Kimyada özel konular nehir suyundan iÇme suyuna öĞretim görevliSİ Prof. Dr. Bülent cavaş - bet 5

Klor
Cl2 H2O HOCl H Cl –
HOCl H OCl-
• Bağlı Klor Miktarı :Bağlı klor miktarı, belirli bir temas süresinden sonra klorun sudaki amonyak veya organik azot bileşiklerine bağlı olan kısmıdır. Bu tür klor, oksidasyon reaksiyonlarında serbest klor gibi davranır.
• Temas Süresi: Sudaki bakteri ve diğer canlı organizmaların aktivitesinin klorla giderilmesi için gerekli süredir. Bu süre klorun suya verilişi ile kalıntı klor tayini için numune alınışı arasında geçen süredir.
• Kalıntı Klor (Bakiye Klor): Belirli bir temas süresi sonunda, sudaki organik ve inorganik maddeler için gerekli klor ihtiyacı çıkarıldıktan sonra, suda kalan klor miktarına denir
• Klor Dozu: Suyun dezenfeksiyonu için suya verilmesi gereken klor miktarına klor dozu denir.
• Ön Klorlama: Ön klorlama, herhangi bir arıtma işleminden önce suya klor katılmasıdır. Birincil dezenfeksiyon ve genel oksitleme amacıyla yapılır. Bu uygulama, arıtma esnasında 0,2-0,4 mg/L kalıntı klor sağlamak üzere kullanılabilir.
• Tekrar Klorlama: Tekrar klorlama, dağıtım şebekesinin uzun ve kompleks olduğu hallerde şebekenin bir veya birkaç noktasından suya klor katılmasıdır.
Klor ihtiyacı:
Klor suda yükseltgenebilecek elementlerle (Fe2 , Mn2 , S 2- , çözünmüş organik maddeler ve benzeri) öncelikli olarak reaksiyon verir ve daha sonra suda amonyak olduğunda, klor farklı davranır ve genellikle amonyakla reaksiyon vererek kloramin türlerini oluşturur. Bu kloramin türleri; Monokloramin : NH3 HOCl → NH2Cl H2O
Dikloramin : NH2Cl HOCl → NHCl2 H2O
Trikloramin : NHCl2 HOCl → NCl3 H2O
pH Kırılma noktası klorması
Klor ile dezenfeksiyon sonrası oluşan bazı DYÜ’leri
Halojenli organik yan ürünler
Trihalometanlar
o Kloroform
o Bromodiklorometan
o Dibromoklorometan
o Bromoform
Haloketonlar
o 1,1 dikloropropanon
o 1,1,1 trikloropropanon
Klorofenoller
o 2-klorofenol
o 2,4 diklorofenol
o 2,4,6 triklorofenol
Kloropkrin
Haloasetik asit
o Monokloroasetik asit
o Dikloroasetik asit
o Trikloroasetik asit
o Monobromoasetik asit
o Dibromoasetik asit
Haloasetonitril
o Dikloroasetonitril
o Bromokloroasetonitril
o Dibromoasetonitril
o Trikloroasetonitril
Kloral hidrat
Siyanojen klorür
Klorlama sisteminin tasarımı
• Klor temini
• Depolama ve işleme
• Güvenlik koşulları
• Klorun beslenmesi ve uygulanması
• Karıştırma ve temas süresi
• Kontrol sistemi
Klor Dioksit
• Klorun nötral bileşiği
• Sınırlı uygulama
• Virüsleri inaktive etmede klor ve kloramine göre daha etkili (Cryptosporidium ve Giardia giderimi için de)
• pH > 8 için uygun (örn, kireç yumuşatma) çünkü kurşun ve diğer metallerin korozyonunu azaltır
• Pahalı
• ClO 2 - ve ClO 3 - toksisitesine neden olabilir,
• Klor dioksit ve kloridin toplam bakiye konsantrasyonu < 0.5 mg/L
• Klordan daha kuvvetli bir dezenfektantdır.
• THM ve diğer DBP’ler oluşmaz.
• Ortamda serbest klor varsa, klorit (ClO2-)ve ve klorat (ClO3-) gibi yan ürünler oluşabilir.
2NaClO2 Cl2 2ClO2 NaCl
Klor dioksit dezenfeksiyon yan ürünleri
Klorit ile ilgili deney hayvanları üzerinde yapılan çalışmalarda, beyin ağırlığı ve karaciğer ağırlıklarında azalmaların olduğu tespit edilmiştir.
Kloritin insanlar üzerindeki immunotoksisitesi, neurotoksisitesi, kronik toksisitesi ve kanserojenik toksisitesi hakkında yeterli bilgi mevcut değildir.
Klorit Limit Değerleri
Klorat ve klorit konsantrasyonlarının 0.5 mg/L geçmemesi ve bu sebeple uygulanabilecek ClO2 konsantrasyonun 0,75 mg/L ve daha düşük olması gerektiği önerilmektedir.
Klor dioksit düzeneğinin tasarımı
• Kimyasal temini ve depolanması
• Klor dioksit jeneratörleri
• Difüzör, karıştırma ve temas
• Güvenlik tedbirlerinin alınması
Ozon
-
İlk olarak 1893’te Hollanda’da kullanılmıştır.
-
En kuvvetli dezenfektan ve oksidanttır.
-
Bakiye kalmaz
-
Çok düşük THM
-
Pahalı
O 2 O→O 3
Ozon ihtiyacı
Literatürdeki bilgilere bağlı olarak teorik olarak hesaplanabilir.
Aynı maksat için benzer koşullarda işletilen tesis verilerinden yararlanılarak belirlenebilir.
Laboratuvar çalışmaları ile belirlenebilir.
Uzun periyotlu pilot tesis çalışmaları ile belirlenebilir.
Ozonun dezavantajları
• Dağıtım sisteminde kalıntı bırakmaz.
• Yüksek özellikle pH değerlerinde bozunmaktadır.
• Ozon ekipmanlarının ilk yatırım ve işletme maliyetleri diğer dezenfektanlara göre daha yüksektir.
• Tesiste ön dezenfeksiyon harici ilerleyen proseslerde kullanılırsa müteakiben granüler aktif karbon filtrasyonu veya biyolojik filtrasyon kullanılması gerekebilir. Çünkü biyolojik olarak ayrışabilir organik madde miktarında ozonlama sonrası artış olur.
• Bromür olması halinde bromat oluşabilir.
• Maruz kalma süresi ve ozon konsantrasyonuna bağlı olarak toksik etkiye sebep olabilir.
• Bazı organiklerle reaksiyon sonucu aldehit ve ketonlar gibi istenmeyen yan ürünler oluşabilir.
• Çözünürlüğü düşük olduğu için özel karıştırıcılar gerektirebilir.
• Ozon diğer dezenfektanlarla (klor, klor dioksit, monokloramin gibi) reaksiyona girebilir.
Ozon düzeneğinin tasarımı
Ultraviyole (UV) radyasyonu
UV ışığının organizma tarafından absorbe edilmesi ve bu absorbe edilen ışığın hücre foksiyonları için önemli olan moleküler bileşenleri değiştiren fotokimyasal bir reaksiyona sebep olması ile organizmaları etkisiz hale getirmektedir. UV ışınları mikroorganizmanın hücre duvarı nüfuz eder ve hücre için hayati önem taşıyan nükleik asit ile diğer bileşenlerle tepkimeye girer. Bu tepkime sonucunda hücrede yaralanma veya ölüm gerçekleşir. Bazı mikroorganizmalardaki enzimler, UV ışını ile oluşan yaralanmaları veya hasarları zamanla iyileştirebilmektedir. Bu iyileştirme işlemi ışıklı veya karanlık ortamda olabilir. UV radyasyonu ile dezenfeksiyonun gerçekleştirilebilmesi için UV ışınınların organizmaya ulaşması ve bu ışınların yeterli enerjiye sahip olması gerekmektedir.
Verimi artırmak için bazı önlemler aşağıda belirtilmiştir.
Bulanıklığa sebep olan askıda ve kolloidal maddeler sudan uzaklaştırılmalıdır.
Işığı absorblayan fenol ve diğer aromatik bileşikler gibi maddeler suda bulunmamalıdır.
Su ince bir film tabakası şeklinde akmalı ve iyice karıştırılmalıdır.
Yeterli şiddette ve temas süresinde UV ışınları uygulanmalıdır.
Ultraviyole (UV) radyasyonu ihtiyacı
UV ışınlarının genellikle % 2 yansımakta, bir kısımı (% 5-35) UV lambasının içinde bulunduğu koruyucu tüp (kılıf) tarafından absorbe edilmektedir.
Saf su, uygulanan UV ışının % 8’ini absorbe etmekte ve % 2’sini ise yansıtmaktadır. UV ışını ihtiyacı hesaplanırken bunlarında dikkate alınması gerekmektedir.
Yüzde geçirgenik UV radyasyonunun dezenfeksiyon için uygunluğunu göstermede yaygın kullanılan bir parametredir.
Ultraviyole (UV) radyasyonu yan ürünleri
240 nm ve altında UV ışınları organikler ve nitratla reaksiyon vermektedir. Bu dalga boylarında organik maddeler UV reaksiyonu ile parçalanmakta ve aldehitler veya karboksilik asitler gibi biyolojik olarak ayrışabilir organik madde oluşturmaktadır.
Bu oluşumlar dağıtım hatlarında biyofilm problemine sebep olabilir. Bu organikler ikincil dezenfektan olarak klor kullanıldığında THM ve HAA gibi dezenfeksiyon yan ürünleri oluşturabilirler.
225 nm ve altında dalga boylarında nitrat UV ışınları ile nitrite dönüşebilir. İkincil dezenfektan olarak klor kullanıldığında, nitrit gerekli bakiye klor miktarının artmasına sebep olur.
Ultraviyole (UV) radyasyonu düzeneğinin tasarımı
Kaynatma ile Dezenfeksiyon
Su 5-10 kaynatıldığı zaman içindeki mikropların hepsi ölür.
Kireç Kaymağı ile Dezenfeksiyon
•Bu maddenin kullanılması çok eskidir
•Kireç kaymağı suya ilave edildiği zaman ortamda Ca2 , OH-, Cl- ve ClO- iyonları meydana gelir.
•Bu iyonlardan etkili olan ClO- (hipoklorit) dir.
•Hipoklorit çeşitli reaksiyonlarla klor (Cl) ve oksijen (O2) meydana getirir ki bunlar dezenfektan maddelerdir.
Membran Prosesler
İçme suyu arıtımında membran prosesler yumuşatma, tuz, çözünmüş organik maddeler, renk, koloidal ve partiküller maddeler ile mikroorganizmaların giderimi ve diğer amaçlar için kullanılmaktadır.
Membran Prosesler
Su arıtımında kullanılan başlıca ticari membran prosesler;
• Mikrofiltrasyon (MF),
• Ultrafiltrasyon (UF),
• Nanofiltrasyon (NF),
• Ters osmoz (RO)
• Elektrodiyaliz (ED)’dir.
Membranlar;
• Spiral sargılı,
• İçi boş elyaf (hollow fiber),
• Tübular,
• Lehva ve çerçeve gibi konfigürasyonlarda kullanılabilmektedir.
Membran proses seçiminde aşağıdaki faktörler dikkate alınmalıdır:
Kaynak suyunun özellikleri, değişkenliği ve mevcudiyeti
Membran prosesinin ön arıtma ve ileri arıtma gereksinimi
Özellikle ön artıma için kullanılmayan membran öncesi prosesler, örnek olarak oksidant, toz aktif karbon, koagülantlar ve polimerlerin kullanımı
Süzüntü suyu kalite ve miktar gereksinimi ile karıştırma seçeneği (paçallama)
Atık kalıntıların uzaklaştırılması
Kesikli veya pilot test ihtiyacı (Benzer uygulamalara ait temsil ve tatmin edici veriler var mı?)
İlk yatırım, işletme ve bakım maliyetleri
Bazı membran ayırma prosesleri
MWCO) ile giderim mekanizmaları arasındaki ilişki aşağıda kısaca özetlenmiştir.
Mikrofiltrasyon (MF): Nominal gözenek çapı 0.1 ila 0.5 µm aralığındadır. Giardia kistleri, Cryptosporidium oocysts ve benzer 3 µm ebatlı organizmaları 3 log giderebilmektedir.
Ultrafiltrasyon (UF): Gözenek çapı 0.005 ila 0.1 μm veya veya MWCO’su 10.000 ila 200.000 Da aralığındaki membranlarla en az 1 log virüs giderebilmektedir.
Nanofiltrasyon (NF): Çözünmüş organikler, renk, kalsiyum, magnezyum ve diğer iyonları sudan ayırabilmektedir. MWCO değeri 200 Da’da büyük ve 500 Da’dan küçüktür. Sodyum klorür giderimi 0 ila ? aralığındadır. RO’ya göre sodyum klorür giderimi daha düşüktür. NF membranı genellikle tek değerli iyonları geçirirken çok değerli iyonları ise alıkoymaktadır.
Ters osmoz (RO): çözünmüş organikler, renk, dezenfeksiyon yan ürünü öncüleri, sertlik ve diğer çözünmüş iyonlar veya çözünmüş katıları sudan ayırabilmektedir. RO membranları MWCO’su 200 Da’dan küçüktür. Sodyum klorürü ?’in üzerinde giderebilmektedir.
İyon Değiştirme
İyon değiştirme, bir iyonun diğer bir iyonla yer değiştirmesi esasına dayanan bir yöntem olup, katyon değiştirme (baz değiştirme) ve anyon değiştirme (asit değiştirme) şeklinde iki kısımda ele alınmaktadır.
Katyon değiştirme, pozitif bir iyonun veya katyonun, diğer bir pozitif iyonla yer değiştirmesidir. Doğal sularda katyonlar; Ca2 , Mg2 , Na , H , Fe2 ve Mn2 , vb. maddelerdir.
Anyon değiştirme ise, negatif bir iyonunun veya anyonun, diğer bir negatif iyonla yer değiştirmesidir. Doğal sularda anyonlar genel olarak; Cl-, SO4 2-, NO3-, vb. gibi maddelerdir.
SONUÇ
Suyun nasıl kirlendiğini, kirli sudan geçen hastalıkları, suyun dezenfekte edilmesini, temiz suyun özelliklerini, suların kirlenmesini önlemede bizlere düşen görevleri, asit yağmurlarının bitkilere verdiği zararları deney yaparak gözlemledik. Temiz bir dünyada yaşarken, temiz su kullanabilmek herkes için bir zorunluluktur. Suyun kaynağından çıkarılırken ya da bize ulaşması sırasında kirlenmesini önlemek herkesin görevi olmalıdır. Su kaynaklarını korumalıyız.
İçme suyu, göl, nehir ve akarsu gibi yeryüzü su kaynaklarından da sağlanabilir. Yüzey sularının özelliklerini içeriklerinde bulunan çözünmüş katı maddeler yani katyonlar ve anyonlar, askıda katı maddeler, organik maddeler, renk ve koku veren maddeler ile çözünmüş gazlar belirlemektedir. Yüzey suları ayrıca kalsiyum, magnezyum, askıda katı madde, demir, mangan ve başka organik maddelerde içerebilir. Yüzey sularının arıtılmadan içme suyu olarak kullanılması uygun değildir. Bu nedenle su birçok artıma işlemine tabi tutulur.
Yapay olarak icat edilen su arıtma teknikleri de yine doğadan ilham alınarak gerçekleştirilmiş tekniklerdir. Doğadaki su arıtma prosesi taklit edilerek doğadan çok daha hızlı bir şekilde arıtma işlemini gerçekleştirebilmemiz gerekmektedir. Suyun yer altında ilerleyerek kirliliklerden arınması takip edilerek kopyalanan filtrasyon sistemleri bilimin katkısıyla doğadakinden çok daha hızlı sonuç vermektedir. Yine doğadan esinlenerek iyon değişimi prensibi ile sudaki kirlilikler zararsız olan maddelerle yer değiştirmek suretiyle arındırılmaktadır. Bitkilerdeki osmatik basınç farkından esinlenerek reverse osmosis,(RO, ters osmoz) su arıtma sistemleri icat edilmiştir. Ancak günümüzün teknolojisinde bile su içerisindeki zararlı yararlı madde ayırımı yapıp arıtma işlemi yapılamamaktadır. Ancak suyun saflaştırıldıktan sonra istediğimiz özelliklere getirilebilmesi mümkündür. Buna karşın doğadaki çeşitli sular bulundukları ortamdan dolayı farklı özellikler gösterebilmektedir. Bu özellikleri sağlayan doğal mineraller ve su moleküllerinin yapısıdır. Su saflaştırıldıktan sonra bu minerallerin ilavesi ile su moleküllerine bu özellikler tekrar kazandırılabilmektedir. Bu şekilde etkin bir su arıtma prosesi işlemiş olacaktır.
KAYNAKÇA
Çakmakcı M., Özkaya B., Yetilmezsoy K., Demir S. (2014). “İçme suyu arıtma tesislerinin tasarım esaslarının ve normlarının belirlenmesi ve rehber kitap hazırlanması projesi”, T.C. Orman ve Su İşleri, http://suyonetimi.ormansu.gov.tr/Files/haber/Su _aritma_tesislerinin_tasarm_isletme_esaslari. pdf. Eroğlu V. (2008). “ Su tasfiyesi”. Çevre ve Orman Bakanlığı, Ankara. Hasar H. (2010). “Su Arıtımı”, Çevre Orman Bakanlığı Çevre Görevlisi Eğitim Notları, Antalya. Kurt U. (2010). “Kimyasal temel işlemler ders notları”, Y.T.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, İstanbul.
Kurt U. (2010). “Kimyasal temel işlemler ders notları”, Y.T.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü, İstanbul.
http://cevre.beun.edu.tr/dersnotu/icmesulari/icme-sularinin-aritilmasi.pdf
http://cevresagligi.thsk.saglik.gov.tr/dosya/Su/SuUygunsuzluguYonetimi3-5Kasim2014/SuAritmaTesislerininTasarimveIsletmeEsaslari.pdf
Dünya Su Dergileri, muhtelif sayıları
Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı –Su Havzaları, Kullanımı ve Yönetimi Özel İhtisas Komisyonu Raporu, Ankara 2001
İTO Yayın No:56-Türkiye’de İçme Suyu Sektörü Sorunları ve Çözüm Önerileri, Eylül 1999
GÜLER Çağatay. Levent AKIN, Halk Sağlığı Temel Bilgiler, Hacettepe Üniversitesi Yayınları. Ankara, 2006
ÇOBANOĞLU Zakir, Sular Bilgisi, Türk Sağlık Eğitim Vakfı Yay, Ankara, 2001.
T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI Çevre Sağlığı, Ankara,2010
T.C.MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI Gıda teknolojisi, Gıdadaki Suyun Özellikleri, MEGEP
|