İçme sularının dezenfeksiyonunda temas tanklarının verimlerinin araştırılması ve perde tasarımının geliştirilmesi
Investigation of efficiency of contact tanks in potable water disinfection and baffle design development
Yazar: MEHMET ANIL KIZILASLAN
Danışman: DOÇ. DR. ENDER DEMİREL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Geleneksel temas tankları içerisinde piston akımı oluştuğu varsayımına göre tasarlandığından, verimleri düşüktür. Yönetmeliklere göre belirlenen dezenfeksiyon seviyelerinin sağlanabilmesi için yüksek miktarda dezenfektan kullanılması gerekmekte, bu nedenle oluşan dezenfeksiyon yan ürünlerinin toplum sağlığına olan zararları ve dezenfeksiyon maliyetleri artmaktadır. Bu tez çalışmasında Eskişehir Büyükşehir Belediyesi Klor Temas Tankı'nın 1:10 ölçekli laboratuvar modeli üzerinden yapılan akım ve izleyici deneyleri ile tankın hidrolik ve karışım verimleri belirlenmiştir. Klasik perde (KP) tasarımında, odalar içerisinde çevrinti bölgelerinin ve buna bağlı olarak tankın verimini düşüren kısa devre etkilerinin oluştuğu görülmüştür.  Daha sonra tankın verimini arttırabilmek için üç parçalı gözenekli perde (GP) tasarımı geliştirilmiştir. GP tasarımı ile çevrinti etkileri azaltılarak tank içerisinde piston akışına yakın bir akım yapısı oluştuğu; tankın hidrolik veriminin perde faktörüne göre %27, karışım veriminin Morrill (Mo) indeksine göre %27 ve dispersiyon indeksine göre %79 arttığı görülmüştür. Tank içindeki akım yapısının daha detaylı olarak araştırılabilmesi için üç boyutlu bir hesaplama modeli geliştirilerek model sonuçları deneysel ölçüm sonuçları ile doğrulanmıştır. Klor temas tankının dezenfeksiyon veriminin değerlendirilebilmesi için ikinci mertebeden bir dezenfeksiyon modeli geliştirilmiştir. İstenen dezenfeksiyon seviyelerinin GP tasarımı ile %18 daha az klor kullanılarak sağlanabileceği,  dezenfeksiyon yan ürün oluşumunun ise %29 azaltılabileceği görülmüştür. Ozon temas tanklarının dezenfeksiyon verimlerinin değerlendirilebilmesi için bir ozon dezenfeksiyon modeli geliştirilmiştir. Boyutları ve akım özellikleri bilinen bir ozon temas tankı için yapılan sayısal benzetimler sonucunda, GP tasarımı ile ozon temas tankının hidrolik verimi %56 ve karışım verimi %52 arttırılmıştır. 
Geliştirilen perde tasarımı sayesinde klor ve ozon temas tanklarının verimlerinin arttırılabileceği, böylece dezenfeksiyon maliyetlerinin önemli miktarda azaltılabileceği değerlendirilmiştir.

Abstract:
Contact tanks that are conventionally designed based on plug-flow assumption have low mixing efficiencies. Thus, high dosage of disinfectant is required to achieve disinfection levels suggested by the regulations, which significantly increases harmful effects of by-products on the public health and disinfection costs. In this thesis, flow and tracer experiments are carried out on a 1:10 scale laboratory model of the chlorine contact tank located in Eskişehir Metropolitan Municipality Water Treatment Plant. Recirculation zones are formed inside the chambers for the conventional baffle (CB) design, which creates significant short-circuiting effects to reduce hydraulic and mixing efficiencies of the contact tank. A three-part porous baffle (PB) design is developed to increase hydraulic and mixing efficiencies. Experimental results reveal that the PB design transforms the flow structure to the plug-flow by reducing recirculation effects and hydraulic efficiency increased by 27% according to the baffling factor, mixing efficiency increased by 27% and 79% according to the Morrill (Mo) and dispersion indexes, respectively. In order to ascertain the flow structure inside the tank, a three-dimensional computational model is developed and numerical results are validated with the experimental measurements. A second-order disinfection model is developed for the chlorine in order to assess disinfection efficiency of the contact tank. Numerical results reveal that the required disinfection levels can be achieved by PB design using 18% less chlorine dosage and disinfection by-product formation can be reduced by 29%. A complete ozone disinfection model is developed to evaluate the disinfection efficiency of ozone contact tanks. Numerical simulations conducted on a full-scale ozone contact tank reveal that the PB design increases the hydraulic efficiency by 56% and mixing efficiency by 52%. 
It can be concluded that the efficiencies of chlorine and ozone contact tanks can be increased with the implementation of the proposed baffle design to significantly reduce disinfection costs in large cities.