden içme suyu olarak kullanılamaz duruma gelmişlerdir.

Burada yapılan çalışmalarla OFSY sisteminin hem filtre hemde kimyasl reaktör olarak çok başarılı bir şekilde kullanılabileceği kanıtlanmıştır.

Gerçekte ilk filtrasyon ünitesi aşağıdaki reaksiyonu yürütmek için kullanılmıştır.

Cr2O7

- - + Xfe++ 10 OH- + 7 H2O- -→ 2 Cr(OH)3 + 6 Fe(OH)3 + (X-6)Fe++

Cr(OH)3 ve Fe( OH )3 ün çökelmiş formları birlikte giderilirken tüm Fe++ çözünmüş olarak kalır.

İki filtre arası oksidasyon ile demir de oksitlenir ve çözünemez forma dönüşüp ikinci filtre ile fazla demir de filtre edilir.

Tesis karakteri:

Toplam Arıtılan Su : 2.000 m3/gün

OFSY : 100 m3 /saat tek hat

Filtrasyon hızı : 18 m3/m2xh

Kimyasal Dozajı : FeSO4 x 7 H2O

Sodyum Hipoklorid

Tesisin Performansı

Ham sudaki Cr IV : 90-110 μg/l

Arıtılmış sudaki Cr IV : Yok

Toplam Krom : < 2 μg/l

KAYNAKLAR

[1] T.D. LEKKAS, “Computer-Aided Design of Multilayer Water Filters”, Filtration & Separation–Jan/Feb 1982 (26-36)

[2] K.J. IVES, “Deep Bed Filtration: Theory and Practice”, Filtration & Separation–Mar/April 1980(157-166)

[3] N.N, “Brasilia Changes Successfully to Direct filtration fot its Water Treatment Plant”, Filtration &Separation–Mar/April 1990 (71)

[4] R.R. TRUSSEL& al, “Recent Developments in Filtration System Design”, J AWWA – Dec. 1980 (705-710)

[5] A. ADIN & al., “The Application of Filtration Theory to Pilot Plant Design”, J AWWA – Jan. 1979 (17-27)

[6] D. FERRARI & al., “Experience of Lake Water Potabilization ( Lake Leman )”, Water Filtration Congress – Ostenda (B) March 1993

[7] S. HATUKAI & al., “Patricle Counts and Size Distribution in System Design for Removal of Turbidity by Granular Deep Bed Filtration”, Wat. Sci. Techn. IAWQ – Apr. 1997 (225-230)

[8] L. COCCAGNA, “Water Hygienicity, Turbidity and Particles Count”, SNOP Congress – Sardara (I) Feb. 18 , 1995

[9] L. COCCAGNA, O. CONIO, G. ZIGLIO, “Particles removal from Surface Water “, Unpublished Research Report AMGA – Genova 1998

[10] L. COCCAGNA & al., “Arsenic Removal by Direct Filtration”, Filtration & Separation – Jul/Aug. 1986 (227-230)

[11] L. COCCAGNA & al., “Removal of Colour from Surface Water by Means of In-series Direct Filtration at High Velocity”, 3rd Mediterranean Congress on Chemical Engineering”, Barcelona (E) Nov. 19-21, 1984

[12] A. NASO, F. RUGERRI, “New Disinfection Technologies for the Recovery of Sewage Treated Water”, ANDIS Biennal Congress – Palermo(I) – Sep. 21-23, 1993

[13] CARPI MUNICIPALITY, “Experimental Tests with Pilot Plant for the Recovering and Reuse of Sewage Water” 1995.

ÖZGEÇMİŞ

Luciano COCCAGNA

Endüstriyel Kimya Mühendisi olan yazar ilk olarak PANIGAL S.p.A.’da yağ ve deterjanlar konusunda çalışmaya başladı. Daha sonra 3M firmasında photo-sensitive malzemeler konusunda bir süre çalıştıktan sonra W.P.E. firmasında atıksu arıtımı ve kanalizasyon konularında 6 yıl çalıştı.

1977 yılında Culligan Italyana S.p.A.’da AR-GE departmanında çalışmaya başlayan yazar şu anda Culligan Italyana S.p.A.’da AR-GE müdürüdür. İçme suyu, Endüstriyel kullanım suyu ve Geri Kazanım konularında uzman olan yazar halen uluslararası bir çok önemli görevde de bulunmaktadır. İtalya Su Birliği Genel Başkanlığı, CEN (Comite Europen de Normalisation) İtalya delegesi, İtalya Sağlık Bakanlığı Teknik Komisyon Üyeliği ve OMS-WHO Danışma Kurulu Üyeliği bu görevlerden bazılarıdır.

1995’den bu yana Trento Üniversitesinde “Su Arıtma Teknolojileriyle ilgili yayınlanmış 4 kitabı ve 19 makalesi bulunmaktadır. Ayrıca 60’dan fazla Uluslararası Kongreye konuşmacı olarak çağrılan yazar aşağıda verilen Birlik ve Enstitülere de üyedir.

• ANIMA Environment Industry Association – Milano (Italy)

• UNICHIM Milano (Italy)

• W.Q.A. Water Quality Association

• W.P.C.F. Water Pollution Control Federation (U.S.A.)

• I.W.S.A. International Water Supply Association, London (England)

• I.A.W.Q. International Assosiation on Water Qualty, London (England)

•The Filtration Society, London (England)

• ISA International, Brussels (Belgium)

• UNI Italian Normation Institute, Milano (Italy)

• SCI Italyan Chemistry Society

Osvaldo CONIO

Kimya ve Endüstriyel Kimya alanlarında eğitim gören yazar şu anda AMGA S.p.A’da Çevre Kalite Sorumlusu olarak çalışmaktadır. İçme suyu analizi, Çevresel analiz, On-Line Çevresel İzleme, içme suyu arıtımı ve Coğrafi Bilgi Sistemlerinin Çevresel Uygulamaları konularında çalışmaları bulunan yazarın 11 tane yayınlanmış makalesi bulunmaktadır. Ayrıca yazar halen birçok değişik komite ve birliklerde görev yapmaktadır. UNICHIM komite başkanlığı, Italya Sağlık Bakanlığı Alt Komite üyeliği ve ISWA İtalya delegeliği bunlardan bazılarıdır.