Kaydol

Soru sormak, insanların sorularını yanıtlamak ve diğer insanlarla bağlantı kurmak için sosyal sorularımıza ve Cevap Motorumuza kaydolun.

Oturum aç

Soru sormak ve insanların sorularını yanıtlamak ve diğer insanlarla bağlantı kurmak için sosyal sorular ve Cevaplar Motorumuza giriş yapın.

Şifremi hatırlamıyorum

Şifreni mi unuttun? Lütfen e-mail adresinizi giriniz. Bir bağlantı alacaksınız ve e-posta yoluyla yeni bir şifre oluşturacaksınız.

Üzgünüz, soru sorma izniniz yok, Soru sormak için giriş yapmalısınız.

DESALİNASYON TESİSLERİ DENİZ SUYU ARITMA TEKNOLOJİLERİ

DESALİNASYON TESİSLERİ DENİZ SUYU ARITMA TEKNOLOJİLERİ
Hızla artan nüfus, su kirliliği ve çölleşme tarafından yüksek kaliteli su kaynaklarının tüketimi artan ihtiyacın başlıca nedenleri olmaktadır. Su tüketim kontrolü, korunması, dağıtımı ve depolanmasının iyileştirilmesi, arazi iyileştirme, arıtma ve yeniden kullanma, daha az su kullanan ürün vermek, yeni kaynakları kullanmaya başlamak gibi konuları kapsayan su probleminin pek çok çözümü vardır. Bu koşullarda deniz suyunun kullanımı iyi bir alternatif yaklaşım olmaktadır. Bu amaçla ülkemiz için ekonomik ve uygulanabilir tuzsuzlaştırma yöntemlerini belirlenmek ve bu konuda yapılan çalışmaları araştırarak optimum çözümleri ortaya koymak hedeflenmiştir. Bu çalışmada, deniz suyundan tatlı su elde etmek için kullanılan tuzsuzlaştırma teknolojileri incelenmiştir.

Dünya’nın dörtte üçü su olmasına rağmen, içme ve kullanıma uygun tatlı su kaynakları oldukça kısıtlıdır. Dünya’nın toplam tatlı su kapasitesi yaklaşık 35 milyon km3 (Dünya’nın toplam su kapasitesinin %2,5’i) olup bunun sadece 105 bin km3 ‘ü (%0,3’ü) doğal çevre ve insan kullanım ihtiyaçlarına elverişli tatlı su kaynaklarıdır. Diğer tatlı su kaynakları ise kutuplarda ve yer altında kullanımı çok kısıtlıdır.

Mevcut kullanılabilir tatlı su kaynakları (%0,3); Kuraklık, iklim değişikliği, sanayileşme, artan nüfus yoğunluğu, plansız şehirleşme gibi nedenlerle gün geçtikçe azalmaktadır. Su kaynaklarındaki yetersizlikler, sürekli artan su ihtiyacı, içme ve kullanma suyu temini için alternatif su üretme yöntemlerinin uygulanmasına neden olmuştur Okyanuslarda ve denizlerde bulduğumuz suyun geri kalanı, tuzluluk seviyesinden dolayı içilebilir değildir. Tuzdan arındırma çok fazla enerji gerektirir.

Bu enerji gereksinimi yüzünden bu teknolojiler kendilerine en çok ihtiyaç duyan enerji ve su yoksunu ülkelerin bir işine yaramaz.

Deniz Suyu Özellikleri Ve İçme Suyu Kalitesi Bakımından Tuzlu Su

İçme suyu temini dünyanın giderek büyüyen bir sorunu olup, su sıkıntısının giderilmesinde kullanılan çeşitli yollar mevcuttur. Bunlar, tutumlu ve ölçülü bir su sarfiyatı, yağmur sularının biriktirilip kullanıma sunulması, su fazlası olan bölgelerden su kıtlığı çekilen bölgelere su naklinin sağlanması, deniz suyu veya az tuzlu yer altı sularının tuzlarının çeşitli metotlarla giderilmesi olarak sayılabilir. Gerek yaşamın ve gerekse kalkınmanın vazgeçilmez bir girdisi olan suyun kirletilmesinin ve gereksiz sarfiyatının önüne geçilmesi şarttır.

Eski çağ denizlerinden ve yağmurlarından oluştuğu belirtilen fosil su rezervlerinin çıkarılarak dünya üzerinde yaşanan su sıkıntısına çözüm getirme fikri ise henüz bir tartışma ve araştırma konusudur. Magmaya çok yakın bölgelerdeki bu rezervlerin yüksek mineral içeriğinden dolayı, bu suların içilebilir hale getirilmesi için yüksek maliyetli tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durum ise fosil su rezervlerinin cazibesini azaltmaktadır. Buz dağlarının yük gemileri ile kutup bölgelerinden kurak bölgelere taşınması yoluyla su temini ise taşıma maliyetleri nedeniyle günümüzde olabilir görünmemektedir.

Deniz suyundan tatlı su elde edilmesi yüksek maliyetlere ihtiyaç duyduğu için, kullanılacak tekniğin fizibilite etüdünün ayrıntılı olarak yapılması gereklidir. Denizden denize tuz içeriği büyük ölçüde farklılıklar gösterir. Denizlere olan tatlı su akışına bağlı olarak tuz içeriği yüksek ya da az olabilmektedir. Karadeniz, Marmara, Ege ve Akdeniz’e göre daha az tuzlu bir denizdir.

Bu, düşük tuzluluk oranlarında, Karadeniz’e dökülen Tuna, Bug, Dinyester, Dinyeper, Don, Kızılırmak gibi büyük akarsuların önemli payı vardır. İstanbul ve Çanakkale boğazları aracılığıyla Karadeniz ile Ege Denizi arasında su alışverişi sağlayan Marmara Denizi’nin yüzey suları Ege ve Akdeniz’e göre daha az Karadeniz’e göre ise daha tuzludur. 15-20 m derinlikte yüzey katmanında %2.2 olan tuzluluk oranı, 30 m’de %3.7’ye, 150 m’de ise %3.85’e ulaşmaktadır.

Ege Denizi’nin Karadeniz ve Marmara’dan daha tuzlu olmasının nedeni, Karadeniz ve Marmara’dan gelen yüzey sularının Ege Denizi’nde saatte 2 km’yi aşan bir üst akıntı oluşturmasıdır. Bu üst akıntı Yunanistan kıyılarını izleyerek güneyde Akdeniz’e ulaşır. Tablo 1’de Ülkelere göre tatlı su çekimi ve kullanımı tablosunda ülkelere göre verileri görülmekte olup veri 2010 yılına aittir. Deniz suyunda 100’den fazla elementin varlığı belirlenmişse de bunların en önemlileri Tablo 2’de verilmiştir. Tuzdan suyu ayırmak için damıtma, membran ve kimyasal prosesler olmak üzere üç temel proses bulunmaktadır.

Damıtma Prosesleri

Suyun (gaz ya da katı) hal değişimi özelliğini kullanarak değişen fazını ayırmak için termal araç kullanılan proseslerdir. Amaç, fiziksel olarak tuz çözeltisinden suyu buharlaştırarak ayırmak ve daha sonra tekrar sıvı forma dönüştürerek toplamaktır.

Ülkelere Göre Tatlı Su Çekimi ve Kullanımı Ülkelere Göre Tatlı Su Çekimi ve Kullanımı

Bu sistemler için termal enerji ya da güneş enerjisi kullanılmaktadır. 80’lerden önce damıtma tuzsuzlaştırması (DT) deniz suyu arıtımı için en popüler yöntem olmuştur. Ticari olarak kullanılan ilk deniz suyu arıtma prosesleri olmasının yanında dünyada deniz suyu arıtım proseslerinin %65’lik kısmını halen bu prosesler kullanılarak yapılmaktadır. Termal kısmına ek olarak damıtma prosesleri sık sık daha düşük sıcaklıklarda da buharlaştırmayı arttırmak için vakum uygulamasıyla birleştirilmiştir.

  • Çok işlemli damıtma (multiple-effect distillation)
  • Çok kademeli şok damıtma (multi-stage flash distillation)
  • Mekanik buhar sıkıştırma (mechanical vapour compression)
  • Güneşle damıtma (solar distillation)

Membran Prosesler

Membran prosesler, fiziksel olarak bileşenlerin ayrılmasında membran sisteminin kullanıldığı proseslerdir. Deniz suyu arıtımında en çok kullanılan iki membran prosesi ters osmoz ve elektrodiyalizdir. Ayrıca membran distilasyon (MD) prosesi de kullanılmaktadır.

Ters osmoz yönteminde, suyun basınç altında tutulmasıyla açığa çıkan kimyasal potansiyel eğilimiyle çözünen madde membran boyunca geçer ve sudan fiziksel ayrımı gerçekleşir. Elektrodiyalizde, çözeltide iyonlar bir elektriksel alana karşılık anyon ve katyon seçici membranlar boyunca hareket ederler. Akış boyunca sudan çözünmüş iyonları ayırmak ve toplamak için bir elektriksel alan kullanılmaktadır. Her iki proses de büyük ölçekte ticarileştirilmiştir.

  • Ters Osmoz (Reverse Osmozis – RO)
  • Elektrodiyaliz (Electrodialysis-ED)
  • Membran Distilasyonu (Membran distillation- MD)

Kimyasal Prosesler

Bu kategori damıtma ve membran proseslerinden daha değişkendir ve iyon değiştirme, sıvı-sıvı ekstraksiyonu veya diğer arıtım tasarımlarını kapsamaktadır. Tuzsuzlaştırma için damıtmanın ve membran proseslerinin verilen süresi kimyasal prosesler veya kimyasal ve diğer proseslerle birlikle bir hibrit sistem tanımıyla hemen hemen alışılmışın dışındadır.

Genel olarak, kimyasal prosesleri tatlı suyun üretimi için uygulamak oldukça pahalı bulunmuştur. Ancak kimyasal proseslerden biri olan iyon değiştirme özel uygulamalar için yüksek saflıkta de-iyonize su üretmek için kullanan özel bir prosestir. Bunun yanı sıra, yon değiştirme çözünmüş katı madde miktarı yüksek olan sular için de pratik olmayan bir prosestir.

Ancak deniz suyundan bor uzaklaştırmak için kullanılan en uygun teknoloji olduğu yapılan çalışmalarla desteklenmiştir. Aynı zamanda içme suyu kalitesinde deniz suyunun tuzluluğunu azaltmak için gerekli olan ters osmoz proses ile de birleştirilebilmektedir.

Desalinasyon Tesisleri

Böbrekler, idrarı deniz suyundaki tuzu vücuttan etkisiz hale getiremiyor ve içtiğiniz bir bardak sudaki tuzu atmak için bir bardaktan daha fazla idrar üretmeniz gerekiyor.

Bu durumun çözümü desalinasyon, yani tuzdan arındırma. Bu işlem deniz suyunu tuzdan arındırarak içilebilir hale getiriyor ve bunun için de ya çok kademeli şok denen kaynatma tekniği ya da ters osmoz adlı filtreleme yöntemini kullanıyor. Genel manada, Şekil 1’de Desanilasyon tesisini görmekteyiz.

Desanilasyon Tesisi
Şekil 1

Çok kademeli şok damıtma, güneş enerjili damıtıcılarla aynı ilkeyi kullanıyor. Su kaynayınca saf su buharı yükseliyor ve tuz kristalleri geride kalıyor. Bu su buharını toplamak, yoğunlaştırmak ve içmek mümkün.

Ters osmoz ise suyu yalnızca su moleküllerinin geçmesine izin veren bir filtreye yüksek basınçla püskürterek tuzdan arındırıyor. Su, filtreyi geçiyor ve membranın bir tarafında tuzlu, diğer tarafında içilebilir su kalıyor.

Şekil 2’de Ters Osmoz görmekteyiz. Uluslararası Desalinasyon Birliği’ne göre dünyada şu an 18.000’den fazla desalinasyon tesisi var ve bunlar her gün 150’den fazla ülkede 300 milyon insana 860 milyar litreden fazla su sağlıyor.

Ters Ozmoz
Şekil-2

Ters osmoz membranları uzun zamandır acı su ve deniz suyu arıtımında geniş ölçekte kullanılan ve gelişen bir teknolojidir. Deniz suyu RO sistemleri için işletim parametreleri esas itibariyle sıcaklık ve besleme suyu tuzluluğunun bir fonksiyonudur. Şekil 3 ve Şekil 4 desalinasyonların aşamalarını görmekteyiz.

Desalinasyon Aşamaları
Şekil-3 ve 4

RO basınçlandırılmış tuzlu çözeltiden suyu çözünenlerden ayıran bir membran ayırma prosesidir. Uygulamada tuzlu su membrana karşı basınçlandırılan kapalı bir kanal içine pompalanır. Suyun bir kısmı membran boyunca geçerken kalan besleme suyunun tuz içeriğinde artış gözlenir.

Aynı zamanda besleme suyunun bir kısmı membran boyunca geçmeksizin deşarj edilir. Bu deşarjın kontrolü olmadan aşırı doymuş tuzların çökelmesi gibi problemler yaratan tuz konsantrasyonundaki artış devam eder ve membranların geçiş sırasında osmotik basınç artar.

Bu tuzlu suda atık olarak deşarj edilen besleme suyunun miktarı besleme suyunun tuz konsantrasyonuna bağlı olarak besleme akışı %20-%70 arasında değişir. Şekil 5’te ters osmoz tesisi planının basit bileşenlerini göstermektedir. Ters osmozun nasıl çalıştığını anlamak için doğada osmoz sürecini anlamaya yardımcı olur.

Şekil 5. Ters Osmoz Tesisi Planının Basit Bileşenleri [4]
Şekil-5

Farklı çözünmüş mineral konsantrasyonlarına sahip iki çözelti, yarı geçirgen bir zar ile ayrıldığında, su daha az konsantre çözeltiden daha yoğun çözeltiye akar. Yarı geçirgen zar örnekleri, canlı bir organizmanın hücre duvarları, tavuk yumurtasının içindeki zar, memelilerin bağırsak astarları veya bu karakteristiği gösteren insan yapımı malzemelerdir (plastik türü).

Şekil 6. Deniz Suyu Arıtma Teknolojileri
Şekil-6

Ozmotik basınç, suyun “temiz” taraftan “kirli tarafa” (düşük mineralden yüksek mineral içeriğine kadar olan yan membran) ne kadar kötüye gitmeyi istediğinin bir ölçüsüdür ve mineral yoğunluk diferansiyeline göre yönetilir.

Bu basınç şaşırtıcı derecede yüksek olabilir ve ağaçları suyun en derin kökten en uzun bacağa, çoğunlukla 100 veya daha fazla ayağa dikey bir mesafeye taşımak için kullandığı bir mekanizmayı açıklar. Su membrandan geçerken içerdiği minerallerin çoğu geride kalır. Çözünmüş minerallerin (iyonların) çoğunu geride bırakarak su moleküllerini membrandan geçmesini sağlayan mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır ancak basit filtrasyondan kesinlikle çok daha karmaşıktır.

Difüzyon ve aktif taşıma, rol oynayan modellerdir. Bir tanım, osmozu “su moleküllerinin dipole momentinin bir membranın diğer tarafındaki iyonlara ve kutup moleküllerine çekilmesinden kaynaklanan su moleküllerinin bir membrandan geçişi” olarak adlandırır.

Ters osmoz sistemleri , diğer yönden akmaya çalışan doğal ozmotik basıncın üstesinden gelmek için “kirli taraf” (yüksek mineral içerikli taraf) üzerindeki insanın indüklediği basıncın yanı sıra, suyun yarı- geçirgen zar “temiz tarafa” geçirir. RO sürecinde, çözünmüş minerallerin% 98’i veya daha fazlası “kirli taraf” ın gerisinde kalıyor. Şekil 6’da Deniz Suyu Arıtma Teknolojileri sıralamasını görebilmekteyiz.

Ters osmoz, büyük miktardaki zar yüzey alanını küçük bir hacme sığdırmak için bir çekirdeğin çevresinde sarılmış

membranları kullanır. Bu zarlar “spiral yara” olarak adlandırılır ve erken “içi boş fiber” sistemleri büyük ölçüde yer değiştirmiştir. Membran, çözünmüş iyonların %98’inin temiz su akışına geçmesini önlediğinden, membranın “kirli” tarafında bir sürü mineral bırakılır.

Bunları süpürüp ölçeklendirmeyi en aza indirgemek için (mineraller daha konsantre hale geldiği için çoğu çözünürlük konsantrasyonunu aşabilir ve çökelmeye veya membrana yapışmaya başlar ve böylece filtrasyon verimliliğini azaltır ve potansiyel olarak gereksiz hale getirir) tipik olarak toplamın yaklaşık %25’i Besleme suyu membranın kirli tarafı boyunca boşaltmak için yıkanır.

Konsantre minerallere ilaveten, besleme suyundaki asılı kirteki küçük parçacıkların büyük kısmı da boşaltma için yıkılır. Bu, çok temiz bir ürün suyu üretir çünkü en çok toplam organik karbon veya TOC dahil olmak üzere çok küçük parçacıklar (0,0001 mikrona kadar) da çıkarılır.

Ek mineral azaltma arzu edildiğinde, iyon değişimli demineralizasyon, ürün suyunu parlatmak için kullanılabilir.

Çözülmüş iyonların% 98’inde RO işlemi sırasında uzaklaştırıldığından, iyon değiştirici reçineler borsalarda önemli kapasiteye sahiptir. Besleme suyu ters osmoz sisteminin akış yukarısında doğru şekilde işlenirse, sadece önemli bir hareketli kısmı olan bir pompaya sahip oldukları için bakım genellikle azdır. Günümüzde kullanılan en yaygın

RO zarları klorla tahrip olmaktadır, bu nedenle ön işlem genellikle sodyum bisülfit gibi indirgeyici bir ajan ya da de klorinasyon (yani serbest klorin eliminasyonu) için aktif karbon filtreleri kullanmayı içerir. Kalsiyum ve magnezyum karbonatları kireç oluşumunu önlemek için azaltmak için iyon değişimi yumuşatma işlemi gerekebilir, ancak antiscalal kimyasalların hızlı gelişimi onları genellikle seçme yöntemi yapar (tuz tüketimini ortadan kaldırır). Su, önemli silt içeriyorsa, çoklu ortam filtrelemesi gerekebilir.

Beslenme suyu, erken tedavi yöntemi belirtmeden önce bir silt yoğunluğu testi (SDI) ile değerlendirilmelidir çünkü prematüre membran yetmezliği ve/veya sık yıkama, yetersiz ön hazırlık tasarımından kaynaklanabilir. SDI, 30 psi’lik bir basıncı muhafaza ederken 0,45 mikron mutlak filtreden akan birkaç zamanlanmış tahliye koleksiyonundan hesaplanan bir birim-az sayıdır.

Deniz suyu arıtmanın aşamalarını öğrenmek ve makalenin geri kalanını okumak için tıklayın

Benzer Yazılar

Yorum yap

Yorum yapabilmek için giriş yapmanız gerekiyor.