Su ve Atıksu Arıtma

Ölçülecek liste sabittir: alkalinite (EN ISO 9963), toplam ve kalsiyum sertliği (ISO 6059), serbest CO₂, mineral asidite, askıda katı madde (EN 872), metal profili (EN ISO 11885) ve sıcaklık. Tek bir numune hiçbirini temsil etmez. En az bir tam vardiya boyunca debiye orantılı kompozit numune alınır; yüzeysel kaynakta ise yağışlı ve kurak dönem ayrı ayrı örneklenir. Tasarımı ortalama değil, tepe/ortalama oranı belirler.

Akımlar kaynağında ayrılır. Asit dekapaj banyosu, siyanürlü kaplama banyosu, ıslak yıkayıcı blöfü ve genel proses suyu aynı havuzda karışırsa hiçbiri kendi optimum pH'ında işlenemez. Örneğin baca gazı arıtma hattından gelen blöf yüksek klorür ve sülfat taşır; bu akım ayrı tutulduğunda alçıtaşı çöktürmesi kontrollü yapılabilir, karıştırıldığında ise tüm hatta beklenmedik kabuklanma üretir.

Karakterizasyonun çıktısı tek bir tablo değil, bir yük profilidir: saatlik debi, saatlik asidite ve saatlik metal yükü. Dengeleme havuzu hacmi bu profilden hesaplanır. Pratikte 8–24 saatlik dengeleme, dozaj kontrolünün takip etmesi gereken salınımı yarıya indirir ve kimyasal tüketiminde ölçülebilir bir düşüş sağlar.

Bir arıtma hattında genellikle birden fazla hedef vardır: deşarj limitleri, alıcı ortam koşulu, biyolojik kademenin pH toleransı, kalıntı sertlik ve içme suyunda doygunluk indisi. Bunlardan yalnızca biri bağlayıcıdır ve dozajı o yönetir. Bağlayıcı hedef metal ise çalışma pH'ı metal profiline göre; sertlik ise 10,3 veya 10,8–11,3 bandına göre; yalnızca nötralizasyon ise 6,5–9,0 aralığına göre kurulur.

Bu ayrım yapılmadığında en sık görülen sonuç, gereksiz yüksek pH'ta çalışmaktır. Biyolojik kademeye giden bir akımda pH 9'un üzerine çıkmak nitrifikasyon bakterilerini baskılar ve çıkışta amonyum yükseltir; bu durumda kireçle yükseltilen pH'ın asitle geri düşürülmesi gerekir. İki kimyasalı arka arkaya harcamak yerine hedef bandı baştan doğru seçmek, çoğu tesiste en hızlı kazanç kalemidir.

Önce titrasyon eğrisi çıkarılır: bilinen konsantrasyonda kireç sütü kademeli olarak eklenirken pH kaydedilir. Eğrideki düz platolar tampon kalemlerini, dik bölge ise kontrolün zorlaşacağı bandı gösterir. Kuvvetli asit içeren bir atıksuda pH 4 ile 10 arasındaki geçiş neredeyse dikeydir; bu eğri, tek kademeli bir nötralizasyon havuzunun neden salınacağını daha tasarım masasında gösterir.

Jar testi ASTM D2035 çerçevesinde yürütülür: altı adet 1 L'lik beher, 1 dakika 120 dev/dk hızlı karıştırma, 15 dakika 30 dev/dk yavaş karıştırma, 30 dakika çökelme. Her behirde pH, bulanıklık, 30 dakikalık çöken çamur hacmi ve metal derişimi ölçülür. Kritik ayrıntı şudur: metal hem 0,45 µm'den süzülmüş hem de süzülmemiş numunede ölçülmelidir. Deşarj limiti toplam metal üzerinden verilir; süzülmüş sonuç mükemmel görünürken süzülmemiş sonuç limit üstü çıkıyorsa problem kimyada değil, ince flok kaçağındadır ve çözümü koagülan yardımcısı ya da filtrasyondur.

Numune yaşı sonucu bozar. Bekletilen numune havadan CO₂ alır, demir(II) oksitlenir ve gerçek kireç ihtiyacı olduğundan farklı ölçülür; test 24 saat içinde yapılmalıdır. Laboratuvardan sahaya geçerken 1,1–1,3 arasında bir ölçek katsayısı uygulanır, çünkü gerçek reaktörde karıştırma homojenliği ve temas süresi jar koşullarının altındadır.

Sertifikada okunacak sıra bellidir: aktif CaO veya Ca(OH)₂ içeriği, kızdırma kaybı (karbonatlaşma göstergesi), grit oranı, incelik ve sönmemiş kireçte reaktivite. Toplam CaO tek başına yanıltıcıdır; aşırı pişmiş kireç analizde temiz görünür ama yavaş söner, grit bırakır ve dozaj hesabında var olduğu hâlde reaksiyona katkı vermez. İçme suyu hatlarında ayrıca TS EN 12518 kapsamındaki ağır metal ve safsızlık sınırları aranır; deney yöntemleri TS EN 12485'te tanımlıdır.

Giriş kontrolü her partide yapılır, yılda bir değil. Aktif içerikteki iki puanlık düşüş, sabit hacimli bir dozaj sisteminde doğrudan pH kaymasına ve operatörün açıklayamadığı dozaj artışına dönüşür. Silo koşulları da kaliteyi belirler: hidratlı kireç havadaki nem ve CO₂ ile yavaş yavaş karbonatlaşır; havalandırması kurutulmamış bir siloda aylık %1–3 aktivite kaybı olağandır.

Söndürme, sonraki her şeyin kalitesini belirleyen adımdır. Macun tipi söndürücüde su/kireç oranı 2,5–3,5 : 1, bulamaç tipinde 4–6 : 1 tutulur. Reaksiyon sonunda bulamacın 82–93 °C bandına ulaşması hedeflenir: su fazla soğuk veya fazla verildiğinde kireç “boğulur”, iri ve az yüzeyli taneler oluşur; kaynama noktasına çıkıldığında ise taneler topaklaşır. Her iki durumda da elde edilen Ca(OH)₂'nin reaktivitesi düşer ve aynı pH için daha yüksek dozaj gerekir.

Söndürme ünitesinin çıkışında grit ayırıcı bulunmalıdır. Beslemenin kalitesine göre %2–10 arasında değişen bu iri, aşındırıcı fraksiyon hatta kalırsa pompa rotorunu, vana yatağını ve dirsekleri hızla yer. Ayrılan grit ayrıca bir kalite göstergesidir: oranın aniden yükselmesi, gelen kirecin daha sert pişmiş olduğunu ilk haber veren işarettir.

Hazırlanan süt kapalı, sürekli karıştırılan bir tankta tutulur. Karıştırıcı durduğunda katı 10–20 dakika içinde ayrışmaya başlar; hava ile temas eden yüzeyde CaCO₃ kabuğu oluşur. Depolama süresi 24–48 saati aşmamalıdır. Konsantrasyon en pratik biçimde yoğunluktan izlenir: %5'lik süt yaklaşık 1,03 g/cm³, %20'lik süt 1,12 g/cm³ civarındadır ve çevrim hattına konan bir yoğunluk ölçer, dozaj hesabının dayandığı sayıyı sürekli doğrular.

Kireç sütü hattı, tanktan çıkıp dozaj noktalarını dolaşıp tanka geri dönen bir çevrim hattı olarak kurulur. Böylece hat hiçbir zaman durgun kalmaz. Hız 1,2–2,5 m/s aralığında tutulur: altında katı çöker, üstünde aşınma hızlanır. Kör kollar, uzun düşey inişler ve keskin dirsekler tıkanmanın başladığı yerlerdir; dozaj vanaları çevrim hattından kısa kollarla alınır ve her vardiya sonunda temiz suyla yıkanır.

Ekipman seçimi de aynı mantığı izler. Hortum (peristaltik) veya helisel rotorlu pompalar bulamaçla iyi çalışır; klapeli diyaframlı pompalar birkaç haftada tıkanır. Vana tarafında pinç veya bıçaklı sürgü vanalar tercih edilir. Dozaj noktası, durgun bir yüzeye değil türbülanslı bölgeye — karıştırıcı çarkının hemen çıkışına — konumlandırılır; aksi hâlde yerel olarak pH 12'yi aşan bir bölge oluşur, orada çöken metal hidroksitler bir daha çözünmez ve boru ağzında kalıcı kabuk yapar.

pH elektrodu bu ortamda tüketim malzemesidir. Cam yüzeyde biriken CaCO₃ ölçümü yavaşlatır ve zamanla düşük okumaya kaydırır; sonuç, sistemin gereğinden fazla kireç vermesidir. Geri çekilebilir elektrot yuvası, otomatik su püskürtmeli temizleme ve haftalık iki noktalı kalibrasyon (pH 7 ve pH 10 tamponları) bu kaymayı ortadan kaldırır.

Reaksiyon hızlı karıştırma bölgesinde başlar: G değeri 300–1000 s⁻¹, süre 1–3 dakika. Ardından floklaşma kademesi gelir; G 20–80 s⁻¹ ve 15–30 dakika, yani Gt çarpımı 30 000–100 000 bandında. Bu iki kademe ayrılmazsa ya çekirdeklenme yetersiz kalır ya da oluşan flok yüksek kesme kuvvetinde parçalanır ve çöktürücüde ince bulanıklık olarak görünür.

Çamur geri devri bu prosesin en az bilinen ama en etkili ayarıdır. Çöktürücü çamurunun bir kısmı reaksiyon tankına geri verildiğinde mevcut CaCO₃ ve metal hidroksit kristalleri çekirdek görevi görür; yeni katı çözelti içinde ince tanecikler olarak değil, bu çekirdeklerin üzerinde büyür. Sonuç daha iri, daha hızlı çöken ve çok daha iyi susuzlaşan bir çamurdur — asidik drenaj arıtımında yüksek yoğunluklu çamur (HDS) devresi tam olarak budur ve çamur katı oranını %1–5'ten %20–30'a çıkarır.

Kontrol mimarisi tek kademeli olamaz. Kuvvetli asit içeren bir akımda titrasyon eğrisi pH 4–10 arasında neredeyse diktir; tek havuzda tek vanayla bu bandı tutmaya çalışmak sürekli salınım üretir. Doğru çözüm seri iki veya üç kademe kurmak, her kademeye 2–4 pH birimlik bir görev vermek ve son kademede küçük kapasiteli ince ayar vanası kullanmaktır. Buna giriş debisi ile asiditeden hesaplanan ileri besleme eklendiğinde, sistem yük sıçramasına ölçüm gecikmesini beklemeden cevap verir.

Çamur tarafında kireç iki iş yapar. Şartlandırmada demir(III) klorürle birlikte kuru maddenin %10–25'i oranında verilen kireç özgül filtrasyon direncini düşürür ve filtre presten %25–35 kuru maddeli kek alınmasını sağlar; polimerle çalışan bant preste bu değer %18–22'de kalır. Etki, kapiler emme süresi (EN 14701-1) veya Büchner hunisinde özgül direnç ölçümüyle sayısallaştırılır — kek görüntüsüne bakarak karar vermek yanıltıcıdır. Stabilizasyonda hedef pH ≥ 12'ye çıkıp iki saat orada kalmak, ardından 22 saat boyunca 11,5'in altına düşmemektir. Karşılığında iki bedel vardır: kek kütlesi artar ve pH 11'in üzerinde amonyum tamamen serbest amonyağa döner, süzüntü suyu tesis girişine yüksek azot yüküyle geri döner. Kireçle stabilize edilmiş biyokatı, sınırlar içinde tarım ve toprak ıslahında kireçleme malzemesi olarak değerlendirilebilir.

Mevsimsel ayar bu prosesin doğal parçasıdır ve iki fiziksel nedeni vardır. Birincisi, kalsiyum karbonatın çözünürlüğü ters yönlüdür: soğuk suda daha çok çözünür. Bu nedenle kışın aynı kalıntı sertliği tutturmak için pH'ı 0,2–0,3 birim yukarı taşımak gerekir. İkincisi viskozitedir: 10 °C'de 1,31 mPa·s olan su viskozitesi 25 °C'de 0,89 mPa·s'ye iner; soğuk suda aynı flok yaklaşık üçte bir daha yavaş çöker. Kış aylarında yüzey yükünü düşürmek, lamella devreye almak veya flokülasyon süresini uzatmak bu yüzden gerekir. Buna yağış dönemindeki alkalinite seyrelmesi eklenir; sabit dozaj bu dönemlerde ya yetersiz kalır ya da boşa kimyasal ve çamur üretir.

Devreye almada dozaj kademeli olarak artırılır ve her kademede pH, bulanıklık, çamur hacmi, kek kuru maddesi ve çıkış metali birlikte kaydedilir. Amaç tek bir çalışma noktası bulmak değil, eğrinin nerede platoya girdiğini görmek ve alarm bantlarını buna göre koymaktır. Su karakterizasyonu, jar testi protokolü, kireç spesifikasyonu ve dozaj mimarisi tesisinize özgü olarak teknik ekibimizle birlikte kurgulanabilir.