su/atıksu arıtılması membran teknolojileri ve uygulamaları · su/atıksu arıtılması ve geri...

Su/Atıksu Arıtılması ve Geri Kazanılmasında

Membran Teknolojileri ve Uygulamaları Cilt 3: Membran Teknolojilerinde Konsantre Yönetimi, Maliyet, İşletme ve Bakım, Enerji Üretimi Uygulamaları ve Membran Terimleri Sözlüğü

Prof. Dr. İsmail KOYUNCU (Editör)

ii


Membran Teknolojileri ve Uygulamaları Cilt 1: Membran Teknolojileri ve Su Arıtma Yazarlar Prof. Dr. İsmail Koyuncu Prof. Dr. Halil Hasar Prof. Dr. Bülent Keskinler Prof. Dr. Vedat Uyak Prof. Dr. İzzet Öztürk Doç. Dr. Derya Y. Köseoğlu-İmer Doç. Dr. Ergin Taşkan Yrd. Doç. Dr. Mustafa Evren Erşahin Yrd. Doç. Dr. Hale Özgün Yrd. Doç. Dr. Murat Eyvaz Dr. Recep Kaan Dereli Dr. Börte Köse Mutlu Dr. Bihter Zeytuncu Araş. Gör. Serkan Güçlü Araş. Gör. Türker Türken Araş. Gör. Reyhan Şengür-Taşdemir Araş. Gör. Recep Kaya Araş. Gör. Mehmet Emin Paşaoğlu Araş. Gör. Ayşe Yüksekdağ Araş. Gör. Meltem Ağtaş Araş. Gör. Melike Ürper Araş. Gör. Bahar Özbey Ünal Araş. Gör. Öykü Mutlu Salmanlı Araş. Gör. Sevde Korkut Araş. Gör. Alper Yazagan Yük. Çev Müh. Ayşegül Derya Altınay

ii


Membran Teknolojileri ve Uygulamaları Cilt 1: Membran Teknolojileri ve Su Arıtma Yazarlar Prof. Dr. İsmail Koyuncu Prof. Dr. Halil Hasar Prof. Dr. Bülent Keskinler Prof. Dr. Vedat Uyak Prof. Dr. İzzet Öztürk Doç. Dr. Derya Y. Köseoğlu-İmer Doç. Dr. Ergin Taşkan Yrd. Doç. Dr. Mustafa Evren Erşahin Yrd. Doç. Dr. Hale Özgün Yrd. Doç. Dr. Murat Eyvaz Dr. Recep Kaan Dereli Dr. Börte Köse Mutlu Dr. Bihter Zeytuncu Araş. Gör. Serkan Güçlü Araş. Gör. Türker Türken Araş. Gör. Reyhan Şengür-Taşdemir Araş. Gör. Recep Kaya Araş. Gör. Mehmet Emin Paşaoğlu Araş. Gör. Ayşe Yüksekdağ Araş. Gör. Meltem Ağtaş Araş. Gör. Melike Ürper Araş. Gör. Bahar Özbey Ünal Araş. Gör. Öykü Mutlu Salmanlı Araş. Gör. Sevde Korkut Araş. Gör. Alper Yazagan Yük. Çev Müh. Ayşegül Derya Altınay

ii



Yazarlar Prof. Dr. İsmail Koyuncu Prof. Dr. Halil Hasar Prof. Dr. Bülent Keskinler Prof. Dr. Vedat Uyak Prof. Dr. İzzet Öztürk Doç. Dr. Derya Y. Köseoğlu-İmer Doç. Dr. Ergin Taşkan Yrd. Doç. Dr. Mustafa Evren Erşahin Yrd. Doç. Dr. Hale Özgün Yrd. Doç. Dr. Murat Eyvaz Dr. Recep Kaan Dereli Dr. Börte Köse Mutlu Dr. Bihter Zeytuncu Araş. Gör. Serkan Güçlü Araş. Gör. Türker Türken Araş. Gör. Reyhan Şengür-Taşdemir Araş. Gör. Recep Kaya Araş. Gör. Mehmet Emin Paşaoğlu Araş. Gör. Ayşe Yüksekdağ Araş. Gör. Meltem Ağtaş Araş. Gör. Melike Ürper Araş. Gör. Bahar Özbey Ünal Araş. Gör. Öykü Mutlu Salmanlı Araş. Gör. Sevde Korkut Araş. Gör. Alper Yazagan Yük. Çev Müh. Ayşegül Derya Altınay

ii



Yazarlar Prof. Dr. İsmail Koyuncu Prof. Dr. Halil Hasar Prof. Dr. Bülent Keskinler Prof. Dr. Vedat Uyak Prof. Dr. İzzet Öztürk Doç. Dr. Derya Y. Köseoğlu-İmer Doç. Dr. Ergin Taşkan Yrd. Doç. Dr. Mustafa Evren Erşahin Yrd. Doç. Dr. Hale Özgün Yrd. Doç. Dr. Murat Eyvaz Dr. Recep Kaan Dereli Dr. Börte Köse Mutlu Dr. Bihter Zeytuncu Araş. Gör. Serkan Güçlü Araş. Gör. Türker Türken Araş. Gör. Reyhan Şengür-Taşdemir Araş. Gör. Recep Kaya Araş. Gör. Mehmet Emin Paşaoğlu Araş. Gör. Ayşe Yüksekdağ Araş. Gör. Meltem Ağtaş Araş. Gör. Melike Ürper Araş. Gör. Bahar Özbey Ünal Araş. Gör. Öykü Mutlu Salmanlı Araş. Gör. Sevde Korkut Araş. Gör. Alper Yazagan Yük. Çev Müh. Ayşegül Derya Altınay

iii

ÖNSÖZ

Türkiye’de membran üretilmesi, modül ve proses geliştirilmesi, membran teknolojileri üzerine araştırma ve geliştirme faaliyetlerinde bulunulması, bu konudaki araştırmacılara fırsatlar sunulması, sanayiye destek olunması ve membran bilim ve teknolojisine katkılarda bulunulması amacıyla ve bu alanlarda Dünya çapında lider bir araştırma merkezi haline gelme vizyonu ile T.C. Kalkınma Bakanlığı ve İstanbul Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’nün desteğiyle kurulan İstanbul Teknik Üniversitesi Prof. Dr. Dincer Topacık Membran Teknolojileri Uygulama ve Araştırma (UYGAR) Merkezi (MEM-TEK)’nin faaliyetleri ile birlikte, Türkiye’deki membran teknolojisi alanındaki araştırmalar farklı bir yapıya dönüşmüştür. MEM-TEK’de, son altı yılda çok ciddi bilimsel ve teknolojik araştırmalar yapılmış, ülkemizde yerli ve milli membran üretimi konusunda çok ciddi mesafeler alınmış ve birçok ticari ürün ortaya çıkmaya başlamıştır. Su/Atıksu Arıtılması ve Geri Kazanılmasında Membran Teknolojileri ve Uygulamaları kitabı, MEM-TEK’in kurulmasından itibaren geçen serüvende elde ettiği bilgi birikimi, tecrübe ve başarı öyküsünün bir kısmını aktarmak, Türkçe kaynak bulma konusunda yaşanılan sıkıntıyı gidermek, yol gösterici olmak, kamu ve özel sektörde çalışan meslektaşlarımızın ihtiyaçlarını karşılamak, üniversitelerimizin özellikle çevre mühendisliği bölümleri başta olmak üzere bir çok farklı bölümde lisans ve lisansüstü seviyelerinde okutulmakta olan membran prosesler ile su arıtma tesisi tasarımı ve atıksu arıtma tesisi tasarımı derslerinde kaynak kitap olması gayesiyle yazılmıştır. Bu kitabın yazımı aşamasında, membran teknolojileri alanında hemen hemen tüm güncel kitap, teknik rapor, tasarım rehberi ve katalog taranmış ve özellikle, MEM-TEK’de edilen bilgi ve tecrübenin uygulamaya yönelik bir kısmı aktarılmıştır. Kitap, hem temel bilimsel konuları hem de tasarım, işletme ve bakım gibi uygulamaya yönelik konuları çok detaylı bir şekilde kapsamaktadır. Konuların daha iyi anlaşılabilmesi için bazı bölümlerin sonlarına çözümlü örnek uygulamalar ve tasarım örnekleri verilmiştir. Ayrıca, son dönemde geliştirilen yenilikçi membran prosesler hakkında bilgi verilmiş, membran teknolojilerinin geleceği ile ilgili olarak da bir vizyon çizilmeye çalışılmıştır. Kitabın, kamu, özel sektör ve üniversitelerde çalışan meslektaşlarımıza ve öğrencilerimize faydalı olmasını dilerim.

iv

Kitap üç ciltten oluşmaktadır. Kitabın membran teknolojilerine genel bakış ve su arıtımı başlıklı ilk cildinde sekiz bölüm bulunmaktadır. Birinci bölümde, suyun ve membran teknolojilerinin önemi ve membran teknolojilerinin tarihsel gelişimi hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde membranların sınıflandırılması başlığı detaylıca incelenmiştir. Üçüncü bölümde, membran proseslerinin çeşitleri ve sürücü kuvvetlerine göre farklılıklarından bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde, membranlarda kütle transferi ele alınmış, beşinci ve altıncı bölümlerde ise konsantrasyon polarizasyonu ve tıkanma ile membran modülü tertip tarzları hakkında bilgi verilmiştir. Su arıtımında membran teknolojileri başlığı altındaki yedinci bölümde su arıtımında kullanılan membran proseslerin teorisi, tasarımı ve uygulamalarından bahsedilmiştir. Sekizinci bölümde ise membran teknolojileri ile proses suyu arıtımı konusu detaylı bir şekilde işlenmiştir. Kitabın evsel ve endüstriyel atıksuların arıtılmasında ve geri kazanılmasında membran teknolojileri başlıklı ikinci cildinde yedi bölüm bulunmaktadır. Bu ciltte sırası ile dokuzuncu bölümde aerobik membran biyoreaktörler, onuncu ve on birinci bölümlerde sırası ile anaerobik membran biyoreaktörler ve dinamik membranlar konusu ele alınmıştır. On ikinci, on üçüncü, on dördüncü ve on beşinci bölümlerde ise sırasıyla, yenilikçi membran biyoreaktör (MBR) prosesleri, gri su arıtımı, evsel atıksuların geri kazanımı ve endüstriyel atıksu arıtılmasında ve geri kazanılmasında membran uygulamaları konuları verilmiştir. Kitabın üçüncü cildinde ise beş bölüm bulunmaktadır. On altıncı bölümde membranlarda konsantre yönetimi, on yedinci bölümde membranlardaki detaylı maliyet analizi, on sekizinci bölümde, membranlardaki işletme ve bakım, on dokuzuncu bölümde, membran teknolojilerinin enerji uygulamaları ve kitabın son bölümü olan yirminci bölümde, kitap hazırlanırken oluşturulan membran terimleri sözlüğü verilmiştir. Kitabın hazırlanması aşamasında, Mulder (1996), Baker (2004, 2012), Asano (2007), Saleh ve Gupta (2016), Jacagelo ve diğ. (1996), Mallevialle ve diğ. (1996), Crittenden ve diğ. (2012), AWWA (2005), AWWA (2007), Dow (2007), Wif (2007), Kucera (2015), Yoon (2015), (Metcalf ve Eddy (2007), Ericsson (2012) ve Cisneros (2014) kaynaklarından kısmi ölçüde istifade edilmiştir.

v

Bütün çabamıza rağmen hala bulunması kaçınılmaz olan hatalarımız dolayısıyla anlayışınızı rica ederim. MEM-TEK’in kurulması ve sonrasındaki çok ciddi katkı ve desteklerinden dolayı T.C. Kalkınma Bakanlığı’na, T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’na, T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı’na, T.C. Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı’na, TÜBİTAK’a, İstanbul Kalkınma Ajansına, İSKİ Genel Müdürlüğü’ne ve İstanbul Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne şükranlarımı sunarım. MEM-TEK’in kuruluşu, resmi açılış töreni ve sonrasındaki Ar-Ge faaliyetleri kapsamında sürekli yanımızda olan ve destek veren T.C. Orman ve Su İşleri Bakanı Sayın Prof. Dr. Veysel Eroğlu’na, T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Müsteşarı Sayın Prof. Dr. Mustafa Öztürk’e, T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı bir önceki Müsteşarı Prof. Dr. Hasan Zuhuri Sarıkaya’ya, İstanbul Teknik Üniversitesi Rektörü Sayın Prof. Dr. Mehmet Karaca’ya, T.C. Başbakanlık Baş Danışmanı Sayın Prof. Dr. Lütfi Akça’ya, ASKİ Genel Müdürü Sayın Prof. Dr. Cumali Kınacı’ya ve İSKİ Genel Müdürü Fatih Turan’a çok teşekkür ederim. MEM-TEK’in kuruluşundan bu yana beraber olduğumuz, Ar-Ge projelerine destek veren, MEM-TEK’in Dünya çapında örnek ve lider bir Ar-Ge merkezi haline gelmesinde çok büyük katkıları olan, fikirleri ile destek veren ve bu kitabın derlenmesi, toparlanması ve yayına gitmeden önce son şeklinin verilmesi aşamasındaki katkılarından dolayı MEM-TEK’deki mesai arkadaşlarım, Prof. Dr. Halil Hasar’a, Prof. Dr. Bülent Keskinler’e, Prof. Dr. İzzet Öztürk’e, Prof. Dr. Vedat Uyak’a, Prof. Dr. Mehmet Kitiş’e, Prof. Dr. Ali Ata’ya, Prof. Dr. Yusuf Menceloğlu’na, Prof. Dr. İsmail Toröz’e, Prof. Dr. Kadir Alp’e, Prof. Dr. İbrahim Demir’e, Prof. Dr. Süleyman Övez’e, Prof. Dr. Ali Fuat Aydın’a, Prof. Dr. Osman Atilla Arıkan’a, Prof. Dr. Mustafa Yazgan’a, Doç. Dr. Oktay Özkan’a, Doç. Dr. Nevzat Özgü Yiğit’e, Doç. Dr. Derya Y. Köseoğlu-İmer’e, Yrd. Doç. Dr. Esra Ateş Genceli’ye, Yrd. Doç. Dr. Serkan Ünal’a, Yrd. Doç. Dr. Mahmut Altınbaş’a, Yrd. Doç. Dr. Evren Erşahin’e, Yrd. Doç. Dr. Hale Özgün’e, Yrd. Doç. Dr. Murat Eyvaz’a, Yrd. Doç. Dr. Ekrem Karpuzcu’ya, Dr. Börte Köse Mutlu’ya, Dr. Recep Kaan Dereli’ye, Dr. Bihter Zeytuncu’ya, Araş. Gör. Serkan Güçlü’ye, Araş. Gör. Türker Türken’e, Araş. Gör. Reyhan Şengür-Taşdemir’e, Araş. Gör. Recep Kaya’ya, Araş. Gör. Mehmet Emin Paşaoğlu’na, Araş. Gör. Meltem Ağtaş’a, Araş. Gör. Ayşe Yüksekdağ’a, Araş. Gör. Sevde Korkut’a, ismini sayamadığım tüm öğretim üyesi ve

vi

araştırma görevlisi arkadaşlarıma ve tüm lisans ve lisansüstü öğrencilerime şükranlarımı sunarım. Kitaptaki resimlerin hazırlanmasındaki çok ciddi katkısından dolayı grafiker Ersin Bektaş’a da çok teşekkür ederim. Ortak proje yürüttüğümüz tüm uluslararası ortaklarıma, özellikle, Seul National University (Güney Kore) öğretim üyesi Prof. Dr. Chung-Hak Lee’ye, Duke University (ABD) öğretim üyesi Prof. Dr. Mark Wiesner’e, Michigan State University (ABD) öğretim üyesi Prof. Dr. Volodymyr Tarabara’ya ve Universiti Teknologi Malaysia (UTM) (Malezya) Rektör Yardımcısı ve Membran Teknolojisi Araştırma Merkezi Müdürü Prof. Dr. Ahmet Fauzi İsmail’e şükranlarımı sunarım. Kitabın hazırlanması aşamasındaki büyük sabır ve anlayışlarından dolayı, başta kendi ailem olmak üzere, tüm bölüm yazarlarımızın ailelerine ve yakınlarımıza en kalbi sevgilerimi sunarım. İTÜ’deki membran çalışmalarını başlatan ve MEM-TEK’in kurulması yolundaki ilk fikri ortaya atan merhum Prof. Dr. Dincer Topacık’ı ve Çevre Mühendisliğine birçok yayın kazandırmış olan merhum Prof. Dr. Yılmaz Muslu’yu da rahmetle anıyorum. Bu kitabın üniversite dışında basılmasına izin veren İstanbul Teknik Üniversitesi Rektörü Sayın Prof. Dr. Mehmet Karaca’ya ve bu eserin ortaya çıkması konusunda teşvik eden ve her türlü desteği sunan T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığına, Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğü’ne ve özellikle, Bakanlık Müsteşarı Sayın Prof. Dr. Mustafa Öztürk’e şükranlarımı sunarım. Son olarak, kitabın basımını gerçekleştiren Türkiye Çevre Vakfı’na çok teşekkür ederim. Prof. Dr. İsmail KOYUNCU İstanbul, 2018

vii

İÇİNDEKİLER

Cilt 1: MEMBRAN TEKNOLOJİLERİ ve SU ARITMA BÖLÜM 1 GİRİŞ ..................................................................................................... 3

İsmail Koyuncu ve Reyhan Şengür-Taşdemir

Küresel Anlamda Su Hakkındaki Gerçekler .................................................. 3 1.1. Membran Teknolojilerinin Önemi ve Kullanım Alanları ...................... 13 1.2. Membranların Tarihsel Süreçteki Gelişimi ................................................ 15 1.3. Membran Teknolojilerinin Bilimsel Gelişimi............................................. 18 1.4.

BÖLÜM 2 MEMBRANLAR VE MEMBRANLARIN SINIFLANDIRILMASI ................................................................................................................................. 39

Vedat Uyak,, Serkan Güçlü ve İsmail Koyuncu 2.1. Giriş ............................................................................................................................. 39 2.2. Membranların Gözenek Çaplarına Göre Sınıflandırılması ................... 39 2.3. Membranların Geometrik Şekillerine Göre Sınıflandırılması ............. 41 2.4. Membranların Yapısına ve Morfolojisine Göre Sınıflandırılması ...... 43 2.5. Membranların Malzemesine Göre Sınıflandırılması ............................... 49 2.6. Membranların Ayırma Prosesine Göre Sınıflandırılması ..................... 53 BÖLÜM 3 MEMBRAN PROSESLER ................................................................ 59

Halil Hasar, G. Melike Ürper, Serkan Güçlü ve İsmail Koyuncu

Giriş ............................................................................................................................. 59 3.1. Mikrofiltrasyon (MF) Prosesi ........................................................................... 60 3.2. Ultrafiltrasyon (UF) Prosesi ............................................................................. 64 3.3.Nanofiltrasyon (NF) Prosesi ............................................................................. 67 3.4. Ters Osmoz (TO) Prosesi ................................................................................... 69 3.5. İleri Osmoz (İO) Prosesi ..................................................................................... 73 3.6. Membran Distilasyonu (MD) Prosesi............................................................ 76 3.7. Elektrodiyaliz (ED) Prosesi ............................................................................... 79 3.8. Elektrodeiyonizasyon (EDI) Prosesi ............................................................. 82 3.9.

Pervaporasyon (PV) Prosesi .......................................................................... 83 3.10. Membran Kontaktör (MK) Prosesi .............................................................. 85 3.11.

viii

BÖLÜM 4 MEMBRAN PROSESLERDE KÜTLE TRANSFERİ.................... 99 İsmail Koyuncu ve Reyhan Şengür-Taşdemir

Sürücü Kuvvetler................................................................................................... 99 4.1. Osmoz Olayı .......................................................................................................... 104 4.2. Kütle Transfer Modelleri ................................................................................. 107 4.3.

4.3.1. Tersinir Olmayan Termodinamik ve Birleşmeli Taşınım .............. 107 4.3.2. Gözenekli Membranlarda Taşınım .......................................................... 115 4.3.3. Spiegler ve Kedem Modeli .......................................................................... 116 4.3.4. Çözünme ve Difüzyon Modeli .................................................................... 119 4.3.5. Adsorpsiyon ve Kapiler Akım Modeli .................................................... 123 4.3.6. Donnan Denge Modeli ve Elektronötralite .......................................... 125 4.3.7. Geliştirilmiş Nerst-Planck Modeli ............................................................ 127 4.3.8. Bazı Membran Proseslerde Taşınım ...................................................... 128 BÖLÜM 5 KONSANTRASYON POLARİZASYONU VE TIKANMA ........ 135

İsmail Koyuncu ve Reyhan Şengür-Taşdemir

Membranlar ile İlgili Temel Kavramlar .................................................... 136 5.1. 5.1.1. Akı ....................................................................................................................... 136 5.1.2. Giderme Verimi ............................................................................................... 138

Konsantrasyon Polarizasyonu ...................................................................... 139 5.2.5.2.1. Konsantrasyon Polarizasyonunu Etkileyen Parametreler ............ 146 5.2.2. Konsantrasyon Polarizasyonuna Bağlı Olarak Basınç Değişimi . 150 5.2.3. Konsantrasyon Polarizasyonuna Bağlı Olarak Akı Değişimleri .. 151

Membran Tıkanması ......................................................................................... 151 5.3.5.3.1. Membran Tıkanmasına Bağlı Akı/Zaman Değişimleri.................... 158 5.3.2. Çökelmeli Tıkanma ........................................................................................ 164 5.3.3. Kek Tabakası Oluşumu................................................................................. 168 5.3.4. Membran Tıkanmasının Tespiti ............................................................... 169 5.3.5. Membran Tıkanmasının Önlenmesi ve Azaltılması İçin Uygulanan Metotlar .......................................................................................................................... 175

Örnek Uygulamalar ........................................................................................... 180 5.4. BÖLÜM 6 MEMBRAN MODÜLLERİ ............................................................ 191

İsmail Koyuncu, Recep Kaya, Mehmet Emin Paşaoğlu ve Öykü Mutlu-Salmanlı

Giriş .......................................................................................................................... 191 6.1.Membran Modül Tipleri .................................................................................. 191 6.2.

ix

6.2.1. Plak Çerçeve Modüller ................................................................................. 191 6.2.2. İçi Boşluklu Fiber Membran Modülleri ................................................. 194 6.2.3. Spiral Sargılı Modüller ................................................................................. 198 6.2.4. Tübüler Membran Modülleri ..................................................................... 201 6.2.5. Membran Modüllerinin Karşılaştırılması ............................................ 202

Modül Tasarımı ................................................................................................... 202 6.3.6.3.1. Modüllerin Üç Boyutlu Tasarımı .............................................................. 203 6.3.2. Modüllerin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ile Modelleme ve Simülasyonu ........................................................................................................... 205 BÖLÜM 7 SU ARITIMINDA MEMBRAN TEKNOLOJİLERİ ................... 217

İsmail Koyuncu, Ayşe Yüksekdağ, Meltem Ağtaş ve Türker Türken

Mikrofiltrasyon ve Ultrafiltrasyon ile İçme Suyu Arıtımı .................. 217 7.1.7.1.1. Genel Bilgiler .................................................................................................... 217 7.1.2. İçme Suyu Arıtımında MF/UF Membranları ile Konvansiyonel Sistemlerin Karşılaştırılması ................................................................................. 218 7.1.3. Su Arıtımında Membran Filtrasyonu Tarihçesi ................................. 220 7.1.4. Membran Tertip Tarzları ............................................................................ 225 7.1.5. Proses Alternatifleri ...................................................................................... 225 7.1.6. Membran Malzemeleri ................................................................................. 233 7.1.7. Membranların Karakteristik Özellikleri ............................................... 236 7.1.8. MF/UF Giderme Mekanizması .................................................................. 236 7.1.9. Su Kalitesi .......................................................................................................... 257 7.1.10. Membran Filtrasyonunda Akış Hidroliği ........................................... 265 7.1.11. Membran Tıkanması .................................................................................. 268 7.1.12. Proses Tasarımı ve Tasarım Kriterleri ............................................... 279

Nanofiltrasyon ve Ters Osmoz (NF/TO) ile İçme Suyu Arıtımı ve ........ 7.2. Desalinasyon Sistemleri .......................................................................................... 294 7.2.1. Genel Bilgiler .................................................................................................... 294 7.2.2. NF/TO Membran Malzemeleri ve Tertip Tarzları ............................ 296 7.2.3. NF/TO Membran Sistemi Bileşenleri ..................................................... 304

Dünya’daki MF/UF ve NF/TO Uygulamaları .......................................... 413 7.3. 7.3.1. Saratoga MF Su Arıtma Tesisi ................................................................... 414 7.3.2. Manitowoc MF Su Arıtma Tesisi .............................................................. 414 7.3.3. Sandhurst Su Arıtma Tesisi ........................................................................ 416 7.3.4. Seekonk UF Su Arıtma Tesisi ..................................................................... 418 7.3.5. Nevada (ABD) Arsenik Giderimi İçin Koagülasyon/Mikrofiltrasyon Tesisi ....................................................................................................................... 419 7.3.6. Bendigo (Avustralya) Su Arıtma Tesisi ................................................. 421

x

7.3.7. Clay Line UF Su Arıtma Tesisi ................................................................... 421 7.3.8. Héricourt en Caux (Fransa) UF Su Arıtma Tesisi .............................. 422 7.3.9. Roetgen (Almanya) UF/NF Su Arıtma Tesisi ...................................... 425 7.3.10. Mery Sur Oise (Fransa) NF Yüzeysel Su Arıtma Tesisi ................. 426 7.3.11. Ashkelon TO Deniz Suyu Arıtma Tesisi .............................................. 428 7.3.12. Al Khafji Güneş Enerjili TO Deniz Suyu Arıtma Tesisi .................. 430 7.3.13. Tampa Bay TO Deniz Suyu Arıtma Tesisi .......................................... 431

Türkiye’deki MF/UF ve NF/TO Uygulamaları ........................................ 433 7.4.7.4.1. Ankara-Çubuk UF İçme Suyu Arıtma Tesisi ........................................ 433 7.4.2. Ankara-Bala (Kesikköprü) UF/TO İçme Suyu Arıtma Tesisi ........ 433 7.4.3. Polatlı NF İçme Suyu Arıtma Tesisi ......................................................... 435 7.4.4. Kırıkkale UF/TO İçme Suyu Arıtma Tesisi ........................................... 436 7.4.5. Samsun-Bafra UF/TO İçme Suyu Arıtma Tesisi ................................. 439 7.4.6. Avşa Deniz Suyu TO Arıtma Tesisi .......................................................... 440 7.4.7. İÇDAŞ Demir Çelik Deniz Suyu TO Arıtma Tesisi .............................. 443

MF/UF ve NF/TO İçin Örnek Sorular ve Çözümleri ............................. 443 7.5. MF/UF ve NF/TO İçin Tasarım Uygulamaları ........................................ 455 7.6.

BÖLÜM 8 PROSES SUYU ARITIMINDA MEMBRAN TEKNOLOJİLERİ .............................................................................................................................. 517

İsmail Koyuncu, Öykü Mutlu Salmanlı ve Türker Türken 8.1. Genel Bilgiler ........................................................................................................ 517 8.2. Proses Suyu Arıtımında Membran Teknolojileri .................................. 517 8.3. Proses Suyu Ham Su Kaynakları ve Uygulanan Akım Şemaları ...... 523 8.3.1. Yeraltı Suyu ....................................................................................................... 523 8.3.2. Yüzey Suyu ........................................................................................................ 526 8.3.3. Arıtılmış Atıksu (Su Geri Kazanımı) ve Deniz Suyu.......................... 529 8.4. Ultra Saf Su Üretimi ........................................................................................... 530 8.4.1. Ters Osmoz (TO)............................................................................................. 530 8.4.2. Nanofiltrasyon (NF) ...................................................................................... 531 8.4.3. Elektrodiyaliz (ED) ve Elektrodeiyonizasyon (EDI) ........................ 532 8.4.4. Çift Geçişli Ters Osmoz................................................................................. 535 8.4.5. Ters Osmoz/ Elektrodeiyonizasyon (TO/EDI) .................................. 536 8.4.6. Membran Distilasyonu (MD) ..................................................................... 536 8.4.7. Membran Kontaktörleri ............................................................................... 537 8.4.8. Membran Kapasitif Deiyonizasyon (MCDI) Teknolojisi ................. 537 8.5. Örnek Uygulamalar ........................................................................................... 540 8.5.1. İskenderun Demir Çelik Fabrikası .......................................................... 540 8.5.2. Bursa Organize Sanayi Bölgesi Proses Suyu Üretimi ..................... 541

xi

8.5.3. Endüstriyel Atıksuların Geri Kazanımında Membran Teknolojilerinin Kullanımı ..................................................................................... 544 8.5.4. İSKİ Uygulamaları .......................................................................................... 544 8.5.5. İSU Uygulamaları ............................................................................................ 545 DİZİN .................................................................................................................. 551

Cilt 2: EVSEL VE ENDÜSTRİYEL ATIKSULARIN ARITILMASI ve GERİ KAZANILMASINDA MEMBRAN TEKNOLOJİLERİ BÖLÜM 9 AEROBİK MEMBRAN BİYOREAKTÖRLER ........................... 557

İsmail Koyuncu, Türker Türken ve Derya Y. Köseoğlu-İmer

9.1. Genel Bilgiler ........................................................................................................ 557 9.2. MBR Sistemlerinin Sınıflandırılması .......................................................... 559 9.2.1. Batık MBR Sistemleri .................................................................................... 559 9.2.2. Harici MBR Sistemleri .................................................................................. 563 9.3. İşletme Parametreleri ve Performansa Etki Eden Faktörler ........... 564 9.3.1. Askıda Katı Madde Konsantrasyonu (AKM) ........................................ 564 9.3.2. Hidrolik Bekletme Süresi (HRT) .............................................................. 566 9.3.3. Çamur Yaşı ........................................................................................................ 567 9.3.4. Organik Yükleme Oranı ................................................................................ 568 9.3.5. Çözünmüş Oksijen .......................................................................................... 569 9.3.6. Oksijen Alım Hızı (OUR) ve Spesifik Oksijen Alım Hızı (SOUR) .. 571 9.3.7. Şok Yüklemelerin Membran Tıkanması Üzerine Etkisi .................. 571 9.4. MBR’lerde Kirlenme Kontrolü ve Önleme Yöntemleri ....................... 574 9.4.1. Ön Arıtma Uygulanması ............................................................................... 576 9.4.2. Fiziksel ve Kimyasal Temizleme Protokolleri .................................... 577 9.5. Membran Biyoreaktör Sistemlerinde Organik Madde ve Nütrient Giderimi (BNR Sistemler) ....................................................................................... 580 9.5.1. Azot Giderimi ................................................................................................... 581 9.5.2. Fosfor Giderimi ............................................................................................... 582 9.5.3. Azot ve Fosfor Giderimini Birlikte Yapan Sistemler ........................ 585 9.6. MBR Sistemlerinin Tasarım Kriterleri ...................................................... 593 9.6.1. Akı ve Membran Alanı .................................................................................. 593 9.6.2. Ön Arıtma Sisteminin Seçimi ..................................................................... 595 9.6.3. Biyokütle Üretim Hızı ................................................................................... 598 9.7. MBR Tasarım Prosedürü ................................................................................. 602 9.7.1. Proses Analizi................................................................................................... 603

xii

9.7.2. Atıksu İçeriği İçin Kritik Noktalar ........................................................... 606 9.7.3. Membran Sistem Tasarımı ......................................................................... 606 9.7.4. MBR Sistemlerinin Tasarım Adımları .................................................... 609 9.7.5. MBR Tasarımı İçin Hesaplama Adımları ............................................... 610 9.7.6. MBR İçin Tasarım Örneği ............................................................................ 641 BÖLÜM 10 ANAEROBİK MEMBRAN BİYOREAKTÖRLER .................. 657

Recep Kaan Dereli, Mustafa Evren Erşahin ve Hale Özgün

10.1. Giriş ....................................................................................................................... 657 10.1.1. Anaerobik Membran Biyoreaktör (AnMBR) Teknolojisinin Esasları ........................................................................................................................... 657 10.1.2. AnMBR Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi ........................................... 659 10.1.3. AnMBR Tasarımında Temel Faktörler ve Farklı Reaktör Kombinasyonları ........................................................................................................ 662 10.2. Uygulama Alanları ........................................................................................... 665 10.2.1. Evsel Atıksu Arıtımında AnMBR Uygulamaları ............................... 665 10.2.2. Endüstriyel Atıksu Arıtımında AnMBR Uygulamaları .................. 676 10.3. Fizibilite ............................................................................................................. 697 10.4. Genel Değerlendirme ..................................................................................... 701 BÖLÜM 11 DİNAMİK MEMBRANLAR ....................................................... 715

Mustafa Evren Erşahin, Hale Özgün ve Recep Kaan Dereli

11.1. Giriş ....................................................................................................................... 715 11.2. Dinamik Membran Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi ........................ 716 11.3. Dinamik Membran Türleri........................................................................... 718 11.4. Dinamik Membran Tabakası Oluşumu için Kullanılan Malzemeler ............................................................................................................................................ 720 11.5. Destek Malzemeleri ........................................................................................ 722 11.6. Uygulama Alanları ........................................................................................... 723 11.6.1. Fiziksel Sistemlerde Dinamik Membran Uygulamaları ............... 723 11.6.2. Biyolojik Sistemlerde Dinamik Membran Uygulamaları ............. 728 11.7. Genel Değerlendirme ..................................................................................... 742

xiii

BÖLÜM 12 YENİLİKÇİ MEMBRAN BİYOREAKTÖR (MBR) PROSESLERİ ..................................................................................................... 757

İsmail Koyuncu, Halil Hasar, Derya Y. Koseoğlu-İmer, Börte Köse-Mutlu, Murat Eyvaz, Bahar Özbey-Ünal ve Yunus Aksoy

12.1. Yeter Sayı Etkisini Azaltan (Quorum Quenching) Membran Biyoraktör (QQ MBR) Prosesi ............................................................................. 757 12.1.1. Giriş ................................................................................................................... 757 12.1.2. Biyotıkanmayı Önleyici Yeni Bir Yaklaşım: Yeter Sayı Etkisi “Quorum Sensing” ve Yeter Sayı Etkisini Azaltma “Quorum Quenching” Kavramları .................................................................................................................... 759 12.1.3. QQ MBR Uygulama Örnekleri ................................................................. 763 12.1.4. Mantarlı QQ MBR Uygulamaları ............................................................ 773 12.1.5. QQ MBR Teknolojisinin Geleceği ........................................................... 774 12.2. İleri Osmoz (Osmotik) Membran Biyoreaktörler (OsMBR) ........... 775 12.2.1. Giriş ................................................................................................................... 775 12.2.2. OsMBR ile İlgili Temel Bilgiler ............................................................... 776 12.2.3. OsMBR’lerde Karşılaşılan İşletme Zorlukları ................................... 780 12.2.4. OsMBR’lerin Tasarımında Optimize Edilmesi Gereken Parametreler ................................................................................................................ 781 12.3. Membran Distilasyon Biyoreaktörler (MDBR) ................................... 783 12.3.1. Giriş ................................................................................................................... 783 12.3.2. MDBR Prosesi Tertip Tarzı ...................................................................... 785 12.3.3. MDBR ile Atıksu Arıtımı ............................................................................ 788 12.4. Membran Biyofilm Reaktörler (MBfR) ................................................... 789 12.4.1. Giriş ................................................................................................................... 789 12.4.2. Membran Biyofilm Reaktör Çeşitleri ................................................... 791 12.4.3. MBfR Uygulama Alanları .......................................................................... 792 12.4.4. Membran Biyofilm Reaktör Tertip Tarzları ...................................... 795 12.4.5. MBfR Sistemlerinde Membran Tasarımı ............................................ 796 12.5. Ekstraktif Membran Biyoreaktörler (ExMBR) .................................... 799 BÖLÜM 13 GRİ SU ARITIMI ......................................................................... 817

İsmail Koyuncu, Mehmet Emin Paşaoğlu ve Recep Kaya

13.1. Giriş ....................................................................................................................... 817 13.2. Gri Suyun Karakteristikleri ........................................................................ 819 13.2.1. Fiziksel Karakteristikler ........................................................................... 819 13.2.2. Kimyasal Karakteristikler ........................................................................ 821 13.3. Gri Su Kaynakları ............................................................................................. 823

xiv

13.4. Gri Su Kalitesi .................................................................................................... 824 13.5. Gri Suların Arıtımında Kullanılan Teknolojiler ................................... 825 BÖLÜM 14 EVSEL ATIKSULARIN MEMBRAN TEKNOLOJİLER İLE GERİ KAZANIMI .............................................................................................. 853

Derya Y. Köseoğlu-İmer, Serkan Güçlü ve İsmail Koyuncu

14.1. Giriş ....................................................................................................................... 853 14.2. Evsel Atıksuların Geri Kazanımının Önemi .......................................... 855 14.3. Geri Kazanılan Atıksuların Kullanım Alanları ..................................... 862 14.3.1.Tarımsal Sulama Amacıyla Kullanım .................................................... 863 14.3.2. Geri Kazanım Sularının Kentsel İhtiyaç İçin Kullanımı ................ 866 14.3.3. Rekreasyonel Kullanım ............................................................................. 868 14.3.4. Endüstriyel Yeniden Kullanım ............................................................... 870 14.3.5. Geri Kazanım Suyunun Akiferlere Beslenmesi ................................ 872 14.3.6. İnsani Tüketim Amacıyla Kullanım ...................................................... 873 14.4. Evsel Atıksu Geri Kazanımının Tarihçesi ve Mevcut Durum ......... 875 14.4.1. EPA Yönetmeliği ........................................................................................... 876 14.4.2. Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) Yönetmeliği ...................................... 879 14.4.3. Avustralya ....................................................................................................... 882 14.4.4. Avrupa Ülkeleri ............................................................................................ 884 14.4.5. Japonya ............................................................................................................ 884 14.4.6. İsrail .................................................................................................................. 887 14.4.7. Türkiye (SKKY Atıksu Arıtma Tesisleri Teknik Usuller Tebliği, TUT) ................................................................................................................................. 888 14.5. Evsel Atıksuların Geri Kazanımında Membran Teknolojilerinin Kullanımı ........................................................................................................................ 889 14.5.2. Ardışık Kesikli Reaktör (AKR) ve Düşük Basınçlı Membran Prosesi (DBM) Entegrasyonu (AquaMB prosesi) .......................................... 902 14.5.3. Membran Biyoreaktör (MBR) Prosesi ................................................ 903 14.5.4. Evsel Atıksu Ön Arıtma Çıkışı ile Düşük Basınçlı Membranların Birleştirilmesi (IMANS Prosesi) ........................................................................... 906 14.6. Membran Prosesler ile Geri Kazanım Örnek Uygulamaları ........... 907 14.6.1. Dünya’daki Su Geri Kazanımı Örnek Uygulamalar ........................ 907 14.6.2. Türkiye’deki Su Geri Kazanımı Örnek Uygulamaları .................... 933

xv

BÖLÜM 15 ENDÜSTRİYEL ATIKSU ARITILMASINDA VE GERİ KAZANIMINDA MEMBRAN TEKNOLOJİLERİ ......................................... 947

Bülent Keskinler, Ayşegül Derya Altınay ve Bahar Özbey-Ünal

15.1. Tekstil Endüstrisi Atıksu Artımı ve Geri Kazanımı............................ 947 15.1.1. Tekstil Endüstrisi Atıksularının Arıtılması ....................................... 953 15.1.2. Tekstil Atıksuyu Arıtımında Membran Sistemlerinin Uygulamaları ................................................................................................................ 956 15.2. Ağır Metal İçeren Atıksuların Arıtımında Membran Teknolojiler ............................................................................................................................................ 969 15.2.1 Ağır Metaller ve Çevresel Etkileri .......................................................... 969 15.2.2. Endüstriyel Atıksularda Bulunan Ağır Metaller ve Kaynakları 970 15.2.3. Ağır Metallerin Arıtımında Kullanılan Yöntemler.......................... 971 15.2.4. Ağır Metallerin Membran Teknolojiler ile Arıtımı ......................... 973 15.3. Gıda Sektörü Atıksularının Arıtımında Membran Sistemleri ........ 981 15.3.1. Atıksu Özellikleri ......................................................................................... 981 15.3.2. Gıda Endüstirisi Atıksularının Membran Prosesler ile Geri Kazanımı ve Yeniden Kullanımı ........................................................................... 984 15.3.3. Gıda Endüstrisi Atıksularının Arıtımı için Membran Proseslerin Optimizasyonu............................................................................................................. 984 15.3.4. Gıda Endüstrisinde Yerinde Temizlik Çözeltilerinin Geri Kazanımı ........................................................................................................................ 985 15.3.5. Gıda Endüstrisi Atıksuyunda Bulunan Diğer Değerli Bileşenlerin Geri Kazanımı ............................................................................................................... 990 15.3.6. Gıda Endüstrisinde Gerçekleştirilen Örnek Uygulamalar ........... 993 15.4. Sızıntı Sularının Arıtımında Membran Sistemleri ............................. 999 15.4.1. Sızıntı Suyunun Karakterizasyonu ..................................................... 1000 15.4.2. Sızıntı Suları ile I lgili Deşarj Standartları ........................................ 1003 15.4.3. Sızıntı Suyu Arıtma Yöntemleri ........................................................... 1005 15.4.4. Sızıntı Suyu Arıtımında Membran Filtrasyon Prosesleri .......... 1007 15.4.5. Sızıntı Suyu Arıtımında Örnek Membran Uygulamaları ............ 1012 15.5. Deri Endüstrisi ............................................................................................... 1018 15.5.1. Deri Endüstrisi Atıksuları ...................................................................... 1020 15.5.2. Deri Endüstrisi Atıksularının Membran Prosesler ile Arıtılması .......................................................................................................................................... 1021 15.6. Zeytin İşleme Endüstrisi............................................................................. 1028 15.6.1. Zeytin Karasularının Membran Teknolojiler ile Arıtılması ...... 1030 DİZİN ............................................................................................................... 1051

xvi

Cilt 3: MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE KONSANTRE YÖNETİMİ, MALİYET, İŞLETME ve BAKIM, ENERJİ ÜRETİMİ UYGULAMALARI ve MEMBRAN TERİMLERİ SÖZLÜĞÜ

BÖLÜM 16 MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE KONSANTRE YÖNETİMİ .......................................................................................................................................... 1057

Börte Köse Mutlu, Derya Yüksel İmer, Alper Yazagan, Bihter Zeytuncu, İzzet Öztürk ve İsmail Koyuncu

16.1. Giriş ..................................................................................................................... 1057 16.2. Konsantre Yönetiminde Konvansiyonel Metotlar ........................... 1060 16.2.1. Yüzeysel Su Kaynaklarına Deşarj ........................................................ 1060 16.2.2. Kanalizasyona Deşarj ............................................................................... 1061 16.2.3. Araziye Verme ............................................................................................. 1063 16.2.4. Buharlaştırma Havuzları ........................................................................ 1064 16.2.5. Derin Kuyu Enjeksiyonu ......................................................................... 1065 16.2.6. Sıfır Sıvı Deşarjı (SSD) ............................................................................. 1066 16.3. Konsantre Yönetiminde Yenilikçi Yöntemler .................................... 1072 16.3.1. Elektrokoagülasyon .................................................................................. 1072 16.3.2. Membran Distilasyonu ve Membran Kristalizasyonu ................ 1074 16.3.3. İleri Osmoz ................................................................................................... 1075 16.3.4. Yüksek Verimli Ters Osmoz (HERO) ................................................. 1076 16.3.5. Elektrodiyaliz (ED), Ters Elektrodiyaliz (EDR/TED) ve ........... 1077 Elektrodiyaliz Metatezi (EDM) Prosesleri ..................................................... 1077 16.3.6. Kapasitif İyon Giderimi (CDI) ............................................................... 1079 16.3.7. İleri Oksidasyon Prosesleri .................................................................... 1081 16.3.8. İki Kademeli TO Sistemlerinde Birinci Kademe Konsantresi Arıtma Yöntemleri ................................................................................................... 1083 16.3.9. Diğer Yenilikçi Teknolojiler ................................................................... 1084 16.3.10. Yenilikçi Teknolojilerin Karşılaştırılması ..................................... 1086 16.4. Konsantre Yönetimi ile İlgili Mevzuat .................................................. 1087 16.4.1. Yasal Çerçeveler Hazırlanırken Tercih Edilen Yaklaşımlar ..... 1087 16.4.2. Avrupa Birliği Tarafından Hazırlanan Yasal Çerçeveler ............ 1095 16.4.3. Dünya Bankası Talimatları .................................................................... 1097 16.4.4. Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Tarafından Hazırlanan Yasal Çerçeveler .................................................................................................................... 1098 16.4.5. İsrail Tarafından Hazırlanan Yasal Çerçeveler .............................. 1102 16.4.6. Avusturalya’daki Yasal Düzenlemeler .............................................. 1106 16.4.7. Genel Değerlendirme ............................................................................... 1108 16.5. Konsantre Deşarj Maliyetleri ve Maliyetlerin Yönetimi ................ 1109

xvii

16.5.1. Yüzeysel Sulara Deşarj ve Maliyetleri ............................................... 1110 16.5.2. Kanalizasyona Deşarj ve Maliyetleri................................................. 1111 16.5.3. Arazi Verme Uygulamaları ve Maliyetleri ....................................... 1112 16.5.4. Kuyuya Deşarj ve Maliyetleri ............................................................... 1113 16.5.5. Buharlaştırma Havuzları ve Maliyetleri ........................................... 1113 16.5.6. Sıfır Sıvı Deşarjı (SSD) ve Maliyetleri ................................................ 1113 16.5.7. Konsantre Yönetiminde Su Geri Kazanımlarının Maliyete Etkisi .......................................................................................................................................... 1114 16.5.8. Konsantre Yönetiminde Ürün Geri Kazanımlarının Maliyete Etkisi .......................................................................................................................................... 1117 16.6. Konsantre Yönetiminde Çevresel Etki Değerlendirme .................. 1123 16.6.1. Konsantre Deşarjının Çevresel Etkileri ............................................ 1126 16.7. Desalinasyon Tesisleri TO Konsantre Deşarjı Hesaplamaları .... 1132 16.7.1. Konsantre Deşarjlarında Alıcı Ortamda Oluşacak İlk Seyrelmenin “Yoğun Tuzlu Su Deşarjı Hesaplayıcısı-Ters Osmoz (TO) Modülü (Brine Discharge Calculator)” ile Hesaplanması ....................................................... 1135 16.7.2. Maksimum Yükselme Noktasındaki Jetin Minimum Eksenel Seyrelmesinin Hesabı ............................................................................................. 1140 16.7.3. Tuzlu Su Deniz Deşarjında “TO Hesap Modülü” ile İlk Seyrelmenin Hesabı için Örnek Bir Uygulama ............................................. 1141 16.8. Konsantre Yönetimi İçin Örnek Bir Uygulama .................................. 1148 BÖLÜM 17 MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE MALİYET ................... 1161

İsmail Koyuncu, Sevde Korkut, Türker Türken ve Börte Köse-Mutlu 17.1. Giriş ..................................................................................................................... 1161 17.2. Maliyeti Oluşturan Unsurlar ..................................................................... 1162 17.2.1. İlk Yatırım Maliyetleri (İYM) ................................................................. 1163 17.2.2. İşletme ve Bakım Maliyetleri (İBM) ................................................... 1164 17.2.3. Maliyeti Etkileyen Bazı Faktörler........................................................ 1165 17.2.4. Maliyet Hesaplamalarında Kullanılan Yaklaşımlar ve Modeller .......................................................................................................................................... 1170 17.3. Membran Tesisleri Maliyetleri ................................................................ 1179 17.3.1. Milrofiltrasyon (MF) ve Ultrafiltrasyon (UF) Tesislerinin Maliyetleri ................................................................................................................... 1179 17.3.2. Kuyu Suyu Arıtımı ve Su Yumuşatma İçin Nanofiltrasyon (NF) ve Ters Osmoz (TO) Tesislerinin Maliyetleri ...................................................... 1198 17.3.3. Desalinasyon Amaçlı Ters Osmoz Tesislerinin Maliyetleri ...... 1216 17.3.4. Endüstriyel Atıksu Arıtma Tesislerinin Maliyetleri .................... 1236 17.3.5. Membran Biyoreaktör Tesislerinin Maliyetleri ............................ 1240

xviii

BÖLÜM 18 MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE İŞLETME VE BAKIM ........................................................................................................................... 1263

İsmail Koyuncu, Türker Türken, Serkan Güçlü ve Recep Kaya 18.1. Mikrofiltrasyon ve Ultrafiltrasyon Sistemlerinde İşletme ve Bakım .......................................................................................................................................... 1263 18.1.1. MF/UF Prosesinin İşletilmesi ............................................................... 1265 18.1.2. Filtrasyon Adımı......................................................................................... 1265 18.1.3. Geri Yıkama Adımı .................................................................................... 1267 18.1.4. Kimyasal Destekli Geri Yıkama (CEB) ............................................... 1269 18.1.5. Yerinde Kimyasal Yıkama Adımı (CIP) ............................................. 1270 18.1.6. MF/UF Sistemlerinin İşletme Parametreleri.................................. 1272 18.1.7. Modül Sağlamlık Testleri ........................................................................ 1273 18.1.8 Mikrofiltrasyon ve Ultrafiltrasyon Sistemleri İşletme ve Bakım Kılavuzu ........................................................................................................................ 1277 18.2. Nanofiltrasyon (NF) ve Ters Osmoz (TO) Sistemlerinin İşletilmesi .......................................................................................................................................... 1293 18.2.1. Veri Analizi ................................................................................................... 1294 18.2.2. Koruyucu Bakım ......................................................................................... 1294 18.2.3. Kapalı İken (Çevrimdışı) (Off-Line) İşletme ................................... 1297 18.2.4. Yüksek Basınçlı Modüllerde Sağlamlık Testleri ........................... 1301 18.2.5. NF/TO Sistemi İle İlgili Sıkça Sorulan Sorular ............................... 1305 18.3. Membran Biyoreaktör (MBR) Sistemlerinde İşletme ve Bakım 1312 18.3.1.Ön Arıtma ....................................................................................................... 1312 18.3.2. Biyolojik Proses .......................................................................................... 1313 18.3.3. İşletme Modlarının Ayarlanması ......................................................... 1314 18.3.4. Havalandırma Sisteminin Ayarlanması ............................................ 1316 18.3.5. Membran Tankının İzlenmesi ve Otomasyon ................................ 1316 18.3.6. Membranların Havalandırılması ......................................................... 1317 18.3.7. Membranların Temizlenmesi ............................................................... 1318 18.4. Membran Otopsisi ........................................................................................ 1323 18.4.1. Membran Otopsisinin Faydaları .......................................................... 1323 18.4.2. Membran Otopsisinde Uygulanan İşlemler .................................... 1325 18.4.3. Ülkemizde Membran Otopsisi Değerlendirmesi ........................... 1327 18.4.4. Membran Otopsisi Uygulama Örnekleri ........................................... 1328

xix

BÖLÜM 19 MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNİN ENERJİ ÜRETİMİ UYGULAMALARI .......................................................................................... 1333

İsmail Koyuncu, Mehmet Emin Paşaoğlu, Ergin Taşkan ve Halil Hasar 19.1. Basınç Geciktirmeli Osmoz (PRO) Prosesi .......................................... 1333 19.1.1. PRO Çalışmalarının Tarihçesi ............................................................... 1339 19.1.2 PRO Membranlarındaki Gelişmeler .................................................... 1348 19.1.3. PRO’nun Kısıtları ve Tavsiye Edilen Çözümler .............................. 1349 19.1.4. PRO’nun Enerji Maliyeti .......................................................................... 1358 19.1.5. Pilot Ölçekli PRO Çalışmaları ................................................................ 1359 19.2. Mikrobiyal Yakıt Hücreleri ........................................................................ 1362 19.2.1. Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinin Çalışma Prensibi .......................... 1366 19.2.2. Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde Atıksu Arıtımı ............................... 1367 19.2.3. Mikrobiyal Yakıt Hücresinin Maliyet Analizi ................................. 1368 19.2.4. Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde Enerji Transferi ........................... 1372 19.2.5. Proton Değişimli Membranlar (PDM) ............................................... 1376 BÖLÜM 20 MEMBRAN TERİMLERİ SÖZLÜĞÜ .................................... 1393

İsmail Koyuncu, Reyhan Şengür-Taşdemir, Derya Y. Köseoğlu-İmer, Serkan Güçlü, Börte Köse-Mutlu, Türker Türken, Mehmet Emin Paşaoğlu, Recep Kaya, Meltem Ağtaş ve Ayşe Yüksekdağ

DİZİN ............................................................................................................... 1417

Cilt 3

MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE KONSANTRE YÖNETİMİ,

MALİYET, İŞLETME ve BAKIM, ENERJİ ÜRETİMİ UYGULAMALARI

ve MEMBRAN TERİMLERİ SÖZLÜĞÜ

1056

,

TO D

eniz

Suy

u Ar

ıtma

ve

Kon

sant

re D

eşar

jı Şe

mat

ik Ş

ekli

TO D

eniz

Suy

u Ar

ıtma

ve

Kon

sant

re D

eşar

jı Şe

mat

ik Ş

ekli

(İfh.u

ni-k

arlsr

uhe.d

e, 20

10)

M

embr

an k

onsa

ntre

deş

arjın

ın o

lası

etk

ileri

nin

belir

lenm

esi

için

bilg

isay

ar s

imül

asyo

nlar

ı kul

lanı

labi

lmek

tedi

r.

1057

BÖLÜM 16

MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE KONSANTRE YÖNETİMİ

Börte Köse Mutlu1, Derya Yüksel İmer1,2, Alper Yazagan1,2, Bihter

Zeytuncu1, İzzet Öztürk1,2 ve İsmail Koyuncu1,2

16.1. Giriş

Membran uygulamalarının fizibilitesini etkileyen en önemli faktör,

konsantre oluşumu, yönetimi ve arıtımıdır. Son yıllarda membran

teknolojilerindeki gelişmeler yüksek hacimde oluşan konsantre

deşarjlarını da beraberinde getirmiş ve giderek artan çevresel

farkındalık ve sıkı yönetmelikler, konsantre yönetimini kaçınılmaz bir

hale getirmiştir. Konsantre yönetimi, hem hiçbir arıtım yapmadan

deşarjı hem de arıtma ve/veya geri kazanım için yapılan teknolojileri

kapsamaktadır. Özellikle arıtmanın yapıldığı durumda membran

proseslerin işletim maliyetinin önemli bir kısmını konsantre giderimi

oluşturmaktadır. Bazı durumlarda membran konsantre yönetimi,

yatırımı yapılacak tesis için alan seçimini de etkilemektedir (Squire,

1997). Literatürde ve uygulamada membran konsantrelerinin bertarafı

ve yönetimi için kullanılan teknolojiler ve yaygın kullanım yüzdeleri

Şekil 16.1’de gösterilmiştir. Bu grafik, 2008 yılında “Desalination and

Water Purification Research and Development” programı kapsamında

yayınlanmış bir rapordan alınmıştır (Şekil 16.1). Bu rapora göre,

desalinasyon tesislerinde membran konsantrelerinin çoğunlukla

yüzeysel sulara deşarj edildiği görülmektedir. Bu yöntem

uygulandığında, uygulama sahasında konsantrede bulunan kirleticilerle

alıcı ortamın kirlenmesi ve yüksek kirlilik nedeniyle alıcı ortamdaki

çözünmüş oksijen değerinin azalması söz konusu olmaktadır. İkinci

sırada ise konsantre akımının kanalizasyona deşarjı vardır. Bu

yöntemde, nihai arıtımın yapıldığı evsel atıksu arıtma tesisinde kirlilik

1 Prof. Dr. Dincer Topacık Ulusal Membran Teknolojileri Uyg-Ar Merkezi, İTÜ 2 İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İTÜ

1058

ve tuz yükü artmaktadır. Fakat bu yöntem konsantrenin seyreltilmesi

için alıcı ortama direkt deşarjından daha iyi bir yöntem olarak

düşünülmektedir.

Desalinasyon tesislerindeki membran prosesler sonucu açığa çıkan

konsantre akımlar, kentsel atıksu arıtma tesislerinde arıtımdan sonra

yeraltı suyuna enjeksiyon, araziye serme ve evaporasyon seçenekleriyle

de yönetilmektedir. Konsantre akımında problem yaşanan sektörlerden

olan endüstriyel atıksuların membran ile arıtımı sonucu oluşan

membran konsantrelerinin yönetiminde ise evaporasyon dışındaki diğer

teknolojilerin yaygın olarak kullanılmadığı görülmektedir (Subramani

ve Jacangelo, 2014). Endüstriyel uygulamalarda sıfır sıvı deşarjı

yaklaşımı ile yapılan membran konsantre arıtımı/yönetimi

çalışmalarında, membran prosesler (basınç sürücülü ve elektrik

potansiyeli sürücülü) ile termal temelli konsantre giderim

yöntemlerinin bir arada kullanıldığı görülmektedir.

Şekil 16.1 Desalinasyon tesislerinde uygulanan konsantre yönetim

metotları (Mickley, 2008a)

1059

Mekanik ya da doğal termal temelli konsantre giderme yöntemi,

buharlaşma prosesini içermektedir. Mekanik evaporasyon, diğer bir

deyişle ısıtılarak gerçekleştirilen evaporasyon konsantredeki suyu,

kondense ederek su buharına ve yan ürün olarak ıslak tuza

çevirmektedir. Doğal buharlaştırma prosesi ise sadece buharlaştırma

havuzlarından oluşmaktadır. Evaporasyon prosesleri, enerjiyi yoğun

kullanan proseslerdir ve bu nedenle enerji ihtiyacını düşürmeyi

amaçlayan çok etkili buhar yoğunlaştırıcı sistemlerin geliştirilmesine ve

uygulamasına neden olmuştur. Fakat daha az enerji sarfiyatı olan

evaporasyon sistemlerine gereksinim hala sürmektedir. Buharlaştırma

havuzları mekanik evaporasyona göre daha düşük maliyetli olmalarına

ve daha az ekipman kullanılıyor olmasına rağmen, yüksek alan

gereksinimi söz konusudur ve gerçek ölçekli uygulaması olmadığı için

proses maliyeti henüz net olarak belirlenmemiştir

Konsantre yönetiminde en düşük paya sahip geri dönüşüm/tekrar

kullanım, özellikle endüstriyel atıksularda uygulanması gereken

yöntemlerdir. Konsantredeki değerli maddelerin geri kazanımı veya

suyun yeniden kullanımı amacıyla membran temelli ve termal temelli

sistemlerin hibrit tertip tarzları uygulanmaktadır ve besleme suyunun

%99’unun geri kazanılması mümkün olabilmektedir (Subramani ve

Jacangelo, 2014).

Literatürde sunulan çalışmalar ve gerçek ölçekli sistemlerde gözlenen

sonuçlar, yukarıda özetlenen yöntemlerin özellikle desalinasyon

tesisleri özelinde geliştirildikleri, uygulandıkları ve bazılarının membran

konsantresi arıtımı/yönetiminde başarılı olduğunu, fakat uzun süreli

işletimi mümkün ve düşük maliyetli teknolojilerin geliştirilmesi için

çalışmalar yapılması gerektiğini göstermektedir. Bu bölümde konsantre

yönetiminde kullanılan konvansiyonel ve yenilikçi metotlar ayrıntıları

ile açıklanacaktır. Ardından, konsantre yönetimi ile ilgili yasal

düzenlemelerden ve uygulama maliyetlerinden bahsedilecek ve bir

uygulama örneği ile bölüm tamamlanacaktır.

1060

16.2. Konsantre Yönetiminde Konvansiyonel Metotlar

Mevcut membran konsantre bertaraf teknikleri, tuzlu veya tatlı yüzeysel

sulara deşarj, kanalizasyona deşarj, arazi uygulamaları ve sulama, derin

kuyu enjeksiyonları, buharlaştırma havuzları, mekanik buharlaşma,

arıtılmış atıksu veya soğutma suları ile karıştırılmış deşarj ve çoğunlukla

Ar-Ge ve pilot uygulamalar aşamasında olan diğer yeni tekniklerdir

(Mackey, 2006). Bu bölümde konvansiyonel teknikler detaylı olarak

açıklanmıştır. Geliştirilmekte olan yeni konsantre bertaraf

tekniklerinden bazıları ise aşağıda sunulmuştur:

Membran distilasyon ve/veya evaporasyon ile membran

konsantrelerinde hacim azaltılması ve temiz su elde edilmesi

İleri osmoz (İO) ve İO hibrit prosesleri

Elektrodiyaliz esaslı prosesler

Konsantrelerin kimyasal ve/veya biyolojik yöntemlerle ön

arıtılması ve sonrasında tekrar membran proseslerinde

konsantre edilmesi

Yüksek tuz konsantrasyonlarında çalışan ve yeterli miktarlarda

akı üreten membranların geliştirilmesi

Sıfır sıvı deşarjı konseptiyle kristalizasyon ve tuz eldesi

Araştırma aşamasında olan diğer teknolojiler

16.2.1. Yüzeysel Su Kaynaklarına Deşarj

En düşük maliyete sahip metot oluşu ve birçok fabrikanın yüzey su

kaynaklarına daha yakın olmasından dolayı membran konsantrelerinin

yüzeysel su kaynaklarına deşarjı en çok kullanılan yöntemdir. Bu

yöntemde, konsantre direkt olarak nehirler, dereler, göller, okyanuslar,

koylar ve diğer su kütleleri içine deşarj edilmektedir (Lattemann ve

Höpner, 2008). Konsantre akımı, tahliye yapısı aracılığıyla alıcı ortama

bertaraf edilmek üzere boru hattından sevk edilmektedir. Nihai bertaraf,

yüzeysel su kaynaklarına konsantre deşarjının çevresel etkileri göz

önünde bulundurularak deşarj öncesi konsantrenin seyreltilmesiyle

1061

yapılmaktadır. Ayrıca, ön işlemler de dikkate alınmalıdır. Doğrudan bir

konsantre deşarjı izni için birincil kriter, karışım bölgesi sınırında akut

toksisiteden kaçınmaktır (Ladewig ve Asquith, 2012).

Atıksu bertarafı için bir su kütlesinin bulunması, desalinasyon (tuzdan

arındırma) tesisinin kurulması için büyük önem taşımaktadır. Uygun bir

su kütlesi olsa bile, çevresel etkiyi azaltmak için tahliye deşarj yapısının

tasarlanması ve yerleştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle,

konsantrenin alıcı ortam özelliklerine dayalı karışım ve seyreltme

derecesi göz önünde bulundurulmalıdır. Deşarjı takiben konsantrenin

davranışı, tuzluluk, yoğunluk ve akış hızının yanı sıra, alıcı ortamın

hidrografik ve biyolojik özellikleri ile belirlenmektedir. Bunlar arasında,

derinlik, hacim, sıcaklık, su bileşimi ve ayrıca okyanus çıkışları, gelgitler,

dalgalar ve akıntılar da bulunmaktadır. Bu koşullardaki farklılıklardan

dolayı, her alıcı ortam farklıdır ve bu nedenle, daha deşarj oluşmadan

spesifik koşullar ve etkiler duruma göre belirlenmelidir. Karışımı ve

seyreltmeyi belirleyecek belki de en belirgin özellik, konsantrenin

yoğunluğudur. Ayrıca, başka herhangi bir yerel desalinasyonun veya

atıksu deşarjının varlığı da alıcı ortamın tuzluluğunu arttırabilir veya

kalitesini düşürebilir (Kenna ve Zander, 2000). Yüzeysel su

kaynaklarına deşarj uygulamaları ile ilgili örnek görseller Şekil 16.2 ve

Şekil 16.3’te görülebilir.

16.2.2. Kanalizasyona Deşarj

Bir başka bertaraf yöntemi ve belki de en popüler olanı, konsantrenin

kanalizasyon sistemi veya doğrudan bir boru hattı vasıtasıyla yerel

atıksu arıtma tesisine verilmesidir. Bu yöntemle, membran konsantresi

direkt olarak kanalizasyon şebekesine deşarj edilmektedir. Konsantre,

kanalizasyon akışıyla harmanlanabilir ve böylece toplam çözünmüş katı

madde konsantrasyonu ve diğer kirleticiler azaltılabilir (Brandhuber,

2007).

1062

En yaygın metot olmasının başlıca sebebi, uygulaması kolay ve düşük

maliyetli oluşudur. Bu seçenek, en yakın atıksu arıtma tesisi ile sadece

yerel bir izin veya sözleşme gerektirmektedir ve böylece atıksu

tesisinde işletme problemleri riski azaltılırken, yerel atıksu arıtma

tesisinin kendi atık izin şartlarının ihlal riskini de azaltmaktadır (Kenna

ve Zander, 2000). Bu gibi izinler veya anlaşmalar genellikle, bireysel

tesislerin ön arıtma gerekliliklerine tabi olduğu gibi devlet kurumları

tarafından belirlenen bazı özel yönergelere de tabidirler. Eğer konsantre

akımı, atıksu arıtma tesisindeki biyokütle için toksik etki oluşturmaz ve

durultucuyu olumsuz bir şekilde etkilemezse veya nihai atık bertarafını

sınırlamaz ise membran konsantrelerinin yerel atıksu arıtma tesislerine

deşarjı uygundur. TO konsantreleri gibi bazı konsantrelerin aşındırıcı

özellikleri, bu deşarjların yönetiminde önem teşkil etmektedir. Toplam

çözünmeyen katı madde seviyeleri, pH aralığı, ağır metaller ve

korozyona neden olan bileşenlere sınırlamalar getirilebilir (Reiss ve

Vergara 2003).

Şekil 16.2 Açık denize borular vasıtası ile konsantre deşarjı (sol)

(WaterReuse, 2015a) ve bu tarz bir borulama sisteminin itme tekniği ile

inşaa edilmesi (sağ) (Lokiec, 2013)

1063

Şekil 16.3 Hadera Desalinasyon Tesisi’nin yakın kıyı deşarjı (Mickley ve

Voutckov, 2015)

Konsantrenin çevreye tahliye etmeden önce bir yerel atıksu arıtma

tesisine deşarjı herhangi bir işlem yapılmaksızın doğrudan çevreye

boşaltmaktan daha güvenli bir alternatiftir. Diğer yandan, doğrudan

atıksu deşarjını bir atıksu tesisine verip, ardından yüzey suyuna deşarjı

da deneyimleyerek karşılaştıran bazı çalışmalarda, çevresel yükler,

enerji kullanımı ve malzeme kullanımı vb. gibi faktörlere dayanarak

çevresel etkiler için karşılaştırma yapılmıştır. Bazı durumlarda, merkezi

atıksu arıtma tesisine deşarjın çevreye olumsuz etkiye neden olabildiği

de tespit edilmiştir.

16.2.3. Araziye Verme

Araziye verme, yeniden kullanım olarak değerlendirilebilecek bir

bertaraf yöntemidir. Konsantrenin toprağa verilmesi, konsantrenin

arıtılması amacıyla değil, toprağın iyileştirilmesi ya da sulama gibi

yararlı olarak yeniden kullanımı amacıyla da yapılmaktadır. Ekstradan

1064

temiz su kullanmayı gerektirmeyen ve konsantre akımlarının mevcut su

ihtiyacını başarıyla karşıladığı uygulamalar da mevcuttur (Mickley,

2008a).

Saha uygulamalarındaki tipik yöntemler arasında, yağmurlama sulaması

ve infiltrasyon (sızdırma) bulunmaktadır. Konsantre kullanarak

yağmurlama sulamasında çoğu zaman yeraltı suyunun kirlenmesini

önlemek için konsantrenin seyreltilmesi ve düzenleyicilerin kullanılması

gerekmektedir. Genellikle, düşük ekonomik değere sahip ancak yüksek

besin alım kapasitesi olan ve tuzluluğa toleranslı bitkiler gibi ürünler

seçilmektedir. Temel hususlar arasında, konsantre özellikleri, bitki

örtüsü ve halk sağlığı gereksinimleri bulunmaktadır. Yüzey suyuna

karışma ve/veya yeraltı suyuna sızma da uygulayıcıyı ilgilendirmektedir

ve ek izin gerektirebilmektedir. İnfiltrasyon uygulamaları, konsantrenin

toprakta süzülmesine ve yeraltı sularına ulaşmasına izin vermektedir.

Konsantre akımları, kum gibi iyi geçirgen olan topraklara uygulanabilir.

Havzalar, bu uygulama için kullanıldıklarında genellikle sıvıların yatay

taşınımını önlemek için, havza etrafında koruma bölgelerinin bulunması

gerekmektedir. Bu bertaraf yöntemiyle, bitkiler tarafından çok az

konsantre tüketilmekte ve konsantrenin çoğu yeraltı suyuna

ulaşmaktadır (Kenna ve Zander, 2000).

16.2.4. Buharlaştırma Havuzları

Buharlaştırma havuzları, sıcak, kurak iklimler ve buharlaşması yağışdan

daha yüksek olan coğrafi bölgeler için uygun bir bertaraf yöntemidir.

Buharlaşma hızını etkileyen faktörler arasında, rüzgar hızı, barometrik

basınç, hava ve su sıcaklığı ve suyun tuzluluk derecesi bulunur.

Çoğunlukla, buharlaştırma havuzlarının kullanımı için özel bir izin

gerekmemektedir. Havuzların sızdırma yatakları olarak kullanıldığı

durumlarda konsantrenin karşılaması gereken standartlar olabilir

(Mickley, 2006; Brandhuber, 2007).

1065

Buharlaştırma havuzlarının inşa edilmesi kolaydır ve fazla bakım

gerektirmezler. Ayrıca, operatörün dikkat etmesi gereken çok fazla bir

durum yoktur. Yüksek buharlaşma oranları ve düşük arazi maliyetlerine

sahip alanlarda uygun olabilirler. Bununla birlikte, bazı durumlarda

büyük alanlar gerekebilir ve geçirgen olmayan kil katmanları veya

sentetik bir malzeme ile tecrit gerekebilir. Bu durum, inşaat

maliyetlerini arttırmaktadır. Bu teknik, nispeten küçük hacimli

konsantre akımları için uygundur (Mickley, 2008a). Buharlaştırma

havuzlarının kullanımı ile ilgili örnek görseller Şekil 16.4 ve Şekil 16.5’te

verilmektedir.

16.2.5. Derin Kuyu Enjeksiyonu

Konsantre atıklar için bir diğer yöntem ise derin kuyu enjeksiyonudur

(Mackey, 2006). Bu yöntem, sıvı atıkların 305-2440 m’lik derinliklerde

gözenekli yüzey altı kaya oluşumlarına enjekte edilmesini içermektedir

(Beltrán 1999; Masnoon ve Glucina, 2011). Su arıtma tesisi

konsantreleri genellikle birinci sınıf kuyularda imha edilecek şekilde

listelenmiştir. Sınıflandırmalar önemlidir. Birinci sınıf kuyular, ikinci

sınıf kuyulardan daha sıkı yapı ve izleme gerekliliklerine sahiptirler.

Birinci sınıf kuyuların tanımında, bir yeraltı içme suyu kaynağı içeren en

alttaki oluşumun altında ki bir derinliğe enjeksiyon gereksinimi vardır.

Enjeksiyon bölgeleri, enjeksiyon sıvılarının yukarı doğru taşınmasını

önlemek için hidrolojik olarak geçirimsiz bir oluşum ile yeraltındaki

içme suyu kaynaklarından ayrılmalıdır. Bu yöntemle ilgili en önemli

çevresel husus, enjekte edilen sıvının içilebilir su yataklarına karışma

olasılığıdır (Kenna ve Zander, 2000; Mickley, 2008a).

Yetkili kurumlar, her bölgenin benimsediği ve öncelik verdiği atıkların

zemine enjekte edilmesine ilişkin düzenlemeleri ilan etmelidirler.

Kriterler, inşaat, işletme, izleme ve raporlama gereksinimlerini

içermektedir. Derin kuyu enjeksiyonları, genellikle maliyetli bir

yöntemdir. Masraflar, kuyu yapımında ve kapsamlı izleme ihtiyacında

meydana gelmektedir (Mickley, 2006).

1066

Şekil 16.4 Konsantre buharlaştırma havuzları (USGS, 2017)

Şekil 16.5 Buharlaştırma havuzlarında kullanılan mekanik

püskürtücüler (sol) (DriBoss, 2011) ve Teksas’ta yer alan solar

buharlaştırma havuzları (sağ) (Masnoon ve Glucina, 2011)

16.2.6. Sıfır Sıvı Deşarjı (SSD)

Sıfır-sıvı deşarjı (ZeRO Liquid Discharge, ZLD), sıvı atıkların su arıtma

tesisi sınırını dışına çıkmadığı anlamına gelmektedir. Tüm atıksuyun

arıtıldığı ve geri dönüştürüldüğü bir atıksu arıtma prosesi olan bu

yöntem, uygulama döngüsünün sonunda sıfır deşarj bırakmaktadır

(Brandhuber, 2007). Sıfır-sıvı deşarjı, ultrafiltrasyon, ters osmoz,

buharlaştırma/kristalleştirme ve fraksiyonel elektro-iletkenleştirme

tekniklerini içeren gelişmiş bir atıksu arıtma yöntemidir (Reiss ve

1067

Vergara, 2003). Kristalleştiriciler ve sprey kurutucular gibi sıfır deşarj

sistemleri (SSD), NF ve TO konsantrelerini katı bir ürüne indirgemekte

kullanılır.

Bununla birlikte, bu termal sistemlerin maliyeti tipik olarak bir NF veya

TO tesisi maliyetinden çok daha yüksektir. Mevcut sıfır deşarj

proseslerini kullanmak, tesisin konumuna ve büyüklüğüne bağlı olarak

desalinasyon masraflarını üç ile sekiz kata kadar arttıracaktır (Mickley,

2008b). Bu artan maliyetler, pek çok yerde engelleyici unsur olmaktadır.

Bu noktada, buharlaşma havuzları daha düşük maliyetli bir seçenek

olabilir. SSD işlemini, buharlaşma esaslı, membran esaslı ya da ikisinin

bir kombinasyonu olarak düşünmek daha yararlı olabilmektedir. Şekil

16.6, konvansiyonel birinci kademe TO işletiminde geri kazanımları

(solda) ve artan geri kazanım oranları ile ilgili bir dizi geri kazanım

metodunu göstermektedir. En sağda ise hem yüksek geri kazanım hem

de SSD durumları vardır (Mickley, 2008b).

Birinci aşamadaki TO membranlarında geri kazanımlar genellikle %60-

85 aralığı ile sınırlıdır. Besleme hacminin %15-40'ı kadarı gibi bir

konsantre üretilmektedir. Birçok durumda, geri kazanım %70-85

arasında olursa, konsantre atığın miktarı da çok daha az olacaktır.

Konsantre hacmi iki kat azaltılırken (örneğin besleme hacminin

%30'undan %15'e gibi), konsantre tuzluluk oranı da iki kat artacaktır.

Tuzluluktaki bu artış, konsantre ve potansiyel alıcı ortam arasında daha

büyük bir uyuşmazlık ile sonuçlanarak konsantrenin bu seçeneklerle

uzaklaştırılmasının daha da zorlaşmasına neden olabilecektir. Azaltılmış

hacimli tuzlu su, daha küçük bir hacimde tuzlu su veya katılar (veya bir

çamur) üretmek için daha da yoğunlaşmadıkça, üstün olmayacaktır

(Mickley, 2008b.)

16.2.6.1. Konvansiyonel SSD Planlarının Gözden Geçirilmesi

ABD’de yaklaşık 120 endüstriyel atıksu tesisinde SSD tesisi

bulunmaktadır. Endüstriyel SSD teknolojileri, aslında tekil olarak

1068

kullanılan teknolojilerin proses adımları şeklinde sıralanmasıdır. Çeşitli

SSD proses akım şemalarında rutin olarak kullanılan teknolojiler şunları

içermektedir (Mickley, 2006, 2008b):

Termal (buharlaştırıcı) tuzlu su konsantratörleri

Termal (buharlaştırmalı) kristalleştiriciler

TO

Buharlaştırma havuzları

Sprey kurutucular

Kavramsal olarak, SSD proses akım şemaları öncelikle iki türden oluşan

bir dizi işlem adımı içermektedir:

Arıtma öncesi veya arıtma aşamaları: Besleme akımında daha

sonra yüksek verimlerde tuzun arıtılmasına veya belirli tuzların

seçici olarak uzaklaştırılmasına izin verme amaçlı (Bu adımlar

atık katılar veya ürün katıları ve çamur üretir.)

Tuzdan arındırma adımları: Suyu arıtma amaçlı

Proses ve tuzdan arındırma adımları, basitten komplekse doğru çeşitli

şekillerde birbirlerine bağlanabilir. Tipik işleme şemaları, genel arıtma

yaklaşımlarını temsil etmektedir. En tipik akım şemaları şu şekilde

listelenebilir:

Genel Akım Şeması 1: Konvansiyonel SSD tesisleri neredeyse

sadece aşağıdaki iki şemadan birinde termal tuzlu su

konsantratörlerinin kullanılmasını gerektirir:

o Konsantre → ön arıtma prosesi (asgari) → termal tuzlu

su konsantratörü → buharlaştırma havuzu

(standart/geliştirilmiş)

o Konsantre → ön arıtma prosesi (asgari) → termal tuzlu

su konsantratörü → kristalizatör → katılar (mümkün

olabilen çok küçük debili ile)

1069

Genel Akım Şeması 2: Son zamanlarda, yüksek geri kazanımlı TO

sistemleri, termal tuzlu su konsantratörlerine giden çözelti

hacmini azaltmak için kullanılmıştır. Akım şemaları şunları

içerir:

o Konsantre → arıtma prosesi → ikinci kademe TO →

termal tuzlu su konsantratörü → buharlaştırma havuzu


termal tuzlu su konsantratörü→ kristalizatör→ katılar

Genel Akım Şeması 3: Bazı durumlarda, iki aşamalı membran

sistemi, herhangi bir ısıl işleme tabi tutulmadan tek başına

kullanılır:


buharlaştırma havuzu

Genel Akım Şeması 4: Bir başka akım şeması, atıklardan bireysel

tuzların seçici ya da sıralı geri kazanılmasını sağlayabilir.

Kullanılan akım şeması, arıtılan atığa bağlıdır:

o Konsantre → tuz giderimi → ikinci kademe TO → tuz

giderimi → tuzlu su konsantratörü → karışık tuz giderimi

1070

Şekil 16.6 Geri kazanım çeşitleri ve olası bertaraf seçenekleri (Mickley, 2008b)

1071

16.2.6.2. Konvansiyonel SSD Teknolojilerinin Özellikleri

Çoğu konvansiyonel SSD tesisi, birincil desalinasyon basamağı için

mekanik buhar evaporatör teknolojisi kullanmaktadır. Bu teknoloji,

başlangıçtaki suya bağlı olarak düşük tuzluluk kaynaklı atığı veya suları,

yaklaşık 160000-360000 mg/lt toplam çözünmüş madde (TÇM)’ye

kadar olan sıvıları alabilir. Bir besleme suyunun yoğunlaştırılma

derecesi 1) glauberit (sodyum-kalsiyum sülfat), sodyum sülfat veya

sodyum klorür gibi tuzların çökmesinin başlaması veya 2) kabul

edilemeyecek kadar yüksek bir miktarda askıda katı madde seviyesi ile

sınırlandırılabilir. Muhtemel konsantrasyon faktörlerinin teorik aralığı,

yaklaşık 1,67 (besleme tuzluluğu 60000 mg/lt ve üst sınır 160.000

mg/lt) ile 90’dır (besleme tuzluluğu 4000 mg/lt ve üst sınır 360000

mg/lt).

Kapsamlı bir ön konsantratör teorik limiti olan TO ünitesinin

konsantrasyon faktörü, deniz suyu durumunda olduğu gibi osmotik

basınç ile sınırlandırılmıştır. Bu sınıra, doygun bir sodyum klorür ve su

çözeltisi için genellikle 60000-70000 mg/lt'lik bir TÇM seviyesinde

ulaşılmaktadır. TO sistemleri için enerji ihtiyacı, termal buharlaştırma

için gereken enerjiden oldukça düşüktür. Bu nedenle, besleme suyu

önceden TO ile konsantre edildiğinde, daha iyi enerji tasarrufları

sağlanmaktadır. İki aşamalı bir TO arıtımını (yüksek geri kazanımlı bir

TO sistemi) sağlamak için gerekli olan ön arıtmanın uygulanması önemli

olabilir. Bu, yumuşamanın (sertlik gideriminin) gerekli olduğu yüksek

sertlikte sular için özellikle geçerlidir. Bu durumda, kireç yumuşaması

büyük miktarda kimyasal madde gerektirebilir ve büyük miktarda katı

madde üretebilir (Mickley, 2008b).

4546 m3/gün debiye sahip bir sistem için tuzlu su konsantratörleri

tarafından üretilen tuzlu su, tipik olarak besleme seviyesinin %2-10'u ve

dolayısıyla 91-455 m3/gün aralığındadır. Termal evaporatörlerin

beslemesine göre su geri kazanımı %90-99 aralığındadır. Bu tuzlu su,

tipik olarak buharlaşma havuzları, kristalleştiriciler veya püskürtmeli

kurutucular tarafından işlenebilir. Debisi, 10 m3/st veya daha düşük ise

1072

tek bir kristalleştirici kullanılabilir. Tuzlu su debisi 10-30 m3/gün

aralığında ise buharla çalışan bu tür kristalleştiriciler daha ekonomik

olacaktır. Atık buhar mevcutsa, daha ekonomik olacaktır. Daha büyük

sistemlerde, buharlaştırma için normalde ısı sağlamak amacıyla

elektrikle çalışan buhar kompresörleri kullanılır. 55 m3/gün'den daha

küçük kapasitelerde püskürtmeli kurutucular uygulanabilir.

Buharlaştırma işlemleri, besleme tuzluluğuna bağlı olarak tipik olarak

10 mg/lt veya daha az TÇM'ye sahip çok saf bir ürün suyunu

üretmektedir. Sıfır sıvı deşarjı tesislerinin bir çoğunda enerji santralleri

vardır ve nihai bertaraf, tesis bünyesindeki tek kullanımlık buharlaşma

havuzları vasıtasıyla sağlanabilir. Sıfır deşarjlı bir tesis ile bağlantılı

buharlaşma havuzunun düzgün tasarımı, havuzun tesis ömrü boyunca

çökelen katıların birikimine imkan verecek derinliğe sahip olmalıdır

(Mickley, 2008b).

16.3. Konsantre Yönetiminde Yenilikçi Yöntemler

Konvansiyonel yaklaşımların yanı sıra, nispeten daha yenilikçi ve hacim

azaltma vb. gibi hedefleri olan çeşitli konsantre yönetimi tekniği ve

teknolojisi bulunmaktadır. Bu bölümde, en yaygın kullanılan yenilikçi

yöntemler hakkında özet bilgiler ve örnekler verilmiştir.

16.3.1. Elektrokoagülasyon

Elektrokoagülasyon, ters osmoz konsantresinden çift değerlikli iyonları

ve metalleri ayırmada kullanılan alternatif yöntemlerden biridir.

Elektrokoagülasyon sonrasına ikinci bir ters osmoz kademesi

yerleştirildiği takdirde toplam su kazanım oranı %93 ve üzerine kadar

çıkmaktadır (Subramani ve diğ., 2012a). Yöntem, konsantredeki

baryum, kalsiyum, mağnezyum, stronsiyum ve silikanın gideriminde

%90 üzerinde verime sahiptir. Elektrokoagülasyon, uzun yıllardır

piyasada olan bir proses olmasına karşın tasarım ve ekipman

geliştirmeleri ile ancak son yıllarda ekonomik ve büyük hacimlerde

1073

uygulanabilir hale gelmiştir. Şekil 16.7’de ters osmoz çıkışındaki

konsantre akımı için kurulmuş bir elektrokoagülasyon ünitesi

görülmektedir.

Şekil 16.7 Konsantre akımında yer alan elektrokoagülasyon ünitesi

(Den ve Wang, 2008)

Elektrokoagülasyon flokları, daha az su tutmakta ve filtrelenebilirlikleri

daha yüksek olmaktadır. Ayrıca, farklı kirleticilerin yüksek oranlarda tek

bir prosesle giderilebilmesi elektrokoagülasyonun en önemli

üstünlüklerindendir. Elektrokoagülasyon ile üretilen çamurun pH değeri

6-7 civarında olmaktadır ve bu pH değerlerinde çamurdaki metaller

stabil formda olduğu için elektrokoagülasyon çamuru çevre dostu olarak

tanımlanabilir. Elektrokoagülasyon için henüz bir standart reaktör

tasarımı bulunmamaktadır ve prosesin geçmişine baktığımızda yüksek

enerji maliyeti sebebi ile tercih edilmediği durumların olduğu

görülmektedir. Bununla beraber, güncel tasarımlar ve geliştirmelerle

enerji maliyeti günümüzde eski değerlere göre nispeten daha düşüktür

ve 454 m3/st’lik debilere kadar uygulamaları yapıldığı görülmektedir

(DIBR, 2012).

1074

16.3.2. Membran Distilasyonu ve Membran Kristalizasyonu

Membran distilasyonu, konsantre arıtımında da kullanmak için üzerinde

çalışmalar yapılan alternatif proseslerden biridir. Membran

distilasyonunun çeşitli versiyonları olmakla beraber desalinasyona en

uygun olanı direkt temaslı membran distilasyonu prosesidir. Yapılan bir

çalışmada, 15 mS/cm iletkenliğindeki bir TO konsantresi arıtımında

direkt temaslı membran distilasyonu, bir kristalizatör ile kullanıldığında

3-5 lt/m2.st akıda toplam %95 su geri kazanım oranı yakalanmıştır

(Tun ve Groth, 2011). Başka bir çalışmada ise 100000 mg/lt toplam katı

madde (TKM) değerine sahip olan konsantresi için, çok tercih edilen

direkt temaslı membran distilasyonu prosesi yerine 4 kademeli vakum

etkili membran distilasyonu sistemi kullanılmış ve 5,2 lt/m2.st akı

kaydedilmiştir. Bu akı, direkt temaslı membran distilasyonu

sistemlerinde tipik olarak elde edilen akı değerlerine göre nispeten daha

az olsa da atık ısının tekrar kullanımı sebebiyle sistem daha az enerji

harcamıştır (Janson ve diğ., 2012). Şekil 16.8’de 4 kademeli bir

membran distilasyonu sistemi akım diyagramı verilmiştir.

Membran distilasyonu, konvansiyonel distilasyondan daha az ısıya

ihtiyaç duyduğu (genellikle 700C ve altında) için caziptir (Macedonio ve

diğ., 2012). Ayrıca solar enerji, jeotermal enerji ve atık ısı gibi düşük

seviyeli ısı kaynaklarıyla da kullanılabilir (Susanto, 2011). Membran

distilasyonu prosesi, konsantrasyon polarizasyonundan da çok az

etkilenmektedir ve yüksek tuzluluğa sahip konsantreler ile

beslenebilmektedir.

Genel konsept olarak membran kristalizasyonu, kristalize olabilen ve

uçucu olmayan çözüneni olan bir çözeltinin gözenekli bir membran

vasıtasıyla süzülmesidir. Membran polimerik ya da inorganik

malzemeden veya bunların ikisini de içeren kompozit bir malzemeden

yapılmış olabilir. Modül tipi olarak, içi boşluklu fiber ya da düz plaka

membran da tercih edilebilir. Membran kristalizasyonu için ısı ve kütle

transferi modelleri ve detaylı ilişkileri, membran distilasyonu ve

osmotik distilizasyon ile aynı konseptleri kullanarak açıklanabilir. Genel

1075

bir tanım olarak ısı ve kütle transferi, sadece sistem termodinamik

dengede değil iken gerçekleşmektedir (Di Profio ve diğ., 2017).

Şekil 16.8 Membran distilasyonu (Subramani ve Jacangelo, 2014)

16.3.3. İleri Osmoz

Konsantre yönetiminde tercih edilebilecek bir diğer metot, ileri osmoz

prosesidir. İleri osmoz prosesi, konsantre arıtımı metotları arasında

basınç sürücüsü için enerji gerektirmemesi ile üstündür. Ayrıca ileri

osmoz, 70000 mg/lt TKM değerlerine kadar kullanılabilmektedir. Bu

durum bu prosesi TO konsantre arıtımı için uygun kılmaktadır. Ters

osmoz ile beraber kullanıldığında toplam geri kazanım oranı %90

seviyesindedir. Ayrıca basınç sürücülü membranlara göre daha yavaş ve

geri döndürülebilir tıkanma eğilimi göstermektedir (Hancock, 2013;

Achilli ve diğ., 2009).

İleri osmoz prosesinin konsantre arıtımında kullanılmasındaki

uygulama zorlukları ise proses akısının genellikle istenenden düşük

olması ve konsantrasyon polarizasyonu oluşmasıdır. Günümüzde, ileri

osmoz prosesindeki hidrolik tertip tarzlarının konsantrasyon

polarizasyonunu minimize edecek şekilde geliştirilmesi gerekmektedir.

1076

Bazı laboratuvar ölçekli çalışmardan örnek vermek gerekirse, 5-6 M

fruktoz çekme çözeltisi ile arıtılan 1-2 M NaCI konsantresinde 18 saatte

%76 su geri kazanım oranı yakalanmıştır. Söz konusu çalışmada, selüloz

asetat membranlar kullanılmış olup 8,2 lt/m2.st başlangıç akısı

kaydedilmiştir (Tang ve Ng, 2008). Başka bir çalışmada ise 70000 mg/lt

TKM değerine sahip konsantre ileri osmoz arıtımı ile 225000 mg/lt TKM

değerine sahip konsantre elde edilmiştir. Ortalama sistem geri kazanımı

%60 ve su akısı 2-4 lt/m2.st olarak elde edilmiştir (Hancock, 2013). Şekil

16.9’da ileri osmoz sisteminin akım şeması verilmektedir.

Şekil 16.5 İleri osmoz prosesi (Subramani ve Jacangelo, 2014)

16.3.4. Yüksek Verimli Ters Osmoz (HERO)

Nispeten daha yeni duyulmaya başlanılmış yüksek verimli ters osmoz

(HERO) prosesi ile konsantreden %90-95 oranlarında geri kazanım

gerçekleştirilmesi mümkündür. Bazı çalışmalarda %98 gibi çok yüksek

bir geri kazanım oranı da yakalanmıştır. HERO prosesi yeni geliştirilmiş

bir proses olup, hala laboratuvar, pilot ölçekli çalışmaları

sürdürülmektedir ve henüz tam ölçekli bir örneği yoktur. Tam ölçekli

olarak uygulanabilmesi için ise en başta çok yüksek olan yatırım

maliyetinin düşürülmesi gerekmektedir. Şekil 16.10’da prosesin akım

şeması sunulmaktadır.

1077

Şekil 16.10 Yüksek verimli ters ozmos prosesi (Mukhopadhyay, 1999)

HERO prosesinin üstünlükleri yüksek silika değerlerine sahip

konsantrelere uygulanabilmesi, az yer ihtiyacı olması ve yüksek geri

kazanım oranıdır. Kısıtları ise TKM’ye dayalı verim limiti, yüksek ilk

yatırım ve işletme maliyeti, işletme için nitelikli eleman ihtiyacı ,

kompleks bir sistem oluşu ve yüksek kimyasal malzeme ihtiyacı olarak

sıralanabilir (Cob ve diğ., 2012).

16.3.5. Elektrodiyaliz (ED), Ters Elektrodiyaliz (EDR/TED) ve

Elektrodiyaliz Metatezi (EDM) Prosesleri

Elektrodiyaliz (ED), iyonların iyon seçici membran içerisinde elektrik

alan etkisi ile oluşan hareket prensipli membran temelli bir ayırma

prosesidir. Yapılan çalışmalara göre iletkenliği 3,90 ile 4,14 mS/cm

değerleri arasındaki TO konsantresi arıtımında toplam %97,5 su geri

kazanım oranına ulaşılabilmektedir (Zhang ve diğ., 2012). TO

konsantresi arıtımında ED’yi kullanmanın en büyük mahsurlarından biri

ise az çözünen tuzların ED performansını kısıtlamasıdır. Şekil 16.11’de

ED prosesinin akım şeması verilmektedir.

1078

Şekil 16.11 Elektrodiyaliz prosesi (Korngold, 2009)

Ters elektroliz prosesi (EDR) ise ED teknolojisinin modifikasyonu ile

geliştirilmiştir. Ters elektrodiyaliz, normal elektrodiyaliz prosesine

benzemektedir. Ancak düz akım voltajı saatte 3-4 defa tersine çevrilerek

ölçeklendirme potansiyeli düşürülmektedir. Akımın yönünün

değiştirilmesi ile membranlar kendilerini temizlemektedirler. TKM

konsantrasyonu 1500 ppm’den düşük olduğunda EDR’nin enerji

tüketimi TO’dan düşük olabilmektedir (Tanaka, 2015). Şekil 16.12’de

EDR prosesinin akım şeması verilmektedir.

Şekil 16.12 Ters osmoz sistemine entegre EDR prosesi (Reahl, 2006)

1079

Elektrodiyaliz Metatezi (EDM) prosesi de ED prosesinin bir

modifikasyonudur. Bu proseste, her hücrede dört adet iyon değişimi

membranı bulunmaktadır. ED’nin aksine dört adet çözelti bölümü ve

dört membran vardır. Bu membranlar, anyon değişimi membranı ile

katyon değişimi membranı ve tek değerlikli anyon seçici membran ile

tek değerlikli katyon seçici membrandır. Bu tertip tarzından iki akım

çıkmaktadır. Sodyumla anyonların olduğu çözelti ve klorürle

katyonların olduğu bir diğer çözelti (Bond ve diğ., 2011). EDM sistemi

yüksek CaSO4 ve CaCO3 kapasitesi sayesinde TO konsantresinde

uygulanma potansiyeline sahiptir. 16.000 mg/lt TKM değerine sahip

ters osmoz konsantresi ile yapılan bir çalışmada %99 üzerinde geri

kazanım oranı yakalanmıştır (Butterworth ve Davis, 1989). TKM 5000

mg/lt’den düşük olduğunda, EDM ekonomik olarak uygun olmaktadır.

TKM 15000 mg/lt’den yüksek değerlerde olduğunda ise termal

prosesler daha ekonomik olmaktadır. CaSO4’ün aşırı doygun olduğu TO

konsantreleri söz konusu olduğunda EDM gelecek vaat eden bir

teknolojidir. Ardından evaporasyon havuzu uygulaması ile EDM sıfır sıvı

deşarjını mümkün kılan bir teknolojidir. ED ve EDR ile kıyaslandığında

daha yüksek su geri kazanım oranı yakalanmaktadır. Ancak bununla

birlikte henüz sadece laboratuvar ve pilot ölçekli çalışmalar yapılmıştır

ve ilk yatırım maliyeti daha yüksektir. Şekil 16.13’te EDM prosesinin

akım şeması verilmektedir.

16.3.6. Kapasitif İyon Giderimi (CDI)

Kapasitif iyon giderimi (CDI), düşük voltaj ve basınçta çalışan

elektrostatik bir prosestir. Bu proses, çözünmüş iyonların çözeltiden

giderimi için kullanılmaktadır. Çözelti, gözenekli ve elektrotlu bir

yapıdan geçmekte ve bu geçiş esnasında oluşturulan elektriksel alan

(1,2 V) vasıtasıyla iyonlar zıt yüklü elektrota gitmektedirler. Geride

sadece deiyonize su kalmaktadır. Belli bir süre sonra elektrotlar

iyonlara doygun hale gelmekte ve elektrik alanın sıfırlanması ile

rejenere edilmektedirler. Sisteme verilen elektriğin kesilmesi ile

elektrotlar tarafından tutulan iyonlar salınıp sistemden çıkmaktadırlar.

1080

Şekil 16.13 Ters osmoz/EDM tertip tarzı (Bond ve Veerapaneni., 2007)

CDI prosesinin verimi, elektrotların yüzey özelliklerine ve adsorpsiyon

özelliklerine bağlıdır. CDI’nin enerji verimliliği, diğer tuz giderimi

yöntemlerinden (örneğin, ters osmoz) daha yüksektir. Ancak bununla

birlikte geri kazanım oranı daha düşüktür. Tuzlu su ile yapılan

uygulamalarda geri kazanım oranı %70 civarıdır. Şekil 16.14’te CDI

prosesini açıklayan bir şematik gösterim yer almaktadır.

Kapasitif iyon giderim yönteminin üstünlükleri, düşük enerji tüketimi,

elektrotların rejenerasyonunda kimyasal ihtiyacı olmaması ve geri

kazanım oranının silika miktarından bağımsız olması olarak

gösterilebilir. Kısıtları ise yöntemin hala geliştirilme aşamasında olması

ve konvansiyonel sistemlerden daha az su kazancı sağlamasıdır

(Mickley, 2008a).

1081

Şekil 16.14 a) CDI arıtımı ve b) konsantre çıkışı (Masnoon ve Glucina,

2011)

16.3.7. İleri Oksidasyon Prosesleri

İleri oksidasyon prosesleri, son yıllarda TO konsantresindeki organik

yükü azaltmak için kullanılmaktadır. Atıksu arıtım tesislerinin

konsantresinde 1 kDa’dan küçük boyutlarda hümik parçacıklar, fulvik

asitler ve çözünebilir organik mikrobiyal ürünler bulunmaktadır. Bu

parçacıkların giderimi çözünmüş organik maddeyi gidermenin

anahtarıdır (Zhou ve diğ., 2012). Tek başına ozon kullanımı toplam

organik madde (TOM)’yi %22 gidermektedir. Ozon, UV ve titanyum

dioksit ile kombine edildiğinde ise kolaylıkla %52’lere varan toplam

organik madde giderim oranlarına ulaşılabilmektedir.

1082

Asidik koşullarda UV ve H2O2 kombinasyonu daha hızlı sonuç vermekte

ve tuzluluktan da etkilenmemektedir (Liu ve diğ., 2012). TiO2 ile yapılan

bir çalışmada 1 saatlik temas sonunda TOM’nin %30’unun giderildiği

saptanmıştır. Ayrıca, bu oran katalizör dozlandığında daha da

artmaktadır (Dialynas ve diğ., 2008). Söz konusu TO konsantresi

olduğunda ise elektrokimyasal oksidasyon, ileri oksidasyon

yöntemlerinin en etkililerinden biridir. Yüksek tuz konsantrasyonu ile

TO konsantresi çok iyi iletkenlik göstermekte ve bu proses için gerekli

olan enerji tüketimini düşürmektedir (Pérez ve diğ., 2012). Bahsi geçen

tüm bu çalışmalar TO konsantresindeki organik madde yükünü

düşürmek için yapılmaktadır ve ileri oksidasyon proseslerinin

konsantre arıtımında süren çalışmaları bu yönde olmaktadır. Tablo

16.1’de konsantre akımına uygulanan ileri oksidasyon prosesleri

özetlenmiştir.

Tablo 16.1 Konsantre akımına uygulanan ileri oksidasyon prosesleri

(Zhou ve diğ., 2012)

İO tekniği Kimyasal proses Amaç

Fotokataliz

TiO2+hv→e-+h+ TOK giderimi

h++H2O→HO.+H+

Koagülasyon ön

arıtımıyla TOK

giderimi

Foto

oksidasyon H2O2+hv→2HO. TOK giderimi

Sonik

parçalama

H2O+)))→H++HO.

2HO.→H2O2 TOK giderimi

Elektro

oksidasyon H2O+anot→anot[HO.]ads+H++e-

KOİ giderimi; TOK,

farmasotik ve pestisit

oksidasyonu

Ozon O3→HO. TOK ve beta-bloker

molekülü giderimi

Fenton Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO. TOK giderimi

1083

16.3.8. İki Kademeli TO Sistemlerinde Birinci Kademe Konsantresi

Arıtma Yöntemleri

16.3.8.1. İki Kademeli TO Sistemlerinde Birinci Kademe

Konsantresi Kimyasal Arıtma Yöntemleri

Birinci aşama ters osmoz konsantre hattı üzerine yerleştirilen kimyasal

yumuşatma üniteleri ile ikinci ters osmoz ünitesi çok daha verimli

çalışmaktadır. Ara arıtmanın giderme performansına etkisini inceleyen

bir çalışmada, birinci TO ünitesi çıkışına kireç yumuşatma uygulayarak

su geri kazanımında %95 verim artışı elde edilmiştir (Gabelich ve diğ.,

2007). Kalsiyum, CaCO3 olarak, silika ve metaller ise çöktürme ile

ayrılmıştır. Bir başka teknik ise hızlandırılmış çöktürmedir. Bu metotta,

sertlik veren iyonların çökelmesini hızlandırmak için bazı kimyasallar

eklenmektedir. TO konsantresi ile yapılan çalışmalarda, sadece CaPO4 ve

PO₄ iyonları ile %90 civarı su geri kazanım artışı görülmüş diğer katkı

materyalleri ise pek etkili olmamıştır (Sanciolo ve diğ., 2012). Şekil

16.15’te ilgili bir örneğe ait akım şeması verilmektedir.

Şekil 16.15 İki aşamalı TO sistemlerinde birinci kademe konsantresi

kimyasal ara arıtma prosesi akım şeması (Subramani ve diğ., 2012a)

1084

16.3.8.2. İki Kademeli TO Sistemlerinde Birinci Kademe

Konsantresi Biyolojik Arıtma Yöntemleri

Bu metotta TO konsantresindeki sülfat, sülfat indirgeyen bakteriler

tarafından indirgenmektedir. Bu yaklaşımla, elektron donörü de

ekleyerek (asetat ya da etanol gibi) sülfat, bakteriler vasıtasıyla sülfite

çevrilmektedir (Williams ve Pirbazari, 2003). Sülfatın biyolojik olarak

indirgenmesinin ardından ikinci bir TO prosesi kullanılmakta ve su geri

kazanım oranı bu vasıtayla artırılmaktadır. Şekil 16.16’da bu sisteme ait

örnek bir akım şeması verilmiştir.

Şekil 16.16 İki aşamalı TO sistemlerinde birinci kademe konsantresi

biyolojik indirgeme sistemi akım şeması (Williams ve Pirbazari, 2003)

16.3.9. Diğer Yenilikçi Teknolojiler

16.3.9.1. Titreşim İle Kesme Kuvveti Arttırılmış Proses (VSEP)

Titreşim ile kesme kuvveti artırılmış proses (VSEP), geliştirilmiş patentli

bir titreşimli membran sistemidir. Bu prosesin özelliği membran

yüzeyine 50 Hz frekansında titreşim uygulanması ve böylece membran

yüzeyinin klasik çapraz akışlı sistemlere göre 10 kat daha fazla kesme

kuvveti kazanmasıdır. Yapılan denemelerde kolloidal tıkanma ve

1085

konsantrasyon polarizasyonunun ciddi derecede düştüğü gözlenmiştir.

MF, UF, NF ve TO membranlarında uygulanabilen sistem sadece düz

plaka tipi membranlara uygundur. 2008 yılında yapılan pilot ölçekli bir

çalışmada 1200 mg/lt toplam organik madde değerine sahip yeraltı

suyunun arıtımında birinci TO membranının konsantresini arıtmak için

kullanılmıştır. Söz konusu çalışmada, birinci TO membranı ve VSEP

sistemi %75 geri kazanım oranında çalıştırılmış, toplam geri kazanım

oranı ise %94 olarak belirlenmiştir. Yüksek silika konsantrasyonu

sebebiyle VSEP girişine asit dozlanmıştır. Akı, VSEP membranı

yüzeyinde zamanla artan baryum sülfat ve silika sebebiyle düşmüştür.

Haftada 3-4 defa kimyasal yıkama yapılmıştır (Subramani ve diğ.,

2012b). Şekil 16.17’de ilgili prosesin akım şeması verilmiştir.

Şekil 16.17 VSEP akım şeması (Subramani ve diğ., 2012b)

16.3.9.2. Kristal Oluşumlu Çamur Çökeltimi ve Geri Devir (SPARRO)

Kristal oluşumlu çamur çökeltimi ve geri devir (SPARRO) prosesi, su

içerisindeki maddeleri çöktürmek için kristalleri kullanmaktadır.

SPARRO sistemi, başlıca kalsiyum sülfat ve kalsiyumun diğer tuzlarını

çöktürmek için kullanılmaktadır. Kalsiyum sülfatı çöktürmede alçıtaşı

kullanılmaktadır. Arıtılacak besleme suyu çekirdek kristallerini içeren

geri devir suyu ile karıştırılır ve TO membranına beslenir. Çekirdek

kristallerini içeren konsantre, siklon sistemine verilir ve burada

kristaller ayrılır. Sistemin toplam geri kazanım oranı %90’ın üzerinde

olmakla beraber, en büyük mahsuru, yüksek kimyasal malzeme

1086

ihtiyacıdır (Sethi ve diğ., 2005). Şekil 16.18’de bu sistemin akım şeması

verilmiştir.

Şekil 16.18 SPARRO sistemi akış şeması (Sethi ve diğ., 2005)

16.3.9.3. Suyun İleri Geri Kazanımı Prosesi (ARROW)

Suyun İleri Geri Kazanımı Prosesi (ARROW), suyun yüksek oranda geri

kazanımına yönelik olarak geliştirilen patentli bir prosestir. Normalde

ilk TO membranı öncesi ya da iki TO membranı arasında yapılan

kimyasal çöktürme, bu proseste ikinci ters osmoz membranı

konsantresine uygulanmaktadır. Bu prosesin en büyük üstünlüğü,

kimyasal çöktürme uygulanacak konsantrenin daha az hacimde

olmasıdır. Kimyasal çöktürmeden çıkan su, ilk ters osmoz membranı

çıkışı, ikinci kademe TO girişine verilmektedir. Yapılan çalışmalarda,

toplam geri kazanım oranı %95 ve üzeri olarak kaydedilmiştir (Mickley,

2008a). ARROW prosesinin akım şeması Şekil 16.19’da verilmiştir.

16.3.10. Yenilikçi Teknolojilerin Karşılaştırılması

Yenilikçi konsantre yönetim teknolojilerinin çeşitli açılardan

karşılaştırılması, Tablo 16.2-16.4’te verilmiştir.

1087

Şekil 16.19 ARROW prosesi akım şeması (WERF, 2012)

16.4. Konsantre Yönetimi ile İlgili Mevzuat

Bu bölümde, dünyadaki çeşitli otoriteler tarafından konsantre yönetimi

adına oluşturulmuş ve yayınlanmış yönetmelikler ile yasal olarak

bağlayıcı diğer mevzuatdan bahsedilecektir. Mevzuat oluşturulmasında

izlenilen yaklaşımlar ve sınıflandırmalar, uygulama durumları ve yakın

gelecekte geliştirilmeleri adına yapılması gerekenlerden söz edilecektir.

16.4.1. Yasal Çerçeveler Hazırlanırken Tercih Edilen Yaklaşımlar

Önceki bölümlerde bahsedildiği üzere, konsantreler yüzey sularına

verilebildikleri gibi deniz ve okyanuslara da derin deniz deşarjı ile

verilebilmektedir. Okyanus ya da deniz kıyısındaki ülkeler, konsantre

akımları için izin verilen bölgeler belirlemişlerdir. Bu amaçla belirlenen

bu özel bölgelerde, toksik olmayan kirleticiler için hali hazırda geçerli

olan su kalite standartlarında belirtilen limit değerlerin aşılmasına

müsaade edilmektedir (Kimes, 1995). Amerika Birleşik Devletleri ve

Ortadoğu ülkelerindeki mevcut desalinasyon tesislerinin %48’i

konsantrelerini yüzeysel sulara vermektedir. Çünkü denizden uzak

tesislerde ortaya çıkan konsantrelerin borular ile taşınması hem

ekonomik olarak verimsiz hem de konsantrenin korozif özelliği sebebi

ile özel koruma gerektiren bir işlemdir (Tinos ve diğ., 2017).

1088

Tablo 16.2 Basınç sürücü kuvvetli konsantre arıtım tekniklerinin karşılaştırılması (Subramani ve Jacangelo,

2014)

Teknoloji Besleme

suyu türü

Arıtılacak

parametreler

Enerji

sarfiyatı

Mevcut

uygulama

boyutu

Üstünlük Mahsur

Ara kimyasal

yumuşatma

TO tuzlu su

konsantresi

Sertlik

iyonları, silika,

metaller

Veri yok Tam

ölçekli

Uygulanmış

olması

Yüksek atık

çamur

çıkması

Elektrokoagülasyon

Madenle

kirlenmiş

TO

konsantresi

Sertlik

iyonları, silika,

metaller

3–4

kWh/m3

Pilot

ölçekli

Metallerde

yüksek giderim

Hala

gelişiyor

olması

Ara biyolojik

indirgeme

TO tuzlu su

konsantresi Sülfat Veri yok

Pilot

ölçekli Sülfat giderimi

Bakterilerin

aklimasyonu

gerekiyor

Çekirdek oluşumlu

çamur çöktürme

TO tuzlu su

konsantresi Konvansiyonel Veri yok

Pilot

ölçekli -

Yüksek

çapraz akış

hızı

gerekiyor

1089

Tablo 16.2 (Devamı) Basınç sürücü kuvvetli konsantre arıtım tekniklerinin karşılaştırılması (Subramani ve

Jacangelo, 2014)

Teknoloji Besleme

suyu türü

Arıtılacak

parametreler

Enerji

sarfiyatı

Mevcut

uygulama

boyutu

Üstünlük Mahsur

HERO TO tuzlu su

konsantresi Konvansiyonel

3-5

kWh/m3

Pilot

ölçekli

Gelişmiş

teknolojilerin

kombinasyonu

olması

Patentli

teknoloji

ARROW TO tuzlu su


Pilot

ölçekli

Gelişmiş

teknolojilerin

kombinasyonu

olması

Patentli

teknoloji

VSEP TO tuzlu su


Pilot

ölçekli

Yüksek AKM

oranlarına

uygun olması

Patentli

teknoloji

1090

Tablo 16.3 Elektriksel potansiyel sürücü kuvvetli konsantre arıtım tekniklerinin karşılaştırılması (Subramani

ve Jacangelo, 2014)

Teknoloji Besleme

suyu türü

Arıtılacak

parametreler Enerji sarfiyatı

Mevcut

uygulama

boyutu

Üstünlük Mahsur

Elektrodiyaliz TO tuzlu su

konsantresi

Sertlik

iyonları, TKM

3,9 kWh/m3

7000 mg/lt TKM

için

Tam

ölçekli

Yüksek

silika için

efektif

Enerji maliyeti

TKM ile beraber

artıyor

Ters

Elektrodiyaliz

TO tuzlu su

konsantresi

Sertlik

iyonları, TKM 7-8 kWh/m3

Tam

ölçekli

Yüksek

silika için

efektif

Enerji maliyeti

TKM ile beraber

artıyor

Elektrodiyaliz

metatezi

TO tuzlu su

konsantresi

Sertlik

iyonları, TKM

11,9 kWh/m3

10000 mg/lt

TKM için

Pilot

ölçekli

Yüksek

kalsiyum

sülfat için

efektif

Limitli

uygulama/

TKM 15000

mg/lt üzerinde

termal prosesler

daha ekonomik

1091

Tablo 16.4 Membran distilasyonu ve ileri osmozun konsantre arıtımda karşılaştırılması (Subramani ve

Jacangelo, 2014)

Teknoloji

Besleme

suyu

türü

Arıtılacak

parametreler

Enerji

sarfiyatı

Mevcut

uygulama

boyutu

Üstünlük Mahsur

İleri osmoz

TO

konsantr

esi

TKM 0,26-0,80

kWh/m3 Pilot ölçekli

Atık ısı ile

TO’dan daha

ekonomik

Limitli tam

ölçek

uygulama

Membran

distilasyonu

Termal

proses

konsantr

esi

TKM

13,2 kWh/m3,

atık ısı ile 10,3

kWh/m3

Pilot ölçekli

Besleme

basıncı

gerektirmiyor.

Yüksek TKM’ye

uygun.

Limitli tam

ölçek

uygulama

1092

Yasal çerçeveler, konsantre akımların çevreye deşarjları durumunda

bünyelerindeki kirleticilerin, özellikle tuzluluğun, alıcı ortamın

karakterine uygunluğunu sağlamakla yükümlülüğü getirmektedir. Bir

yönetmelik aşağıdaki hususları içermelidir (Mickley, 2017a):

Özel bileşenler ve belli parametreler için sayısal limitler

Bütünleşik çıkış toksisitesi (Whole effluent toxicity, WET) testi

Biyolojik çeşitlilik parametreleri

Konsantrelerin yönetimi ile ilgili yönetmeliklerde geçen limit değerler,

genellikle deşarj noktasında değil, karışım bölgelerinin sıınırlarındaki

konsantrasyonlar için geçerlidir (Şekil 16.20). Karışım bölgesindeki

dispersiyon (karışım) etkisi, modellenmeli ve bir seyrelme katsayısı

belirlenmelidir. Bu katsayı sayesinde, deşarj hattı sonunda deşarj

edilecek maksimum konsantrasyonlar aşağıdaki şekilde belirlenebilir

(Mickley ve Voutchkov, 2015).

Ce=Co+Dm*(Co-Cs) (16.1)

Burada,

Ce : Müsaade edilen en yüksek konsantrasyonunu (deşarj hattı

sonunda)

Co : Su kalitesi standardını

Dm : Seyrelme katsayısını

Cs : Ortam konsantrasyonunu

ifade etmektedir.

1093

Şekil 16.20 Karışım bölgeleri (Mickley, 2017a)

Yasal çerçeveler ile çevrenin etkilenmesinin önlenmesi çalışmaları, bu

bağlamda dört ana maddede incelenebilir (Mickley ve Voutchkov, 2015).

Özellikle tuzluluk açısından alıcı ortamın toleransının ortaya

konulması ile alıcı ortam kalitesinin yaşayan canlılar açısından

istenilen düzeyde tutulması

Su kaynağı olarak kullanılan alıcı ortamın bünyesindeki

bileşenlerin konsantrasyonlarının zararlı seviyelere ulaşmasının

engellenmesi

Alıcı ortamda deşarj sebebiyle renk değişimi ve düşük oksijen

problemlerinin gözlenmemesi için deşarj yapılan difüzörler ile

ortamda türbülans oluşmasının engellenmesi

Şekil 16.21’de, bir yasal düzenleme yapılırken izlenilmesi gereken

adımlar sınıflandırılmış ve sıralanmıştır.

Tuzluluk toleransı ve WET testleri, alıcı ortamın araştırılması için ilk

yapılması gereken ve belki de en önemli adımlardır. Fakat, oldukça fazla

zorlukları vardır. Tüm deniz canlılarının tuzluluğa karşı tepkileri ve

toleranslarının farklı olmasının yanısıra, aynı türün yaşam dönemleri

1094

Şekil 16.21 Konsantre yönetimi için oluşturulacak bir yasal çerçeve için izlenilecek adımlar (Mickley, 2017a)

1095

süresince de toleransları değişebilmektedir. Bu bağlamda, WET testler

için hali hazırda yayınlanmış olan protokoller kullanılmalı ve testlerde

kullanılacak türlere dikkat edilmelidir (Mickley, 2017a).

16.4.2. Avrupa Birliği Tarafından Hazırlanan Yasal Çerçeveler

Avrupa Birliği’ndeki çoğu ülkeler, bireysel olarak desalinasyon ve

konsantre yönetimine dair spesifik yönetmeliklere sahip değildirler.

Ülkeler, Avrupa Birliği’nin hazırladığı ilgili direktifleri, kısmi ve dolaylı

ya da doğrudan şekilde kendi su yönetimlerine dair yasal çerçevelerine

adapte ettiklerinde desalinasyon tesislerinin işletilmesi ve konsantre

yönetimi hususlarına da standartlar getirmiş olmaktadırlar. Avrupa

Birliği’nin su ile ilgili yasal çerçevesi oldukça geniş ve karmaşık

olduğundan ilgili kısımlara odaklanarak ayrı ayrı inceleme yapmak

gerekmektedir. Bu bağlamda öncelikle Su Çerçeve Direktifi (EC

2000/60) alt başlıkları ele alınabilir. Yüzeysel Sular Direktifi

(75/440/EEC), içme suyu amaçlı kullanılacak yüzeysel su kaynaklarının

kalite standartlarını belirtmektedir. Dolaylı yoldan konsantre deşarjı ile

ilgili bir direktiftir. Yeraltı Suyu Direktifi (80/68/EEC), konsantrelerin

tamamen ya da kısmi şekilde yeraltı suyuna deşarjını engellemektedir.

Ancak, dolaylı yoldan (zemin filtrasyonuna tabi tutulmuş şekilde)

deşarjına izin verebilmektedir.

Entegre Kirlilik Önleme ve Kontrol Direktifi (96/61/EC), özellikle

endüstriyel kaynaklı aktivitelerle ilgilenmektedir. Kentsel Atıksu

Direktifi (91/271/EEC) ise hassas alıcı alanları tanımlar ve özellikle

getirdiği limitler sebebi ile hem konsantre oluşum miktarlarını arttırıcı

bir etkisi olmuştur hem de konsantre deşarjları daha da kısıtlanmıştır.

Ayrıca, Su Çerçeve Direktifi konsantrelerin ve desalinasyondan kaynaklı

tuz veya diğer kirleticilerin deşarjı ile ilgili bir liste içermese de, 2006

yılında yürürlüğe koyulan Havza Yönetim Planı ile saha ya da yeraltı

uygulamaları sebebiyle oluşabilecek çevresel etkileri kısıtlamak adına

limitler getirilmiştir (Gibbons ve diğ., 2007).

1096

Özet olarak, Su Çerçeve Direktifi direkt olarak konsantre deşarjları ile

ilgilenmese de konsantre yönetimi ile ilgili endişeleri mevcuttur ve pek

çok Avrupa Birliği ülkesinin uyguladıkları standartları ve alıcı ortam

standartları ile kirleticilere kısıtlama getirmiş bulunmaktadır. İlgili

parametreler konsantre kaynağına göre, sıcaklık, tuzluluk, pH,

çözünmüş oksijen, çözünmüş organik madde ve diğer kimyasal

kirleticiler (bakır, nikel, serbest klor ve klorlama yan ürünleri gibi)

olarak sıralanabilir (Bleninger and Jirka, 2010).

Konsantrelerin kıyı sularına ya da nehirlere deşarjlarının Su Çerçeve

Direktifi kapsamında bahsi geçmemektedir (Tinos ve diğ., 2017). Avrupa

Birliği’nde yer alan çerçeve direktiflere ek olarak son yıllarda konsantre

yönetimi açısından kendi yasal çerçevesini hazırlayan kısıtlı sayıdaki

ülkelerden biri İspanya’dır. İspanya Çevre Bakanlığı (MERM), bir

yönetmelik yayınlamıştır. Bu yönetmelik hem deşarj noktası hem de

karışım bölgesi sınırları için geçerli limit değerlerden bahsetmektedir.

Yönetmelik, planlama, inşaat ve işletme aşamalarını içerecek şekilde

hazırlanmıştır. Planlama aşaması şu adımları içermektedir (Mickley ve

Voutchkov, 2015):

Deşarj alanının biyolojik olarak durumunun araştırılması

Su kalitesinin ortaya konulması

Deşarj yapısından salınan konsantre akımının alıcı ortam

içerisindeki dağılımının numerik olarak modellenmesi

İspanya kıyılarında bulunan ve tuzluluğa karşı hassasiyeti olan

iki deniz çayırının (Poseidon ocenia ve Cymodsea nodosa)

varlığına dikkat edilmesi

İnşaat fazında ise özellikle deniz ortamına siltlerin verilmesinin kontrol

altında tutulmasına özen gösterilmesine değinilmiştir. İşletme fazında

ise geçerli limitlerinin (Tablo 16.5) sağlanıp sağlanmadığı kontrol

edilmelidir.

1097

Tablo 16.5 İspanya’daki konsantre yönetimi ile ilgili yönetmelikte yer

alan limitler (Mickley ve Voutchkov, 2015)

Parametre Birim Maksimum

konsantrasyon

TAKM mg/lt 35

pH - 6-9

Toplam azot mg/lt 15

Toplam fosfor mg/lt 2

BOİ5 mg/lt 25

16.4.3. Dünya Bankası Talimatları

Deniz suyunun desalinasyonunu gerçekleştiren tesislerin çevre

üzerindeki olumsuz etkisinin sınırlandırılması ve kontrol altına

alınabilmesinin yolu ulusal yönetmeliklerin yayınlanması veya

uluslararası anlaşmaların yapılmasından geçmektedir. Bu yönetmelikler,

konsantre deşarjının yönetimini, limitlerini veya alıcı ortamın çevresel

standartlarını ve işletme izin şartlarını içermelidir. Ana problem,

desalinasyon tesislerine özel bir yönetmeliğin bulunmamasıdır. Dünya

çapındaki mevcut konsantre deşajı/yönetimi üzerine hazırlanan

yönetmelikler dağınık bir yapıda ve belirsizliklerle doludur. Ortak

standartlar bulunmamakta ve ülkelerin kendi içlerinde uyguladıkları

değişik yaklaşımlar mevcuttur. Dünya Bankası Tüzüğü, referans olarak

kullanılabilecek ortak bir uluslararası referans olarak gösterilebilir. İşbu

tüzük, ulusal bazda farklılık gösteren hususlarda daha sıkı limitler

getirecektir (Tinos ve diğ., 2017). Tablo 16.6’da karışım bölgesi için

geçerli konsantre standartları sunulmaktadır (Bleninger ve Jirka, 2010).

Dünya Bankası, konsantrenin izin verilen karışım bölgesi sınırında alıcı

ortamdaki su sıcaklığının 3oC’den fazla artmasına sebep vermeyecek

şekilde deşarjının yapılmasının daha sağlıklı olacağını belirtmektedir.

Umman Sultanlığı’ndaki yönetmeliklere göre deşarj edilen konsantrenin

sıcaklığının alıcı ortamın sıcaklığından 10oC’den daha fazla olmamalı ve

alıcı ortamın sıcaklığının deşarj noktası merkezli 300 m çapındaki

1098

dairesel alanda 1oC’den fazla bir sıcaklık artışına sebebiyet

vermemelidir (Sultanate of Oman, 2005). Umman Sultanlığı’nda geçerli

konsantre akımların denize deşarjı için geçerli maksimum limit değerler

ise Tablo 16.7’de verilmektedir (Tinos ve diğ., 2017).

Tablo 16.6 Deşarj ve alıcı ortam standartları (Dünya Bankası

talimatlarını içermektedir, Sultanate of Oman, (2005))

Kirletici Çıkış suyu

standardı (ÇSS)

Alıcı ortam

standardı

(AOS)

ÇSS/AOS

Bakır 500 μg/lt 4,8 μg/lt 104

Klor 200 μg/lt 7,5 μg/lt 27

Sıcaklık

farkı 10oC 3oC 3

Tuzluluk -* - 10

*Bu konuda henüz bir limit bulunmasa da, TO kullanımının alıcı ortamın

yüzeyinde 35 ppt tuzluluğa sebep olduğu belirtilmektedir.

16.4.4. Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Tarafından Hazırlanan

Yasal Çerçeveler

Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı (USEPA),

konsantrelerin yönetimi ile ilgili kapsamlı ve spesifik bir yönetmelik

uzun süre yayınlamamış olsa da yerel yönetimlerin eyaletler bazında

yayınladığı pek çok membran konsantrelerinin uzaklaştırılmasına dair

yönetmelikler mevcuttur (Mickley, 2017a). Örneğin, Kaliforniya

eyaletinde desalinasyon için altı farklı yönetmelik bulunmaktadır. Bu

yönetmeliklerden sadece biri kesin yükümlülükler içermektedir.

1099

Tablo 16.7 Umman’da geçerli deniz deşarj kriterleri (Sultanate of

Oman, 2005)

Parameter Maksimum değer (mg/lt)

Toplam klor 0,40

Bakır 0,20

Demir 1,50

Çinko 1,00

Krom 0,05

Molibden 0,05

Nikel 0,10

Alüminyum 5,00

Kadmiyum 0,01

Kurşun 0,08

Yağ 15,0

Toplam askıda katı madde 30,0

Amerikan Membran Teknolojileri Birliği (AMTA), 2006 yılında

yayımladığı bir raporda membran konsantrelerinin ve diğer atıklarının

yönetiminde yaşanan problemlere bölgesel çözümlerin daha faydalı

olacağını belirtmiştir. Fakat, buna ek olarak EPA’yı da, son yirmi yıldır

kurulup işletilmekte olan desalinasyon tesislerinden elde edilen teknik

ve bilimsel tecrübelerin ve verilerin toparlanarak bir yönetmelik

oluşturmaya çağırmıştır. Bu sayede, bu teknoloji ile içme suyu eldesinin

birim maliyetinin de düşeceğini savunmuşlardır (AMTA, 2006). 2010

yılında USEPA desalinasyon sonucu oluşan konsantrelerin deşarjına dair

yeni kuralları yayınlamıştır (Tinos ve diğ., 2017). ABD’de konsantrenin

derin kuyulara enjeksiyonu için kuyuların inşaa edilmesi ve işletilmesi,

yönetmelikler çerçevesinde özel izin gerekmektedir. USEPA, yeraltı

suyuna enjeksiyon aktiviteleri için bir yönetmelik yayınlamıştır. Bu

bağlamda deniz kıyısında olmayan desalinasyon tesislerinin de tabi

olduğu yeraltı suyuna enjeksiyon kontrolü (UIC) programı ortaya

çıkmıştır. Bu programın amacı, içme suyu temini için de kullanılan

yeraltı suyunun kalitesini korumaktır. Yeraltı suyunun içme suyu

kaynağı adayı olabilmesi için 10000 mg/lt’den düşük TKM

konsantrasyonuna sahip olması gerekmektedir. Şekil 16.22’de yeraltı

1100

sularına konsantre deşarjının yapılabilmesi için geçerli

sınıflar/senaryolar gösterilmektedir. Sınıf-I enjeksiyon kuyularında

kuyu en alt kademeye kadar ilerlemekte ve içme suyu eldesinin olmadığı

seviyelere ulaşmaktadır. Sınıf-V_Tip A enjeksiyon kuyuları ise içme suyu

standartlarına uymalıdır ya da yeraltı suyu karakterindeki

konsantrasyonlardan daha düşük konsantrasyonlarda kirletici içeren

konsantrenin enjeksiyonu için kullanılmalıdır. Sınıf-V_Tip B enjeksiyon

kuyuları ise alt kısmında içme suyuna ulaşılabilen ama daha yer yüzüne

yakın noktalarda içme suyu amaçlı kullanılmayan akiferlerin olduğu

durumlarda kullanılır. Sınıf-V_Tip C enjeksiyon kuyuları ise yakınlarda

içme suyu kaynağı olarak kullanılan hiçbir akiferin olmaması

durumunda kullanılan en rahat seçenek oluşturucu kuyu çeşididir. Bir

diğer sınıf ise, Sınıf-II olup üretim atıksuyunun uzaklaştırılması için

açılmış olan kuyulara enjeksiyon yapılmasıdır (Maliva, 2007).

Şekil 16.22 Konsantre enjeksiyon kuyuları tipleri (Maliva, 2007)

Bu duruma örnek, Teksas Eyaleti’nde görülebilir. Eğer bölgede petrol ve

doğal gaz üretim tesisleri var ise konsantrenin burada açılmış kuyulara

enjeksiyonu akla gelen ilk çözümdür (Mace ve diğ. 2005; Nicot ve

Chowdury, 2005). Bu durum, hem yasalara uygun halde yapılabilir hem

de bu sayede maliyetler azaltılabilir. Bir diğer seçenek olarak, ortamda

bulunan ve mevcut durumda artık işlevi olmayan Sınıf-II enjeksiyon

1101

kuyuları için, Sınıf-I enjeksiyon kuyusu olarak izin alınabilir ise, bu

kuyularda kullanılabilir (Maliva, 2007).

ABD bünyesinde en detaylı ve geçerli konsantre yönetmelikleri

Kaliforniya, Florida ve Teksas Eyaletleri bünyesinde hazırlanmıştır. Bu

üç yönetmelik karşılaştırılmak ve ana farkları ortaya konulmak

istenirse, Teksas’ta geçerli olan yönetmelikte karışım bölgesinin sınırları

otomatik olarak belirlenirken, Kaliforniya ve Florida’da geçerli

yönetmeliklerde ise tesis özelinde karışım bölgelerinin büyüklüğü

belirlenmektedir. Florida’da WET testlerine otomatik olarak karar

verilir iken Teksas’da bu testler tesise özel listelenmektedir. Her

birindeki su kalite standartları ve toplam günlük maksimum yükleme

(TDML) değerleri birbirinden farklıdır. Kaliforniya’da kurulacak tesise

onay verecek yetkili kurum sayısı oldukça fazlayken diğer eyaletlerde

kurumlar azdır. Tuzluluk için geçerli limit değerler, tesise özel

verilmektedir. Bu durum her üç eyalet için de geçerlidir. Fakat

Kaliforniya’da ek olarak alıcı ortamın tuzluluğundan en fazla 2000 mg/lt

daha yüksek bir tuzluluk kabul edilmektedir. Kaliforniya’daki mevcut

yönetmelik yıllar boyu işletilen tesislerin okyanusa deşarj yapmasının

sonucunda elde edilen veriler gözetilerek daha da sıkı limitler içerecek

şekilde yenilenmiştir (Mickley ve Voutchkov, 2015). ABD’de yer alan üç

değişik desalinasyon tesisi için, izin aşamasında tesislere özel olarak

belirlenmiş limit değerler Tablo 16.8’de verilmiştir. Tabloda bahsi geçen

Carlsbad Tesisi’nin görünümü ise Şekil 16.23’te verilmektedir.

1102

Şekil 16.23 Carlsbad Desalinasyon Tesisi’nin yakın kıyı deşarjı

(WaterReuse, 2015)

16.4.5. İsrail Tarafından Hazırlanan Yasal Çerçeveler

İsrail, kıyı şeridinde yer alan desalinasyon tesislerinin hem inşaası hem

de işletilmesi konusunda bir yönetmelik hazırlamıştır (Safrai ve Zask,

2007; State of Israel-Ministry of the Environment, 2002). Desalinasyon

tesislerinin planlanması ve işletilmesi sırasında uyulacak kurallar dört

ana ulusal yönetmeliğin kombinasyonu sayesinde

gerçekleştirilmektedir. Planlama aşamasında, Planlama ve İnşaat

Mevzuatı (1965 yılında yayınlanmıştır) ve Kıyıların Korunmasına Dair

Yönetmelik (5764-2004) kullanılmaktadır. Bu bağlamda, desalinasyon

tesislerin planlama ve inşaat aşamasında konsantrenin nasıl

uzaklaştırılacağı hususuna ve yönetim modeline karar verilmektedir.

Korunması gereken kıyı bölgesi, karadan itibaren 300 m uzaklıktaki

kısımdır.

1103

Tablo 16.8 ABD’de kurulu üç desalinasyon tesisinin deşarjları için izin alabilmek adına sağlaması gereken

kriterler (Mickley ve Voutchkov, 2015)

Tesis Kapasite

(m3/gün)

Kaynakta

TÇM (ppt)

Konsantre

TÇM (ppt)

Akut

toksisite

(TUa)

Kronik

toksisite

(TUc)

Seyrelme

oranı

Carlsbad 227304 33,5 67 0,765 16,5 15,1:1

Huntington

Beach

227304 33,5 67 - 8,5 7,5:1

Tampa 113652 26 43 - - 28:1

1104

İşletme safhası için, Akdeniz ülkelerinin ihtiyaç duydukları temiz ve

kullanılabilir su miktarını karşılamak için kurulan desalinasyon

tesislerinin konsantrelerinin bertarafı konusunda başka mevzuatlar da

bulunmaktadır. 2005 yılında yeniden düzenlenen Deniz Kirliliği Kontrol

Yönetmeliği (LBS) ve 1995 yılında yenilenen Akdeniz’in Anakara

Kaynaklı Kirlilikten Korunması’na Yönelik Protokol, bu mevzuatlara

örnek olarak verilebilmektedir (Tinos ve diğ., 2017).

LBS yönetmeliği, konsantrenin en uygun teknolojilerle muamelesinin

ardından deşarjına verilebilecek izinlerden bahsetmektedir. Konsantre

hakkında seyrelme ve yayılma etkileri, çökelme ile taşınma ve gereken

ön arıtma işlemleri üzerine gerekli çalışmalar yapıldıktan sonra en

uygun teknoloji seçilmektedir. Bakanlıklararası ilgili kurum, ilgili

desalinasyon tesisine gerekli çalışmalardan sonra geçici bir süre ve

öngörülen koşullar için ruhsat vermektedir. Bu kurumda, yedi farklı

bakanlık ve kamusal çevre organizasyonlarını temsil eden bir kuruluş

yer almaktadır (Safrai, 2007; State of Israel-Ministry of the

Environment, 2002).

İsrail Çevre Bakanlığı, 2002 yılında Akdeniz ve Kıyılarını Desalinasyon

Faaliyetlerinden Koruma Politikası’nı yayınlamıştır. Bu yasal çerçevede;

deşarjın kompozisyonu, deniz deşarjı ve denizin izlenme programı ele

alınmıştır. Deşarjın kompozisyonu başlığı, ham su kaynağının

karakterine, ön arıtma metoduna (ön arıtma konsantrelerinin de denize

deşarj edilip edilmediğinin kontrolü), kimyasal ilavesine (antiskalant

yüklemeleri ve fosfat yüklerinin kontrolü), işletme yöntemine (kesikli ya

sürekli işletim modelinin gün içerisinde alıcı ortamda yüksek TKM

konsantrasyonlarının pik yapıp yapmadığının kontrolü) ve deşarjın

debisine odaklanmaktadır. Bu politikanın ardından İsrail Çevre

Bakanlığı, deniz deşarjı için 2006 yılında daha güncel bir kriter listesi

yayınlamıştır (Ministry of Environmental Protection). Bu kriterlere göre:

Güç santrallerinin soğutma suları hariç deniz kıyısına her türlü

deşarj yasaklanmıştır.

1105

Konsantrenin deniz suyundan daha ağır olacağı da göz önüne

alınarak, daha verimli bir dağılım ve seyrelme için deniz

tabanının 2 m üzerinden difüzörlerle yapılmalıdır.

Deşarj hattının izlenmesi için gerekli altyapı oluşturulmalı ve

deşarjın deniz ekosistemine etkisinin belirlenebilmesi adına

yıllık izleme programı oluşturulmalıdır.

Deniz deşarjı sahile minimum 300 m uzaklıkta

gerçekleştirilmelidir.

Gerekli hallerde derin deşarj yapılarak kıyıların çevresel

kalitesini bozmaktan kaçınılmalıdır.

Oşinografik karakterizasyonun (sudaki değişim, batimetri/deniz

tabanı coğrafyası, akımlar vb.) yapılması gerekmektedir.

Deşarjlardaki kirleticilerin geçerli çevre standartlarında bahsi

geçen limit değerlerin altında olmasına dikkat edilmelidir.

Deniz deşarjı için inşaa edilecek boru hattı, kum

hareketleri/kaymaları, balıkçılık faaliyetleri ve yüzmeye gelen

halkın güvenliği gözönüne alındığında karar verilen uzaklığa

ulaşılabilecek uzunluğa sahip olmalıdır (Safrai ve Zask, 2007).

Yukarıdaki maddelerden de anlaşılacağı üzere, desalinasyon tesislerinin

kullandığı tekniklere göre özel deşarj standartları ya da çok detaylı

kurallar bulunmamaktadır. Bu bağlamda, işletmeci, tesisini işletirken

sürekli durumun takibinde olmalı ve eylem planı yapması gereken

anların farkında olmalıdır. Deşarj kompozisyonları ve

konsantrasyonları, tesis ve deşarj noktasına bağlı olarak belirlenebilir

(Tinos ve diğ., 2017). Örneğin, Tablo 16.9’da İsrail’de yer alan Askelon

denizsuyu desalinasyon tesisine ait olan standartları göstermektedir.

1106

Tablo 16.9 Askelon denizsuyu desalinasyon tesisine ait olan

standartlar (Safrai ve Zask, 2007)

Parametre Birim Maksimum konsantrasyon

Askıda katı madde mg/lt 20

Bulanıklık NTU 10

BOİ mg/lt <1,0

pH 6,5<pH<9,0

Demir mg/lt 2,0

Sıcaklık oC 4

Azot türleri mg/lt Alıcı ortam konsantrasyonunun 1,7

katını geçmeyecek şekilde

Fosfor türleri mg/lt Alıcı ortam konsantrasyonunun 1,7


Ağır metaller (Ag,

Cd, Cu, Cr, Hg, Ni,

Pb, Zn)

mg/lt Alıcı ortam konsantrasyonunun 1,7


16.4.6. Avusturalya’daki Yasal Düzenlemeler

Avusturalya ve Yeni Zelanda Çevre Koruma Kurulu (ANZECC), bu

konuda bir yönetmelik yayınlamıştır. Fakat uygulama eyalet bazında

yerel kurumların yetkisindedir. Konsantre akımlarının deşarjının

yönetilmesi ile ilgili hazırlanan bu yönetmelikte aşağıdaki hususlara

değinilmektedir (Mickley ve Voutchkov, 2015):

Karışım bölgesinin belirlenmesi

Su kalite standartlarının karışma bölgesi sınırlarında sağlanması

Tüm kirleticilerin bireysel toksisitelerinin belirlenmesi yerine

toplu etkinin ortaya konulacağı bir toksisite testinin yapılması

Kirleticilerin limitleri için alıcı ortamın girdiği sınıfa bağlı olarak

karar verilmesi

Avustralya için geçerli deşarj limitleri Tablo 16.10’da verilmiştir

1107

Tablo 16.10 Avustralya’da geçerli olan konsantrelerin deşarjı için uygulanacak limit değerler (Mickley ve

Voutchkov, 2015)

Parametre Birim Güneydoğu

Avusturalya

Tropikal

Avusturalya

Güneybatı

Avusturalya

Güney-Merkez

Avusturalya

Klorofil-a

Kıyıda/açıkta μg/lt 1 0,7-1,4/0,5-0,9

0,7/20

0,3/20 1

Toplam fosfor

Kıyıda/açıkta μg/lt 25 15/10 20 100

Çözünmüş reaktif

fosfat μg/lt 10 5 5 10

Toplam azot

Kıyıda/açıkta μg/lt 120 100 230 1000

Nitrat

Kıyıda/açıkta μg/lt 5 2-8/1-4 5 50

Amonyak

Kıyıda/açıkta μg/lt 15 1-10/1-6 5 50

Çözünmüş oksijen

Min/maks. Limitler % 90/110 90 90 90

pH

Min/maks. Limitler - 8/8,4 8/8,4 8/8,4 6,5/9

Bulanıklık NTU 10 20 2 10

1108

Alıcı ortamlarının sınıfları ise şu şekilde belirtilmiştir;

Ekolojik yüksek koruma bölgesi (HEPA)

Ekolojik orta koruma bölgesi (MEPA)

Ekolojik düşük koruma bölgesi (LEPA)

Avustralya’daki deşarjların izlenmesi amacıyla belirlenen izleme

parametleri ise şu şekildedir (Mickley ve Voutchkov, 2015);

Toplam çıkış toksisitesi

Deniz canlılarındaki kimyasal ve biyokimyasal değişiklikler

Sedimentteki toksisite

Pratik şekilde sayısal olarak balık çeşitliliğinin belirlenmesi

Denizçayırı ile kayalı bölge derinliğininin dağılımı

Alg patlamalarının sıklığı

Işık geçirgenliği

Sedimentteki nütrient değerleri

16.4.7. Genel Değerlendirme

Sonuç olarak, küresel ölçekte bakıldığında konsantre yönetimine

yönelik özel olarak yönetmelik hazırlayan ülkelerin sayısının az olduğu

söylenebilir. Bu az sayıdaki ülkelerin genellikle desalinasyona mecbur

kalan ve zorlukları ile karşı karşıya olan Ortadoğu ülkeleri olması bir

rastlantı değildir. Tüm hususları tek bir bünyede toparlayan ve kati,

belirli çerçevelere sahip yasal düzenlemelerin eksikliği mevcut

desalinasyon tesislerinin yol açtığı etkilerin değerlendirilmesinde büyük

bir uyumsuzluğa sebep vermektedir.

Yönetmeliklerdeki belirsizlikler, yatırımcılar açısından da

güvensizliklere sebep olmaktadır. Ayrıca, yerel otoriteler ileride

kurulacak olan tesislere izin vermek konusunda da tereddüt

yaşamaktadırlar. Yukarıda da değinildiği üzere, Avrupa Birliği

bünyesinde de desalinasyon tesislerinin tabi olacağı spesifik bir

1109

yönetmeliğinin bulunmaması tesis operatörlerinin daha sıkı limitlere

sahip su direktifine uymasını zorunlu kılmaktadır. Dünya çapında

desalinasyon tesisleri için yayınlanan yönetmeliklerin ortak iki ana

parametresi, tuzluluk ve deşarj mesafesidir. Dünya çapındaki

yönetmeliklerin karşılaştırılabilmesi adına bir örnekleme özet tablosu

aşağıda verilmektedir (Tablo 16.11).

Tablo 16.11 Seçilen bazı desalinasyon tesislerinin tabi olduğu tuzluluk

standartları (Jenkins, 2012)

Bölge/Otorite Tuzluluk limiti Uzaklığı

USEPA Artış ≤ 4 ppt

Carlsbad, Kaliforniya Mutlak ≤ 40 ppt 300 m

Huntington Sahili,

Kaliforniya Mutlak ≤ 40 ppt 300 m

Batı Avusturalya

Talimatları Artış < %5 -

Oakajee Limanı,

Batı Avusturalya Artış ≤ 1 ppt -

Perth, Avusturalya

Artış ≤ 1,2 ppt (50

m)

Artış ≤ 0,8 ppt (1000

m)

50 m ve 1000 m

Sidney, Avusturalya Artış ≤ 1 ppt 50-75 m

Gold Coast, Avusturalya Artış ≤ 2 ppt 120 m

Okinawa, Japonya Artış ≤ 1 ppt Karışım bölgesi

sınırı

16.5. Konsantre Deşarj Maliyetleri ve Maliyetlerin Yönetimi

Daha ucuz membranlar, daha uzun membran ömürleri ve enerji geri

kazanımlarının arttırılabilmesi gibi faktörler sayesinde membran

maliyetleri azalırken, konsantre yönetimi maliyetleri zaman içerisinde

artmıştır. Böylelikle, konsantre yönetimi kaleminin maliyetleri, toplam

tesis maliyeti içerisinde önemli bir orana sahip olmaya başlamıştır.

1110

Bunun asıl sebebi, geçmişte konsantre yönetiminin olmaması daha

doğrusu hesaba katılmaması ve gün geçtikçe artan yasal yönetmelikler

ve sıkılaşan kurallar sebebi ile hem mevcudiyetinin kesinleşmesi hem de

ileri düzeyde arıtma ihtiyacının doğması maliyet artışını ortaya

koymuştur.

Konsantrenin yönetimi için seçilen metodun maliyete etkisi, ana arıtma

prosesisinin alternatifler arasından seçilmesinden daha farklıdır. Çoğu

konsantre yönetim seçeneğinde (Mickley, 2017b):

Taşıma maliyetleri tesis bazında değişkenlik göstermektedir.

Tasarımda daha az standart kural bulunmaktadır.

Sıklıkla çoklu işlem ve taşıma adımı gerekmektedir.

Konsantre yönetimini gerçekleştiren tesislerin bu amaçla ortaya çıkan

birim maliyetlerini karşılaştırabilmesi için tüm koşulların eşit olması

gerekmektedir. Ancak, bu şart çoğu zaman sağlanamaz. Bunun için tüm

seçeneklerin uygulanabilir ve/veya yetkili merciler tarafından izin

verilebilir olması gerekmektedir.

16.5.1. Yüzeysel Sulara Deşarj ve Maliyetleri

Desalinasyon tesislerinin konsantrelerinin akarsu, göl, lagün, kanal ve

okyanus benzeri alıcı ortamlara deşarjı en yaygın görülen yönetim

çeşididir. Bu metot, genel olarak en düşük maliyete sahiptir ve çoğu

tesiste hali hazırda su kaynağı kenarında kurulu olduğundan bu yöntem

tercih edilmektedir. Maliyetin düşüklüğü, hattının uzunluğu ve

konsantrenin karakterinin alıcı ortam için uygunluk derecesine bağlıdır

(Mickley, 2017b). Maliyet birimleri şu şekilde sıralanabilir:

Desalinasyon membran tesisinden alıcı ortam deşarjının boru

sonuna kadar uzanan iletim maliyetleri

Deşarj için çıkış yapısının inşaat ve işletme maliyetleri

1111

Konsantre deşarjının çevresel etkisinin takibi için izleme

maliyetleri

İletim maliyetleri tipik olarak, mesafeye ve konsantre akımının debisine

bağlıdır. Çıkış yapısının maliyetleri ise tesise göre değişmektedir.

Konsantrenin hacmine ve tuzluluğuna göre tasarlanan difüzör

sisteminin tertip tarzı ve seçilecek malzemeler, alıcı ortamdaki

hidrodinamik koşullara göre değişkenlik göstermektedir. Çıkış yapısının

işletme maliyetleri genellikle konsantrenin havalandırılarak deşarj

edilmesi gerekli ise artmaktadır. Alıcı ortam, hassas ortam olarak

sınıflandırılmakta ise izleme ve takip maliyetleri de artacaktır (Mickley,

2017b).

16.5.2. Kanalizasyona Deşarj ve Maliyetleri

Genellikle, düşük hacme sahip konsantre akımına sahip tesisler,

kanalizasyona deşarjı tercih etmektedir. Maliyeti diğer alternatiflere

göre düşüktür. Kanalizasyonun taşıyabileceği ek hacim belirlenmeli ve

uygun ise tercih edilmelidir. Özellikle kentsel atıksu, biyolojik bir proses

içeren bir atıksu arıtma tesisinde arıtılmakta ise konsantre deşarjından

dolayı tuzluluk değerlerinin artmasının ilgili prosesler üzerinde

olumsuz bir etkisinin olmadığı incelenmelidir. Bazı durumlarda atıksu

arıtma tesisi, bu deşarj için ek bir ücret talep edebilir. Konsantrenin

kanalizasyona ulaştırılabilmesi için iletim hattı ve terfi gerekebilir.

Kanalizasyona bağlanma maliyetleri, bölgeye ve atıksu arıtma tesisinin

gönüllü olma seviyesine göre değişebilmektedir (Mickley, 2017b). Şekil

16.24’te görülebileceği üzere çeşitli kapasitelerdeki tesislerin

konsantreleri için tercih edilmektedir.

1112

Şekil 16.24 Konsantre yönetim seçeneklerinin göreceli ilk yatırım

maliyetleri (Mickley, 2017b)

16.5.3. Arazi Verme Uygulamaları ve Maliyetleri

Arazi verme uygulamaları, membran konsantrelerinin sulama vb. gibi

faydalı kullanımlar için tercih edilmesidir. Eğer konsantrenin karakteri

sulama suyu olarak kullanılmaya uygun değil ise temiz su ile

seyreltilerek kullanılabilir. Ancak bu durum maliyeti arttıracaktır.

Maliyet kalemleri, arazi maliyeti (var ise), depolama ve dağıtım

sistemleri maliyetleri, seyreltme suyu maliyetleri ve sulama sistemleri

kurulum maliyetleri olarak sıralanabilir (Mickley, 2017b). Şekil 16.24’te

görüldüğü üzere sınırlı ekonomik getiri sebebiyle genellikle düşük

kapasiteli sistemlerde kullanılmaktadır.

1113

16.5.4. Kuyuya Deşarj ve Maliyetleri

Kuyuya deşarj için gereken ilk yatırım maliyetleri, yüzeysel sulara,

kanalizasyona ve araziye uygulama maliyetlerine göre daha yüksektir.

Bu sebeple, yüksek hacimlere sahip konsantre akımları için

uygulanmalıdır. Böylelikle daha fizibil bir seçenek olacaktır (Mickley,

2017b). Maliyeti etkileyen ana unsurlar, kuyuların derinliği ve çapıdır.

Diğer unsurlar ise şu şekilde sıralanabilir:

Ön arıtmanın gerekliliği

Pompaj hacmi ve basıncı

Çevresel izleme sisteminin boyutu ve tertip tarzı

Arazinin hazırlanması

16.5.5. Buharlaştırma Havuzları ve Maliyetleri

Eğer hava sıcaklıklarının yüksek ve arazi maliyetlerinin düşük olduğu

coğrafyalarda tercih edilirse uygun maliyetli bir seçenek olabilir.

Buharlaştırma havuzlarının maliyetini arttıran husus, yönetmelikler

sebebiyle daha geçirimsiz ortamlar ve özel izleme sistemleri

istenilmesidir. Ekonomik açıdan sağlıklı uygulamalar için düşük

hacimdeki konsantreler için tercih edilmesi önerilmektedir (Mickley,

2017b). Maliyeti etkileyen ana unsurlar şu şekilde sıralanabilir:

Buharlaştırma sıcaklığı

Konsantre hacmi

Arazi ve arazi ıslah maliyetleri

Kaplama malzemesi

16.5.6. Sıfır Sıvı Deşarjı (SSD) ve Maliyetleri

Bu tarz sistemler, konsantrenin hacmini azaltmayı hedeflemektedir.

Hem ilk yatırım maliyetleri hem de işletme maliyeleri gözönüne

1114

alındığında konsantre yönetiminin maliyeti, desalinasyonun kendi

maliyetinden yüksektir. Sıfır sıvı deşarjı için seçilen metoda göre

maliyetler nispeten azaltılabilmektedir. Termal buharlaştırıcılardan

önce HERO prosesisinin tercih edilmesi maliyetleri düşürmektedir. Tuz

geri kazanımı yapılması da maliyetlerde rahatlama sağlamaktadır. Sıfır

sıvı deşarjının maliyetlerinin azaltılmasının yollarını araştırmak, pek

çok ülkenin ivedilikle ele aldığı bir konudur. Bu tercihin maliyetinin

yüksek olmasının ana nedeni, mekanik ekipmanların fazlalığıdır. Enerji

de oldukça önemli bir maliyet kalemidir (Mickley, 2017b). Su kıtlığının

arttığı dünyamızda suyun maliyeti oldukça önemlidir ve bu sebeple sıfır

sıvı deşarjı yaklaşımlar desteklenmektedir. Konvansiyonel sıfır sıvı

deşarjı metotları, nispeten daha yüksek enerji maliyetlerine sahiptirler.

Ara arıtma adımlarını kullanmak, iki adımlı membran sistemlerine

ağırlık vermek, hacmi azaltacağından enerji maliyetlerini de

azaltmaktadır. Fakat, bir yandan kimyasal maliyeti de artmaktadır. Bu

noktada özellikle ürün geri kazanımı açısından seçici tuz geri

kazanımına yönelik çalışma yapılmalıdır. ABD’de kurulu 10 TO

desalinasyon tesisinin konsantre yönetim metotları ve maliyetleri

değerlendirilmiş ve karşılaştırılmalı sonuçlar elde edilmiştir (DiNatale,

2009).

16.5.7. Konsantre Yönetiminde Su Geri Kazanımlarının Maliyete

Etkisi

Konsantre yönetimini daha kazançlı hale getirebilmenin başlıca yolu

geri kazanımdan geçmektedir. Geri kazanım, su geri kazanımı ya da

ürün geri kazanımı olarak iki başlıkta incelenebilir. Gerçek ölçekli bir TO

desalinasyon tesisinin konsantre yönetiminde konsantrenin hacmini

azaltmak ve su geri kazanımı amacıyla tekrar TO kullanılabilir.

Tablo 16.12’de listelenen özelliklere sahip bir tesis için maliyet

hesaplamaları gerçekleştirilmiş ve oldukça ilgi çekici sonuçlar elde

edilmiştir. Suyun satış fiyatı olarak 0,53 $/lt kabul edilmiştir (Tarquin,

2010). Maliyet hesaplamalarının su geri kazanım oranının bir

1115

fonksiyonu olarak değerlendirilmesi Şekil 16.20’de görülebilir. %80

civarında bir geri kazanım oranında kırılma gerçekleşmektedir. Bu

kırılma noktasından sonra kazanç elde edilmektedir. Çeşitli geri

kazanım oranları için elde edilen kazanç sonuçları Tablo 16.13’te

verilmektedir.

Tablo 16.12 Gerçek ölçekli bir SWRO tesisinin özellikleri ve maliyetleri

(Tarquin, 2010)

Kalem/Parametre Birim Değer

TO konsantre hacmi m3/gün 13638

Faiz oranı % 5

Kaplama/dolgu maliyeti $/m2 6,46

Kaplama/dolgu ömrü yıl 20

Kazı $/m3 3,92

Kazı ömrü yıl 20

Ekipman ömrü yıl 20

Karıştırma kuyusu

derinliği m 91,44

Karıştırma oranı (toplam

hacim/TO süzüntüsü) - 1,5

SWRO membran ömrü yıl 5

TO ilk yatırım maliyeti $/m3/gün 153,98

Enerji maliyeti $/kWh 0,08

Pompa ve motor çalışma

verimi % 75

İnşaat maliyeti $ 320000

TO membranı maliyeti $/m2 21,52

SWRO akısı m3/m2/st 0,255

SWRO işletme basıncı psi 700

H2SO4 $/lt 0,67

Personel maliyeti $/yıl 6@ 35000 $ 210000

Hesaplanmayan giderler $/yıl 200000

1116

Tablo 16.13 Geri kazanım oranlarının bir fonksiyonu olarak üretilen

suyun maliyeti (Tarquin, 2010)

Geri kazanım (%) Üretilen suyun

maliyeti ($/3758 lt) Net kazanç ($/yıl)

10 22,50 -3367933

20 10,81 -2895492

30 6,92 -2422983

40 4,97 -1950393

50 3,80 -1477701

55 3,37 -1241306

60 3,02 -1004872

65 2,72 -768391

70 2,46 -531852

75 2,24 -295240

80 2,04 -58532

85 1,87 178311

90 1,72 415365

Şekil 16.25 Geri kazanım oranları ile değişen maliyet kazanımı

(Tarquin, 2010)

1117

%85’lik bir geri kazanım oranı bu proje için kazaçlı olarak

görülmektedir ve bu sayede yıllık yaklaşık 178000 $ kar elde

edilebilmektedir. %90’ın üzerine çıkıldığında net pozitif kazanç 400000

$’dan da fazla olmaktadır. Kaybedilecek olan 17275 m3/gün’lük su,

pozitif kazanç elde edilen geri kazanım oranında geri kazanılmış

olmaktadır (Tarquin, 2010).

16.5.8. Konsantre Yönetiminde Ürün Geri Kazanımlarının Maliyete

Etkisi

Konsantre yönetiminde maliyetler, ürün geri kazanımı ile de

mümkündür. Mevcut laboratuvar araştırma çalışmalarında ve gerçek

kurulu tesislerdeki çalışmaların raporlarında, desalinasyon sonucu

oluşan konsantre akımlarından ürünlerin geri kazanımının önemli

oranlarda gerçekleştirilebildiği gösterilmiştir. Çalışmalar, geri

kazanımın mali açıdan uygulanabilir olduğunu ve kar sağlanmasına

yardımcı olabildiğini söylemektedir. Gerçek ölçekli çalışmaların sayısı

oldukça azdır. Diğer bir yandan da, geri kazanım çalışmaları sırasında

ortaya çıkan enerji ve kimyasal sarfiyatlarının da sağlıklı

değerlendirildiği çalışmaların sayısı da oldukça azdır. Ürün/malzeme

geri kazanımında önemli olan parametreler, ürünün saflığı, işçilik,

güvenlik, malzemenin taşınımı ve depolanması olarak listenelebilir.

Günümüzde özellikle artan desalinasyon tesisi sayısı ile teknolojik ve

ekonomik olarak fizibil ürün geri kazanımına her geçen gün daha da

ağırlık verilmektedir (Bellona, 2014). Bir bileşenin geri kazanımının

potansiyel olarak ekonomik kazanç sağlayıp sağlamayacağı aşağıdaki

kriter ile kontrol edilmelidir:

Bileşenin satış fiyatı* Konsantrasyon* Debi > Yıllık maliyet

Araştırmacılar, Br, Ca, K, Mg, NaCl, Rb, ve Sr geri kazanımının fizibil

olarak gerçekleşebileceğini göstermektedir. Bu ürünlere ek olarak, Cl2

ve NaOH da örnek verilebilir. Şekil 16.26’da desalinasyon tesislerinde

1118

element geri kazanımının kazanç sağlayabildiği konsantrasyonlar

gösterilmektedir.

Şekil 16.26 Desalinasyon tesislerinde ürün geri kazanımı (Bellona,

2014)

16.5.8.1. Sodyum Klorür Geri Kazanımı

Geri kazanılabilecek ürünlerden birincisi, sodyum klorür ve diğer

sodyum tuzlarıdır. Sodyum klorür, zaten hali hazırda yüzyıllardır deniz

suyundan büyük miktarlarda ekstrakte edilerek kullanılmaktadır.

Genellikle güneş ile kurutma ve çöktürme adımları tercih edilmekteir.

Güneş ile kurutularak elde edilen sodyum klorürde, bromür, iyodür gibi

yan ürünler de bulunabilmektedir. Japonya, yemek tuzunu deniz

1119

suyundan elektrodiyaliz ve buharlaştırma uygulayarak elde etmektedir.

Geri kazanımın ekonomik olarak uygulanabilirliği, üretilen tuzun son

fiyatı ile ilgilidir (Bellona, 2014). Çoklu-etkili distilasyon (Multi-effect

distillation-MED) kullanımı ile (Şekil 16.27) ekonomik değeri yüksek tuz

geri kazanımı son yıllarda uygulanmaya başlanmıştır.

Şekil 16.27 Konsantre akımından sodyum klorür geri kazanımı

(Bellona, 2014)

Bromür, aslında deniz suyundan elde edilebilir. 1920’lerde geliştirilen

bir proses kullanılmaktadır. Kuzey Karolina (ABD) eyaletinde 1933

yılında kurulan oldukça büyük kapasiteli bir deniz suyundan bromür

üretim tesisi yer almaktadır. Yan ürün olarak elde edilen bromür,

karışımdan geri kazanılabilir (Bellona, 2014). Bromür, Mağnezyum ve

sodyum klorür beraber geri kazanılabilir (Şekil 16.28).

1120

Şekil 16.28 Bromür, mağnezyum ve sodyum klorür geri kazanımı

(Davis, 2006)

16.5.8.2. Mağnezyum Geri Kazanımı

Mağnezyum, deniz suyundaki ana katyonlar içerisinde ikinci sırada

gelmektedir (~1,28 g/lt). 50 yıldan uzun bu yana deniz suyundan

mağnezyum eldesi yapılmaktadır. Dünya’da pek çok Mg(OH)2 ve MgO

ekstraksiyon tesisi hali hazırda işlemektedir. Genellikle, soda ile

çöktürme prosesi tercih edilmektedir. TO konsantresinden geri

kazanımı ise Şekil 16.29’da verilen proses akım şeması ile mümkündür.

Bu şekilde mağnezyum oksit geri kazanımı ile geri dönüş oranı 8 yıl

civarında olmaktadır (Bellona, 2014).

1121

Şekil 16.29 TO konsantresinden mağnezyum geri kazanımı (Bellona,

2014)

Şekil 16.30 TO konsantresinden klorür ve sodyum hidroksit geri

kazanımı (Bellona, 2014)

1122

16.5.8.3. Kalsiyum Karbonat Geri Kazanımı

Kalsiyum karbonat da bir diğer önemli geri kazanılabilecek üründür.

Satılabilirliği oldukça yüksek bir ürün olup, sıfır sıvı deşarjı yapılan

kıyıdan uzak desalinasyon tesislerindeki geri kazanımı oldukça

yaygındır. İki kademeli TO kullanımında ara yumuşatma ile bu konuda

çeşitli çalışmalar mevcuttur (Bond ve Veerapaneni, 2007; Shih ve diğ.,

2013). Örneğin, Güney Kaliforniya’da yer alan bir desalinasyon tesisi

konsantrenin hacminin minimizasyonu için yeniden geliştirilmiştir ve

kalsiyum karbonat geri kazanımı ile maliyetlerin düşürülmesi amacıyla

tasarım yapılmıştır. Sonuç olarak, toplam sistem geri kazanım değeri

arttırılmış ve konsantrenin bertarafının maliyeti azaltılmıştır. 18927

m3/gün’lük bir debi ve 800 mg/lt kalsiyum konsantrasyonuna sahip bir

konsantre akımından satış fiyatı 30 $/ton olan kalsiyum karbonatın geri

kazanılması ile yıllık yaklaşık 130000 $’lık bir kazanç elde

edilebilmektedir (Bellona, 2014). Geri kazanım akım şeması Şekil

16.31’de verilmektedir.

16.5.8.4. Uranyum ve Lityum Geri Kazanımı

Uranyum ve lityum elementlerinin de konsantreden geri kazanımı

mümkündür. Fakat bu konudaki çalışmaların sayısı azdır. Uranyum,

deniz suyunda yaklaşık 3 g/lt civarındadır. Japonya ve Hindistan,

uranyumun deniz suyundan büyük ölçekte geri kazanımının

uygulanabilirliği üzerine çalışmalar geliştirmektedir. Lityum ise

denizsuyunda yaklaşık 173,5 g/lt civarındadır. Li-iyon pillerin

kullanımının artması lityumun teminini daha önemli hale getirmiştir.

Aslında, lityumun deniz suyundan ekstraksiyonu 40 yıldan beri bahsi

geçen bir konudur. Son zamanlarda yapılan detaylı maliyet çalışmaları

sonucunda lityumun ekstraksiyonunun 16-22 $/kg-Li2CO3 olduğu

görülmüştür (Bellona, 2014).

1123

Şekil 16.31 Konsantreden kalsiyum karbonat geri kazanımı (Bellona,

2014)

16.6. Konsantre Yönetiminde Çevresel Etki Değerlendirme

Konsantre yönetimi ve çevresel etkileri, özellikle desalinasyon tesisleri

için önemli bir çalışma konusudur ve literatürdeki kaynaklar çoğunlukla

desalinasyon tesislerinden çıkan konsantre akımların çevresel etkisi

açısından irdelenmesi yönündedir. Desalinasyon tesislerinden çıkan

atıklar, genel olarak konsantre akımı ve kirlenmeyi önleyen kimyasallar,

ön arıtım kimyasalları ve korozif tuzları içeren geri yıkama suları olarak

karakterize edilirler. Desalinasyon tesisinin yerine göre bu atıklar

1124

okyanuslara ve hassas alanlara deşarj edilebilmekte veya

kanalizasyon/atıksu arıtma tesisi gibi diğer atık kaynakları ile

birleştirilebilmektedir. Konsantre uzaklaştırma, bu atıklar içerisindeki

en önemli ve çözülmesi en zor problemlerden biridir. Konsantre akımı,

deşarj/bertaraf yerine faydalı yönde de değerlendirilebilirler. Örneğin,

önemli minerallerin geri kazanımı mümkün olabilmekte ve çoğu

durumda bu yaklaşım ekonomik olarak gerçekleştirilebilir ve aynı

zamanda atık maliyetlerini düşürücü bir unsurdur. Desalinasyon

tesislerinin tasarımı ve teknoloji seçiminde, silika, mangan, demir,

radyoaktif maddeler veya inorganik kirleticiler gibi suda bulunan

kirletici türleri bazı işletme problemlerine sebep olduğu gibi arıtım ve

konsantre giderimi için metot seçimini ve/veya maliyetini de

etkilemektedir. Su kaynağının kalitesindeki zamanla meydana gelen

değişimler, sudaki tuzluluğu değiştirmekte dolayısıyla arıtım kalitesini,

geri kazanım performansını ve konsantrenin bertarafındaki deşarj

limitlerini değiştirmektedir (WHO, 2007).

Konsantre akımı, desalinasyon için kullanılan membran proseslerinin

giriş suyundaki minerallerin ayırımında yan akım olarak üretilmektedir.

Bu akım, sudan ayırımı sağlanan mineralleri ve suda bulunan diğer

kirleticileri ve membran prosesler öncesinde uygulanan ön arıtımda

kullanılan kimyasal maddeleri içermektedir. Konsantredeki minerallerin

ve kirleticilerin konsantrasyonu desalinasyon tesislerinin geri kazanım

oranına bağlı olarak ham sudan 2-10 kat daha yüksek olabilmektedir.

Eğer ön arıtma uygulanıyor ve koagülant, anti-skalant polimer veya

dezenfektan gibi kimyasallar kulanılıyorsa, bu kimyasalların bir kısmı

veya tamamı tesisteki konsantre akımına ulaşmakta, birikmekte ve bu

akımla beraber deşarj edilmektedir. Konsantrenin miktarı, giriş

suyundaki çözünmüş katıların konsantrasyonuna bağlı olarak tesisin

geri kazanımının bir fonksiyonudur. Genellikle, tuzlu suyla işletilen

desalinasyon tesisleri giriş TÇM değerine göre, %80-90 ve %65-85

arasında geri kazanımlar ile işletilmektedir. Deniz suyu ile işletilen

desalinasyon tesisleri ise %40-65 geri kazanım ile sınırlanmaktadır.

Nanofiltrasyon tesisleri, genellikle iki değerlikli iyonları tutmakta ve bu

tesislerin konsantre akımları daha düşük tuzluluk değerine sahiptir ve

1125

sodyum/klor içeriği daha düşük akımlardır. Deniz suyu desalinasyon

tesislerinin konsantresindeki TÇM seviyesi genellikle 65000-85000

mg/lt seviyelerinde iken tuzlu suyla işletilen tesislerde bu değer 1.500-

25.000 mg/lt seviyelerindedir. Konsantrede partiküllerin miktarı, AKM

ve BOİ konsantrasyonları genellikle 5 mg/lt’nin altındadır. Çünkü bu

bileşenler ön arıtma sistemi ile giderilmektedir. Eğer tesisin ön arıtma

akımı, konsantre ile birlikte deşarj ediliyor ise bu durumda, bulanıklık,

AKM ve BOİ değerini arttırabilmektedir. Eğer asit ve diğer yardımcı

kimyasallar konsantre tarafından tutuluyorsa mineral içeriği ve miktarı

değişmektedir. Mineral kristalleşmesini izleyebilmek için kullanılan

inhibitörler fosfat veya organik polimer içermektedir ve bu maddelerin

konsantrasyonu konsantrede 20-30 mg/lt’ye kadar ulaşmaktadır (WHO,

2007).

Kimyasal eklentilerin veya ham sudaki minerallerin konsantre ile

deşarjının yanı sıra, termal desalinasyon tesislerinde sıcaklık değeri

yüksek konsantre akımının alıcı ortamlara deşarjı da önemli bir çevresel

etki oluşturmakta ve termal kirlilik oluşturmaktadır. Karşılaştırma

yapmak gerekirse, normal bir desalinasyon tesisinin konsantre akımının

sıcaklığı okyanus sıcaklığına yakındır. Fakat termal distilasyonda bu

değer artmakta ve çevredeki enerji dağılımı çok yüksek olmaktadır.

Hem termal hem de kimyasal kirlilik oluşturan konsantre akımlarının

deşarjında kullanılan yöntemler Tablo 16.14’te sunulmuştur. Aynı

tabloda bu yöntemlerin kullanım yüzdeleri de verilmiştir. Bu tablodan

da görülebileceği gibi en çok kullanılan yöntem hiçbir arıtım yapmadan

doğanın özümleme kapasitesi ve seyrelme faktörleri kullanılarak

konsantre akımının direkt yüzeysel sulara veya kanalizasyona deşarj

edilmesidir. Bu yöntemlere ek olarak, konsantre yönetiminde iki yeni

akım dünya çapında kabul görmeye başlamıştır. Bunlar,

Bölgesel konsantre yönetimi ve

Konsantrenin yararlı kullanımıdır.

1126

Tablo 16.14 Konsantre arıtım yöntemleri ve kullanım yüzdeleri (WHO,

2007)

Konsantre arıtım yöntemi Kullanım yüzdesi (%)

Yüzeysel sulara deşarj 45

Kanalizasyona deşarj 42

Derin kuyu injeksiyonu 9

Evaporasyon havuzları 2

Sprey sulama 2

Sıfır sıvı deşarjı 0

16.6.1. Konsantre Deşarjının Çevresel Etkileri

16.6.1.1. Konsantrenin Yüzeysel Sulara Deşarjı

Bu uzaklaştırma yöntemi, desalinasyon konsantresinin okyanus, deniz,

nehir, göl vb. bir yüzeysel suya deşarjını içermektedir. Desalinasyon

tesis konsantresinin yeni bir okyanus koluna deşarj etme çokça tercih

edilmekte ve tüm ölçekteki projeler için uygun olmaktadır. Okyanus

deşarjı aşağıdaki üç metottan biriyle gerçekleştirilmektedir:

Yeni bir deşarj hattı ile direkt deşarj

Atıksu arıtma tesisi çıkışı ile birlikte deşarj

Enerji santralinin termal deşarj hattına deşarj

Yeni Bir Deşarj Hattı ile Denize Direkt Deşarj

Bu yöntemin amacı, tesis konsantresinin çevreye güvenli bir yoldan

deşarjını sağlamaktır. Bunun amacı, sucul organizmaların yaşayabileceği

tuzluluk değerinin artmasına sebep olacak deşarj bölgesinin boyutunu

minimize etmektir. İki temel yaklaşım vardır. Birincisi, gelgit bölgesinin

doğal karışım kapasitesini kullanarak deşarj bölgesinden gelen

konsantrenin karışımını bu akımla hızlandırmaktır. İkincisi ise

konsantrenin bu bölgenin ilerisine deşarj edilmesi ve karışım oranını

arttırmak için difüzörlerin kullanılmasıdır. Gelgit bölgesi, önemli

1127

miktarda türbülans enerjisi taşımakta ve difüzörlerle sağlanan

karışımdan daha iyi bir karışım imkanı sunmaktadır.

Eğer tuz deşarjının kütlesi gelgit zonunun tuzluluk kapasitesini geçerse,

aşırı tuzluluk bu bölgede birikmeye başlar ve sucul hayatın toleransının

üzerinde uzun süreli olarak tuz artışına sebep olabilir. Bunun yanında

gel git bölgesi, genellikle deşarj için uygun bir yerdir. Büyük

desalinasyon tesislerinin difüzör yapıları ve tahliye sistemi tertip

tarzlarının boyutu, kapasitesi ve uzunluğu ile tuzluluk karışımı/taşıma

kapasitesi, hidrodinamik modellemeler ile belirlenebilir ve spesifik

şartlara göre hesaplanabilir (WHO, 2007).

Atıksu Arıtma Tesisi Çıkışı ile Birlikte Deşarj

Bu deşarj yönteminin temel çıkış noktası daha ağır olan yüksek

tuzluluğa sahip konsantrenin daha hafif olan düşük tuzluluğa sahip

atıksu deşarjı ile karıştırmaktır. Konsantrenin hacmine ve iki atık

akımının nasıl bir oranda karışımına bağlı olarak atıksu deşarj

sisteminin boyutları ve bazı kirleticilerin seyrelme oranları

belirlenebilir. Deniz suyundan daha hafif olan atıksu ile birlikte deşarj

etmek bu akımın yol açacağı tuzluluk dağılımını ve okyanus suyu

hacmindeki değişimini etkilemektedir. Şu ana kadar bu yöntem sınırlı

bir uygulama alanı bulmuştur. Çünkü, temel problemler, atıksu arıtma

tesisinin kapasitesini arttırma yönünde gerekli olan maliyet ve iki

akımın karışımından kaynaklanabilecek bütüncül çıkış toksisitesi (WET)

potansiyelidir. Kaliforniya, Santa Barbara’da bulunan El Estero atıksu

arıtma tesisinin çıkışı ile desalinasyon tesisi konsantresinin karışımında

yapılan biyoizlenebilirlik testinde, bu karışımın deniz kestanesi

yumurtalarına karşı bir toksisite gösterdiği tespit edilmiştir.

Gerçekleştirilen paralel testlerde desalinasyon tesisinin konsantresi

atıksu arıtma çıkışıyla karıştırılmamış ve bu akım tek başına deşarj

edilmiştir ve bu testlerde benzer toksik etkiler gözlenmemiştir. Uzun

süreli maruziyetlerde deniz kestaneleri, atıksu ile karıştırılmayan

desalinasyon konsantresinin deşarjıyla artan tuzluluk şartlarına uyum

sağlayabilmektedir. Böylece, bu testlerden elde edilen sonuç, toksik

1128

etkilerde atıksudaki bileşenlerin büyük bir öneme sahip olduğu

söylenebilmektedir (WHO, 2007).

Enerji Santralinin Termal Deşarj Hattına Deşarj

Bu yöntem, temel olarak konsantrenin denize içermektedir. Bu

yöntemde enerji santralinin soğutma suyu deşarjının kapasite olarak

desalinasyon konsantresinden daha büyük olması beklenmektedir.

Kapasitenin yanında soğutma suyunun kalitesi de önemli bir

parametredir. Örneğin eğer soğutma suyu, bakır, nikel veya demir gibi

kirleticilere sahipse bu durumda kullanımı uygun olmayabilir. Bu

yöntemin diğer bir çevresel etkisi de termal deşarjlardır. Güç santralinin

termal deşarjı ortalama okyanus suyundan daha hafiftir ve yüksek

sıcaklık nedeniyledeniz yüzeyinde yüzer niteliktedir. Daha ağır olan

tuzlu deşarj ise hafif olan soğutma suyunu aşağıya doğru çekmekte ve

böylece sıcaklık ve tuzluluk tabakalaşması oluşabilmektedir.

Konsantrenin yüzeysel sulara deşarjının çevresel etkilerini ve

uygulamadaki temel unsurları özetlemek gerekirse (WHO, 2007);

Sıcaklık ve tuzluluk tabakalaşmasına sebep olacak ve oradaki

ekolojik yaşamı tehdit edecek bir bölgenin seçilmemesi

gerekmektedir.

Deşarj bölgesinde yaşayan canlıların tuzluluk tolerans seviyesi,

tipik olarak “ortalama deniz tuzluluğunun %10 artışı ve sucul

yaşamın bu artışa verdiği tepki” olarak ifade edilebilir. Çoğu

deniz canlısının gerçek tuzluluk tolerans değeri bu değerden

daha yüksektir.

Metaller ve radyoaktif iyonların konsantrasyonları zararlı

seviyelere çıkması söz konusudur.

Desalinasyon tesisi konsantresinin içeriği ve alıcı ortam suyunun

arasındaki iyon dengesizliği oluşabilr.

Termal desalinasyon proseslerinin sebep olduğu sıcaklık

artışları mevcuttur.

1129

Deniz dibindeki flora ve faunanın değişimi ve bu değişimi

izlemek amacıyla tuzluluk tolaransı konusunda ayrıntılı

çalışmalar yapmak gerekmektedir.

16.6.1.2. Konsantrenin Kanalizasyona Deşarjı

Konsantrenin en yakın atıksu toplama sistemine deşarjı, konsantre

deşarjında en çok kullanılan ikinci yöntemdir. Bu yöntem, düşük

kapasiteli desalinasyon tesislerinden çıkan konsantrenin büyük

kapasiteli atıksu arıtma tesisi girişine deşarj edilmesidir. Bunun temel

nedeni, yüksek tuzlululuğun atıksu arıtma tesisindeki proseslere

herhangi bir zarar vermesini engellemektir. Yöntemin fizibilitesi, atıksu

toplama sisteminin hidrolik kapasitesine bağlıdır. Genel olarak atıksu

arıtma tesisinin biyolojik reaksiyonları 3000 mg/lt üzerindeki TÇM

değerlerinde inhibe olmaktadır. Bunun yanında, atıksu arıtma tesisi

çıkış suyu tekrar kullanılma potansiyeline sahip ve buna göre

tasarlanırsa, sadece tuzluluk değeri değil, sodyum, klor, bor ve brom gibi

içeriklerin de dikkate alınması gerekmektedir. Bu bileşenler, tekrar

kullanılan suyun kalitesini bozmakta ve özellikle bu sular sulama için

kullanılacaksa ciddi çevresel problemler oluşturmaktadır. Kullanılan

biyolojik arıtma yöntemi ile bu kirleticiler giderilememektedir. Çoğu

bitki, sulama suyunda 1000 mg/lt TÇM’nin üzerindeki değerleri ve 250

mg/lt’nin üzerinde klor değerlerini tolere edememektedir. Atıksu arıtma

tesisinin çıkışında genelde klor değeri 150 mg/lt’den daha düşüktür.

Ancak, desalinasyon tesisinin konsantresinde bu değer 50000 mg/lt’nin

üzerine çıkmaktadır. Basit bir kütle dengesi kurulduğunda eğer çıkış

suyu sulama için kullanılacaksa 38.000 m3/gün kapasiteli bir evsel

atıksu arıtma tesisi 75 m3/gün’ün üzerindeki kapasitede konsantre

kabul edememektedir (WHO, 2007).

1130

16.6.1.3. Derin Kuyu Enjeksiyonu

Bu yöntem, desalinasyon tesisi konsantresinin yeraltındaki akiferlere

kabul edilebilir seviyelerde enjeksiyonunu içermektedir. Başka bir

alternatif olarak da, petrol çıkarmada kullanılan kuyulara

enjeksiyondur. Bu yöntem, genelde küçük ve orta ölçekli deniz suyu

desalinasyon tesislerinde ve tuzlu su desalinasyon tesislerinde kullanma

potansiyeline sahiptir. Yöntemin olası çevresel etkileri ve temel

bileşenler aşağıda özetlenmiştir (WHO, 2007):

Yeterli gözenekliliğe sahip özel koşullarda tanımlanan akiferler

ile sınırlıdır.

Deprem riski taşıyan bölgeler için uygun değildir. Deşarj edilen

akifer ve su temini yapılan akifer arasında bir hidrolik bağlantıya

sebep olabilir. Bu nedenle sismik aktivitelerin bilinmesi gerekir.

Konsantre edilmiş kirleticilerin, eğer temiz su kaynağı olan

akiferle dejar yapılacak alan iyi ayrılmamış ise yeraltısuyunu

kirletme potansiyeli vardır.

Kuyulardan sızma gerçekleşebilir.

Zamanla mineral birikmesi ve kuyunun deşarj kapasitesinin

azalması gibi riskler vardır.

Ek bir konsantre arıtım yöntemi (emniyet) için belirlenmelidir.

16.6.1.4. Buharlaştırma Havuzları

Bu metot, doğal güneş ışığı kullanılarak buharlaşmanın sağlandığı

havuzların kullanılmasını içermektedir. Buharlaştırma havuzları sıfır

deşarj teknolojisidir. Yöntemin olası çevresel etkileri ve temel bileşenler

aşağıda özetlenmiştir (WHO, 2007):

Küçük kapasiteli tesisler için güneş ışığıyla yapılan evaporasyon

daha fizibildir.

Alan ihtiyacı önemli bir tasarım parametresidir.

Kademeli olarak artan alan ihtiyacı olabilir.

1131

Mevsim geçişlerine iklim koşullarına bağımlıdır.

Evaporasyon hızı, havuzdaki katı konsantrasyonu ve tuzluluk

arttıkça azalır.

Sızma riski yüksektir

Havuzun tabanında tuzluluk birikimi sözkonusu olmaktadır.

Bunun zamanla alınarak uygun bir deponi sahasına iletilmesi

gerekmektedir.

Başarılı bir konsantre deşarjı sonrası olumsuz herhangi bir etki

gözlenmeyen deniz ortamı ise Şekil 16.32’de görülebilir.

Şekil 16.32 Perth Desalinasyon Tesisi’nin çevreyi olumsuz etkilemeyen

konsantre deşarj noktasında yüzen balıklar (üstte) ve denizatı (altta)

(WaterReuse, 2015)

1132

16.7. Desalinasyon Tesisleri TO Konsantre Deşarjı Hesaplamaları

Konsantrelerin deniz içerisinde teşkil edilen bir boru hattı ile belirli bir

derinlikten denize deşarjı, yaygın bir uzaklaştırma yöntemidir. Bu

konuda detaylı bilgi, Öztürk ve diğ. (2011) ve Bleninger ve diğ. (2009)

kaynaklarında verilmiş, burada ise bu detaylar özetlenmiştir. Konsantre,

yüksek yoğunlukta tuzluluk içerdiğinden doğrudan alıcı ortama

verildiğinde ortamda yaşayan canlılara zarar verebilmektedir (Şekil

16.33). Bu sebeple yüksek tuzluluk içeren deşarj sularının ve su içinde

oluşan deşarj bulutunun (plume), alıcı ortamdaki canlılara zarar

vermemesi için alıcı ortamda uygun oranda seyreltilerek doğal ortam

tuzluluk değerine olabildiğince yaklaştırılması gereklidir. Bu tip

deşarjlarda, gerekli seyrelmenin sağlanması amacıyla boru hattı ucunda

yeralan ve seyrelmeyi artıran deliklerin bulunduğu difüzörler (yayıcılar)

kullanılırlar (Öztürk ve diğ., 2011).

Şekil 16.33 Yüksek tuzluluktaki suların doğrudan yüzeysel sulara

deşarjı (Bleninger ve diğ. ,2009)

Konsantrenin denize deşarjında konsantre, alıcı ortamı oluşturan

denizsuyundan daha yoğun olması sebebiyle batma eğilimindedir. Bu tip

suların doğrudan yüzeysel sulara deşarjı durumunda deniz tabanı eğimi

ve hidrodinamik şartların etkisi ile, esasen yoğunluğa bağlı olarak dipte

ilerleyen bir akım karakteri gelişecek ve ortamda çok zayıf bir karışım

gözlenecektir. Yoğun deşarjlar üst deniz tabakalarına çıkamayıp yatayda

1133

veya deniz tabanı eğimine tabi olarak derinlere doğru yavaş bir şekilde

harekete geçmektedier. Deşarj edilen bileşenler, derin sularda akıntı

hızının düşük olması nedeniyle etkin bir şekilde seyrelemeden deşarja

yakın bölgede tabanda tutulu kalmaktadır. Bu tip yüksek tuzlulukta

suların yüzeysel sulara deşarjında, yakın alanda deniz tabanındaki

seyrelmesi 1-3 civarında kalmakta, daha derinlere gidilmesi durumunda

bile bu değer ancak 4-6 aralığında gerçekleşmektedir. Yüksek tuzluluğa

sahip atıksu bulutu, sahile yakın ve üzerini kapladığı daha uzak alanda

özellikle hareketli olmayan deniz canlı türlerinin tuzluluk değişimine

karşı olan direncine bağlı olarak yaşamsal bir risk oluşturabilmektedir.

Bu nedenle, bu tip deşarjların risklerini gözönüne alan, deşarj sistemi

tasarımı ve seyrelme hesaplarına ihtiyaç vardır. Proje sahasında

ölçülerek belirlenmiş gerçek oşinografik verilere dayalı sistem tasarımı

ve özel seyrelme hesap yöntemleri kullanılarak yapılan

projelendirmelerle söz konusu risklerin azaltılarak konsantre

deşarjlarının çevresel açıdan sürdürülebilirliği hedeflenmektedir (Şekil

16.34) (Öztürk ve diğ., 2011). 16.35’te ise hesaplamalar için gerekli

verileri toplamak adına gerçekleştirilen bir iz madde testinden görüntü

verilmektedir.

Şekil 16.34a’da görüldüğü üzere, derin deniz deşarjı uygulanması

durumunda kıyıya yakın kesimde çevresel etkilenme söz konusu

olmazken deşarj sonrası daha derin bölgede deniz tabanındaki buluttaki

seyrelme değeri 10-20 ve hatta daha fazlasına ulaşabilmektedir.

Ülkemizde en yüksek tuzluluk Akdenizde binde 35 olarak kabul edilirse,

%50 verimle çalışan bir ters osmoz sisteminde konsantre akımının

deşarjının en kötü şartlarda alıcı ortamda binde 1,5-7,0 aralığında bir

tuzluluk değişimine yol açması beklenmelidir. Konsantre deşarjlarının

olumsuz etkilerinin azaltılması ve çevrenin korunması için yoğun su

deşarjları ile ilgili araştırılmalar son yıllarda giderek daha fazla önem

kazanmaktadır. Konsantrelerin karmaşık seyrelme hesapları, alıcı

ortama ait bir takım kabuller yapılarak basitleştirilebildiği gibi, daha

fazla sayıda parametreyi ve detaylı oşinografik verileri göz önüne alan

bilgisayar paket program ve modüllerle destekli matematik modellerin

kullanımı da kullanılmaktadır (Öztürk ve diğ., 2011).

1134

Şekil 16.34 a) Derin deniz deşarjı boru hattındaki difüzör veya

yükselticiden çıkan akımın davranışı b) Laboratuvar ortamında yoğun

tuzlu su deşarjı deney düzeneği (Bleninger ve diğ., 2009)

Şekil 16.35 Deşarj noktasından belirli uzaklıklardaki noktalarda

seyrelme faktörlerinin hesaplanabilmesi için dalgıçlar tarafından

gerçekleştirilen iz boya testi (Christie ve Bonnelye, 2009)

1135

16.7.1. Konsantre Deşarjlarında Alıcı Ortamda Oluşacak İlk

Seyrelmenin “Yoğun Tuzlu Su Deşarjı Hesaplayıcısı-Ters Osmoz

(TO) Modülü (Brine Discharge Calculator)” ile Hesaplanması

Bu bölümde, Bleninger ve diğ. (2009) tarafından oluşturulan “TO

Spreadsheet Hesaplama Modülü” kullanımından ve esaslarından

bahsedilecektir. Bu hesap modülünün excel dosyasına, ilgili kaynakta

ulaşılabilmektedir. Spreadsheet hesaplama modülü ters osmoz tesisleri

konsantrelerinin deşarjları için kullanılabilir. Hesaplama modülünün

“RO-Seawater Density &Viscosity Calculator” alt modülü ile debi ve deşarj

borusundaki akışkana ait tuzluluk ve sıcaklık vb. değerleri esas alınarak

yoğunluk ve viskozite hesaplanabilmektedir. Alıcı ortam yoğunluk ve

viskozite değerlerinin hesabında kullanılan “RO Seawater Density &

Viscosity Calculator” ekran görüntüsü Şekil 16.36’da verilmiştir.

Şekil 16.36 TO hesap modülünde kullanılan yoğunluk ve vizkozite

hesaplama modülü ekran görüntüsü (Bleninger ve diğ., 2009)

Modül hesaplamalarının ikinci adımında, gerekli deşarj sistemi

geometrisi ve deşarj hızı (Uo), momentum akısı (Mo) ve uzunluk

ölçekleri (lQ ve lM) vb. gibi deşarj karakteristikleri durgun ortam kabulü

1136

ile hesaplanarak kontrol edilmektedir. RO Discharge-calculator modülü

ortalama deniztabanı eğimine, difüzör (yayıcı) ağızından suyun çıkış

açısına ve difüzör sayısına ihtiyaç duymaktadır ve hesaplamalar bir

difüzör deliği esas alınarak yapılmaktadır. Hesaplama modülünde

difüzör çapı, enerjiye dayalı (energetic) deşarj (difüzör deliğinden çıkış

hızı Uo=4-6 m/sn) kabulü yapılarak otomatik olarak hesaplanmakta ve

model kullanıcısı tarafından standart çaplara yuvarlanabilmektedir. TO

modülünde yoğunluksal Froude (F) ve Reynolds (Re) sayısı aşağıdaki

gibi hesaplanmaktadır (Öztürk ve diğ., 2011). Modülde kullanılan veya

bulunan jet tasarımına yönelik difüzör deliği çapı (D), Froude sayısı (F)

ve Reynolds sayısı (Re) değerleri, bu tip deşarjlar için makul kabul

edilen aşağıdaki aralıklar için kontrol edilmelidir.

F =Dg

U

'

o

o

(16.2)

Re=v

DUo (16.3)

Burada,

Difüzör delik çapı (D için uygun aralık: 0,1 m < D < 1,0 m)

Foude sayısı (F > 10)

Reynolds sayısıdır (Re > 4000).

Modülün üçüncü kısmında ise, batma eğilimli jet için Şekil 16.37’de

şematik olarak gösterilen seyrelme (S), maksimum yükselme noktası

(Zmax) ve bu noktanın difüzör deliğine uzaklığı (xmax), jetin deniz

tabanına çarpma noktasının difüzör deliğine uzaklığı (xi) ve önerilen

deşarj derinliği hesaplanarak listelenmektedir. Yoğun su jetinin

maksimum yükselme noktası (Zmax) ve bu noktanın difüzör deliğine olan

uzaklığı (xmax) ile difüzörden belli bir eğimle ortama verilen jetin mevcut

açısı (θ) arasındaki ilişki Şekil 16.38’de verilmektedir. Yoğun su jetinin

açısı (θ) ile jet çarpma noktası uzaklığının (xi) değişimi ise Şekil

1137

16.39’da gösterilmiştir. Jetin açılı olarak yerleştirilen difüzör deliğinden

yüksek çıkış hızları ile alıcı ortama verilmesi sonucu oluşturulan bu tip

jet akımı yörüngesi sayesinde konsantre jeti tuzluluğu daha düşük olan

su kolonu ile daha uzun süre karışım sağlanarak seyrelmekte ve

tuzluluk açısından daha uygun bir deşarj durumu ortaya çıkmaktadır.

Bu sebeple, eğik atışla elde edilecek ilk seyrelmenin değerindeki artış ve

bu sayede azalan jet tuzluluk değeri hareketsiz dip canlılarının

etkilenmemesi açısından çok önemlidir.

Şekil 16.37 TO hesap modülünde esas alınan yoğun su deşarj jetinin

şematik gösterimi (Bleningler ve diğ., 2009)

1138

Şekil 16.38 Maksimum jet yükselme seviyesi ile difüzör jet açısı

arasındaki ilişki grafiği (Öztürk ve diğ., 2011)

1139

Şekil 16.39 Yoğun su jetinin açısı ile jet çarpma noktası uzaklığının değişimi (Öztürk ve diğ., 2011)

1140

16.7.2. Maksimum Yükselme Noktasındaki Jetin Minimum Eksenel

Seyrelmesinin Hesabı

Bleninger ve diğ. (2009) tarafından geliştirilen TO hesaplama

modülünde maksimum yükselme noktasındaki minimum eksenel

seyrelme (S), deşarj jetinin alıcı ortama verilme açısına (θ) bağlı olarak

Şekil 16.40’tan hesaplanabilir. Maksimum yükselme noktasındaki

minimum eksenel seyrelme (S), jet akımı özelliklerine bağlı olarak

denklemlerden bulunan Froude sayısı (F) ve deşarj için seçilen jetin alıcı

ortama verilme açısı (θ) kullanılarak aşağıdaki grafikten

hesaplanabilmektedir. Benzer şekilde farklı deniz tabanı eğimlerinde

jetin deniz tabanına çarpma (etki) noktasındaki seyrelme (Si) ise, jet

akımı özelliklerine bağlı olarak bulunan Froude sayısı (F) ve deşarj için

seçilen jetin alıcı ortama verilme açısı (θ) kullanılarak Şekil 16.41’den

hesaplanabilmektedir.

Şekil 16.40 Maksimum jet yükselme seviyesindeki eksenel seyrelmenin

hesaplanma grafiği (Öztürk ve diğ., 2011)

1141

Şekil 16.41 Deşarj jetinin deniz tabanına çarpma (etki) noktasındaki

seyrelmenin hesap grafiği (Öztürk ve diğ., 2011)

16.7.3. Tuzlu Su Deniz Deşarjında “TO Hesap Modülü” ile

İlk Seyrelmenin Hesabı için Örnek Bir Uygulama

Bu bölümde, Akdeniz bölgesinde kurulacak olan bir Doğalgaz Kombine

Çevrim Santrali tesisinde soğutma kulelerinde kullanılan sıcak dönüş

akımı ile ters osmozla desalinasyon tesisi konsantresi karışımının

denize deşarjından yola çıkarak hesaplama sonuçları özetlenecektir.

Çevresel etkinin belirlenebilmesi açısından konsantre deşarjının bir

boru hattı vasıtasıyla Akdenize verilmesi amacıyla, gerekli deşarj hattı

ve difüzör sistemi tasarımı yapılması gerekmektedir. Hesaplamalar daha

önceki bölümde açıklanan Bleninger ve diğ. (2009) “TO Hesaplama

Modülü” ile yapılmıştır. Tasarım verileri aşağıdaki gibi alınarak TO

modülü çalıştırılmıştır (Öztürk ve diğ., 2011).

1142

Tasarım Verileri

Soğutma sistemi maksimum geri dönüş akımı deşarj debisi,

Qdesal= 4.000 m3/st= 1,11 m3/sn

Soğutma sistemi geri dönüş akımındaki su sıcaklığı, Tdesal,Yaz= 33oC

Soğutma sistemi geri dönüş akımındaki tuzluluk, Saldesal,Yaz= ~50 ppt

Deşarj edilecek yoğun tuzlu su akımının yoğunluğu, desal,Yaz= 1031,55

kg/m3

Deşarj derinliği, Hao= 6 m

Difüzörün orta noktasının sahile uzaklığı, x= 720 m

Difüzör deşarjının açısı, θo= 25o

Difüzör delik çapı, D= 0,20 m

Difüzördeki delik sayısı, n= 6

Difüzör boyu, L= 25 m

Alıcı Ortam Verileri

Yaz mevsimi deniz suyu sıcaklığı, Ta,Yaz= 30oC

Yaz mevsimi deniz suyu tuzluluğu, Sala,Yaz= 38 ppt

Yaz mevsimi deniz suyu yoğunluğu, a,Yaz= 1023,62 kg/m3

Deniz tabanı eğimi, θB= 0,6o

Şekil 16.42’de TO hesap modülünde kullanılan debi ve çıkış akımı

karakteristikleri gösterilmiştir. Bu hesap modülü detaylarına, Bleninger

ve diğ. (2009)’dan ulaşılabilir.

Çıkış akımı karakteristikleri, “RO-Seawater Density & Viscosity

Calculator” hesaplama alt modülü kullanılarak hesaplanmıştır. Alıcı

ortam yoğunluk ve viskozite değerlerinin hesabında kullanılan “RO

Seawater Density & Viscosity Calculator” ekran görüntüsü ise daha önce

verilmiş olan Şekil 16.34’teki gibidir. Modül hesaplamalarının ikinci

adımında, gerekli deşarj sistemi geometrisi ve deşarj hızı (Uo),

momentum flux (Mo) ve uzunluk ölçekleri (LQ ve LM) gibi deşarj

karakteristikleri durgun ortam kabulü ile hesaplanarak kontrol

edilmektedir. RO Discharge-calculator modülü ortalama deniz tabanı

1143

eğimine, difüzör ağızından suyun çıkış açısına ve difüzör sayısına ihtiyaç

duymakta ve hesaplamalar bir difüzör deliği esas alınarak

yapılmaktadır. Modül, difüzör çapını enerjiye dayalı deşarj (difüzör

deliğinden çıkış hızı Uo=4-6 m/sn) kabulü yaparak otomatik olarak

hesaplar ve model kullanıcısı tarafından standart çaplara yuvarlanır. RO

modülünde densimetrik Froude (Fro) ve Reynolds (Reo) sayısı yukarıda

verilen denklemler kullanılarak hesaplanmaktadır. Şekil 16.36’da proje

verileri ile modülün elde ettiği hesaplama ve kontrol sonuçları

gösterilmektedir. Şekilde verilen hesaplama sonuçlarına göre deşarj

deliği çapı (D), Froude sayısı (Fro) ve Reynolds sayısı (Reo), bu tip

deşarjlar için makul kabul edilen aralıklarda kalmaktadır (Öztürk ve

diğ., 2011).

Şekil 16.42 TO hesap modülünde kullanılan debi ve çıkış akımı

karakteristikleri (Bleninger ve diğ., 2009)

1144

D = 0,2 m (0,1 m < D < 1,0 m) uygun

Fro = 47,7 (Fro > 10) uygun

Reo = 1,45 x106 (Reo > 4000) uygun

Tesiste yapılan deniz deşarjı için TO modülünde hesaplanan ve kabul

edilen tasarım kriterlerine göre deniz ortamındaki deşarj jeti geometrisi

ve elde edilecek seyrelme değerleri Şekil 16.43’te ve tüm

hesaplamaların özet görüntüsü ise Şekil 16.44’te verilmektedir.

Buna göre difüzörden 25o’lik açı ile çıkan yoğun tuzlu su jetinin alıcı

ortam yüzeyine en çok yaklaştığı en üst seviyesi (Zmax) = 5,18 m olup

difüzör deliğinden ~13,7 m mesafede (xmax) gerçekleşmektedir. Yoğun

tuzlu su jetinin alıcı ortamda yükselebileceği en üst noktada jet

eksenindeki eksenel ilk seyrelme (Sm), RO modülü tarafından 12,4

olarak hesaplanmaktadır. Aynı noktadaki ortalama seyrelme (So) ise

eksenel seyrelme değerinin yaklaşık 2 katı olarak alınabilmektedir. Bu

durumda, yoğun tuzlu su jetinin maksimum yükselme seviyesinde

oluşacak ortalama ilk seyrelme (So);

So = 2 x 12,4 =24,8 25

olarak bulunur. Yoğunluğunun alıcı ortamdan fazla olması sebebiyle

batma eğiliminde olan jet, sahip olduğu momentum ile ulaştığı bu en üst

seviyeden dibe doğru harekete geçerek yaklaşık 26,6 m sonra çarpma

(impengement) noktasında deniz tabanına temas etmektedir. TO modülü

hesaplamalarında bu noktadaki seyrelme ise Si = 45 olarak bulunmuştur

(Öztürk ve diğ., 2011).

1145

Şekil 16.43 TO hesap modülünde hesaplanan deşarj karakteristikleri

(Bleninger ve diğ., 2009)

1146

Şekil 16.44 TO modülünde hesaplanan ve kabul edilen tasarım

kriterlerine göre deniz ortamındaki deşarj jeti geometrisi ve elde

edilecek seyrelme değerleri (Bleninger ve diğ., 2009)

1147

Şekil 16.45 TO modülünde hesaplanan seyrelme ve diğer tasarım

kriterlerinin özet görüntüsü (Bleninger ve diğ., 2009)

1148

Alıcı Ortamda Deşarj Sonrasında Oluşacak Tuzluluğun

Hesaplanması

Konsantre deşarjı sonrasında deniz ortamındaki tuzluluk artış

miktarının hesaplanmasında güvenli aralıkta kalmak için deşarjdaki

tuzluluğun daha yüksek olacağı yaz dönemi esas alınmıştır. Ayrıca

seyrelme açısından emniyetli tarafta kalmak üzere, çarpma noktasındaki

seyrelme (Si=45) yerine daha az seyrelmenin gerçekleştiği jet

maksimum seviyesindeki ortalama seyrelme (So=25) gözönüne alınarak,

deşarj nedeniyle ilk seyrelme sonrasında oluşacak ortamdaki yeni deniz

tuzluluğu değeri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır (Öztürk ve diğ., 2011)

(Bleninger ve diğ., 2009).

Jetin maksimum seviyesindeki

tuzluluk artışı:

1x(Saldesal,Yaz)+(So–1)x Sala,Yaz = Sox

Salyaz

1x(50)+(25–1)x38=25x Salyaz

ifadesinden Salyaz =38,48 ppt

ve ortalama tuzluluk artışı

∆Salyaz =38,48–38,0=0,48ppt

(~%1,3 artış) olarak bulunur.

Çarpma noktasındaki tuzluluk

artışı:

1x(50)+(45–1)x38=45x Salyaz

ifadesinden

Salyaz =38,24 ppt

ve ortalama tuzluluk artışı

∆Salyaz =38,24–38,0=0,24 ppt

(~ % 0,6 artış) olarak bulunur.

16.8. Konsantre Yönetimi İçin Örnek Bir Uygulama

İstanbul Teknik Üniversitesi Prof. Dr. Dincer Topacık Ulusal Membran

Teknolojileri Uyg-Ar Merkezinde yürütülmüş olan TUBİTAK 2510

programı kapsamında “Tekstil Atıksularının Membran Teknolojiler ile

1149

Arıtımı ve Geri Kullanımı ve Membran Konsantrelerinin

Fiziksel/Kimyasal Metotlar ile Uzaklaştırılması” başlığıyla desteklenmiş

olan proje kapsamında tekstil endüstrisi atıksuları için membran

prosesler ile su geri kazanımı ve aynı zamanda konsantre yönetimi

anlayışı geliştirilmiştir (Koyuncu ve diğ., 2017). Proje kapsamında

geliştirilen konsantre yönetim anlayışı aşağıda özetlenmiştir.

Tekstil endüstrisinde membran teknolojilerin uygulanması için ilk

olarak Şekil 16.46’da gösterildiği gibi bir konsantre yönetimi anlayışı

kabul edilmiştir. Bu metodolojinin proje kapsamında yapılan deneysel

ve tekno-ekonomik analiz çalışmaları ile değerlendirilmesi sonucunda

membran konsantresinde arıtılmak istenen parametrelere ve bunların

deşarj değerlerine göre veya sıfır sıvı deşarjı yaklaşımı uygulanacak ise

seçilecek yöntemlerin neler olabileceği ile ilgili bir yönetim anlayışı

oluşturulmuştur. Bu yönetim anlayışı, membran konsantrelerinin

bertarafı veya deşarjı akış şemalarına göre membran proseslerin nasıl

işletilmesi gerektiği yönünde bir yol haritası sunmaktadır. İlk aşamada

kurgulanmış hali ile eğer membran konsantresinin tamamen bertarafı

yapılamayacak ise A işleyişi ile gösterilen akış şemasının sol tarafındaki

gibi membran işletim şekliyle deşarj limitlerine indirilecektir.

Proje sonucunda elde edilen gerçek verilere dayanarak revize edilmiş ve

Şekil 16.47’de gösterilmiş yönetim anlayışında da “konsantrenin direkt

deşarjı” olarak yer almaktadır. Burada membran prosesler ile

arıtılabilirlik çalışmalarında geri kazanım için, yani arıtılacak su miktarı

bakımından bir kısıtlama yok ise konsantredeki bileşenlerin deşarj

limitleri kontrol edilerek bu değerlere göre ekonomik olarak membran

proseslerini işletmek ve konsantreyi alıcı ortama veya kanala deşarj

etmek yolu izlenebilir. Bu durum genelde düşük kapasiteli ve toksik

madde içermeyen atıksuların arıtılabilirliğinde tercih edilebilmektedir.

Burada arıtılabilirliğin ekonomik boyutu, sistemin maliyetini etkileyen

en büyük bileşeni oluşturacaktır. Eğer geri kazanım oranı önemli ise ve

işletme parametresi olarak düşünülecekse bu durumda seçilecek geri

kazanım oranına göre konsantrede birikecek bileşenlerin diğer bir

deyişle geri kazanımı sınırlama potansiyeline sahip bileşenlerin

1150

türlerinin veya konsantrasyonlarının bilinmesi durumunda proje

kapsamında üzerinde çok fazla durulmuş olan “en uygun teknoloji”

seçimi adımı ile sınırlayıcı parametreye özel arıtım teknolojisinin

seçilerek bileşenlerin konsantrasyonlarının azaltılması adımına

geçilmelidir. Bu adımda iki durum söz konusudur. İlk durum “sıfır sıvı

deşarjı (SSD)” yaklaşımının gerçekleşme durumudur ve bu durumda “en

uygun teknoloji”ye ek olarak evaporasyon gibi ek teknolojler ile suyun

ortamdan uzaklaştırılması ve oluşacak kalıntıların atılması söz konusu

olacaktır. SSD için en uygun teknolojideki yöntemlerin verimleri

önemlidir ve maliyeti etkileyen adımlar olacaktır. SSD gerçekleşmeden

sınırlayıcı parametrelerin bertarafı veya giderimi söz konusu olacak ise

bu durumda parametreye özel arıtım teknolojisi seçilmelidir. Bu proje

kapsamında çalışılmış olan tekstil endüstrisi atıksuları için bu

teknolojiler eğer konsantrede sınırlayıcı parametre KOİ ise, yani diğer

parametreler deşarja veya geri kazanıma uygun ama KOİ değeri yüksek

ise, elektrokoagülasyon prosesi ile kosantre giderimi önerilmektedir.

Eğer sınırlayıcı parametre sadece renk ise bu durumda elektrofenton,

tuzluluk ise elektrodiyaliz yöntemleri seçilebilir. Eğer bu üç

parametrede sınırlayıcı parametreler ise bu durumda üç adımlı sistem

olarak tüm teknolojilerin kullanımı gerçekleşecektir. Bu arıtım

teknolojilerin uygulanmasının ardından oluşacak arıtılmış su direkt

deşarj edilebileceği gibi geri kazanım yoluyla faydalı amaçlar içinde

kullanılabilir. Burada geri kazanım suları, tarımsal sulama suyu, yol

sulama suyu veya proses suyu olarak değerlendirilebilir. Geri kazanımın

amacı, bu adımda maliyeti belirleyecek en önemli unsur olacaktır. Diğer

bir deyişle, eğer sınırlayıcı parametre sadece renk ise diğer

parametreler deşarj limitlerini sağlıyor ise ve geri kazanım

uygulanmayacaksa bu durumda sadece elektrofenton yönteminin

uygulanması yeterli olacaktır. Bu durumda konsantre giderimini

elektrodiyaliz adımında kadar ilerletmenin teknolojik veya ekonomik

bir faydası olmayacaktır.

1151

Şekil 16.46 Çalışma öncesi kurgulanmış konsantre yönetimi anlayışı

1152

Şekil 16.47 Proje sonucunda kurgulanan konsantre yönetimi

1153

KAYNAKLAR

Achilli, A., Cath, T.Y., Marchand, E.A., Childress, A.E., (2009). The

forward osmosis membrane bioreactor: a low fouling alternative

to MBR processes, Desalination, 239, 10–21.

Beltrán, J., (1999). Irrigation with saline water: Benefits and

environmental impact. Agricultural Water Management, 40,

183–194.

Bleninger, T., Niepelt, A., Jirka, G., (2009). Desalination Plant

Discharge Calculator. EDS Congress, Baden-Baden, Almanya.

Bond, R., Batchelor, B., Davis, T., Klayman, B., (2011). ZeRO liquid

discharge desalination of brackish water with an innovative

form of Electrodialysis: Electrodialysis Metathesis, Florida Water

Res. J., 36–44.

Bond, R.G. ve Veerapaneni, S., (2007). ZeRO Liquid Discharge for

Inland Desalination, American Water Works Association

Research Foundation, Final Report 3010, Denver, Kolorado.

Brandhuber, P., (2007). Options for inland membrane

concentrate disposal. Water and Wastes Digest.

Butterworth, D.J. ve Davis, T.A., (1989). Method and Apparatus

for Generating Acid and Base Regenerants and the Use Thereof

to Regenerate Ion-exchange Resins, U.S. Patent 4,880,513,

November 14.

Christie, S., ve Bonnélye, V., (2009). Perth, Australia: Two-year

Feed Back on Operation and Environmental Impact, Proc. IDA

World Congress – Atlantis, The Palm – Dubai.

Cob, S.S., Beaupin, C., Hofs, B., Nederlof, M.M., Harmsen, D.J.H.,

Cornelissen, E.R., Zwijnenburg, A., Guner, F.E.G., Witkamp, G.J.,

(2012). Silica and silicate precipitation as limiting factors in

high-recovery reverse osmosis operations, Journal of Membrane

Science, 423–424.

Davis, T.A., (2006). ZeRO discharge seawater desalination:

Integrating the production of freshwater, salt, magnesium, and

bromine, in U.S. Bureau of Reclamation Research Report No.

1112006.

1154

Den, W., ve Wang, C. J. (2008). Removal of silica from brackish

water by electrocoagulation pretreatment to prevent fouling of

reverse osmosis membranes. Separation and Purification

Technology, 59(3), 318-325.

DIBR, (2012). Desalination and Water Purification Research and

Development Program Report No. 155, U.S. Department of the

Interior Bureau of Reclamation.

Di Profio, G., Salehi, S., Curcio, E., Drioli, E.

(2017). Comprehensive Membrane Science and Engineering

(Second Edition), 3, 297-317.

Dialynas, E., Mantzavinos, D., Diamadopoulos, E., (2008).

Advanced treatment of the reverse osmosis concentrate

produced during reclamation of municipal wastewater, Water

Reseach., 42, 4603–4608.

Gabelich, C., Williams, M.D., Rahardianto, A., Franklin, J.C., Cohen,

Y., (2007). High recovery reverse osmosis desalination using

intermediate chemical demineralization, Journal of Membrane

Science, 301, 131–141.

Gibbons, J., Papapetrou, M., Epp, C., (2007). Assessment of EU

policy: Implications for the implementation of autonomous

desalination units powered by renewable resources in the

Mediterranean region, Desalination 220, 422–430.

Hancock, N.T., (2013). High recovery brine treatment using

forward osmosis, in: Proceedings of the Membrane Technology

Conference, American Membrane Technology Association

(AMTA)/American Water Works Association (AWWA), Phoenix,

Arizona, Şubat 25–28.

Janson, A., Adham, S., Benyahia, F., Dores, R., Husain, A., Minier-

Matar, J., (2012). Membrane distillation of high salinity brines

using low grade waste heat, in: Proceedings of the Membrane.

Kenna E.N. ve Zander A.K., (2000). Current Management of

Membrane Plant Concentrate.

Kimes, J.K., (1995). The regulation of concentrate disposal in

Florida, Desalination, 102, 87-92.

1155

Korngold, E., Aronov, L., Daltrophe, N. (2009). Electrodialysis of

brine solutions discharged from an RO plant. Desalination,

242(1-3), 215-227.

Koyuncu, İ., İmer, D., Altınay, A.D, (2017). Tekstil Atıksularının

Membran Teknolojiler ile Arıtımı ve Geri Kullanımı ve Membran

Konsantrelerinin Fiziksel/Kimyasal Metotlar ile

Uzaklaştırılması, TUBİTAK 2510 projesi.

Ladewig, B., ve Asquith, B. (2011). Desalination Concentrate

Management, Springer Science & Business Media, Springer,

İngiltere.

Lattemann, S. ve Höpner, T., (2008). Environmental impact and

impact assessment of seawater desalination. Desalination,

220:1-3, 1-15.

Liu, K., Roddick, F.A., Fan, L., (2012). Impact of salinity and pH on

the UVC/H2O2 treatment of reverse osmosis concentrate

produced from municipal wastewater reclamation, Water

Research, 46, 3229–3239.

Lokiec, F., (2013). Sustaınable Desalınatıon: Envıronmental

Approaches, The International Desalination Association World

Congress on Desalination and Water Reuse 2013 / Tianjin, Çin.

Mace, R.E., Nicot, J.P., Chowdhury, A.H., Dutton, A.R, Kalaswad, S.,

(2005). Please pass the salt. Using oil fields for the disposal of

concentrate from desalination plants, U.S. Department of the

Interior Bureau of Reclamation. Technical Service Center,

Desalination and Water Purification Research and Development

Program Report No. 112.

Macedonio, F., Drioli, E., Gusev, A.A., Bardow, A., Semiat, R.,

Kurihara, M., (2012). Efficient technologies for worldwide clean

water supply, Chem. Eng. Process, 51, 2–17.

Mackey, E.D., (2006). Membrane Residuals Solutions. American

Membrane Technology Association.

Masnoon, S. ve Glucina, K., (2011). Desalination: Brine and

Residual Management, Global Water Research Coalition.

1156

Mickley, M., (2017a). Permitting Practices for Seawater

Concentrate Disposal 2017 MSSC Annual Salinity Summit, “Less

Water, More-Salt…The New Reality, March 2-3, 2017.

Mickley, M., (2008b). Survey of high-recovery and zeRO liquid

discharge technologies for water utilities.

Mickley, M., (2006). Membrane Concentrate Disposal: Practices

and Regulation, Second Edition. U.S. Department of the Interior,

Bureau of Reclamation, Technical Service Center, Water

Treatment Engineering and Research Group.

Mickley, M., (2008a). Treatment of Concentrate. Final Report

No.155, U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation,

Technical Service Center, Water Treatment Engineering and

Research Group.

Mukhopadhyay, D., (1999). US Patent 5 925 255, Haziran 20.

Nicot, J.P. ve Chowdhury A.H., (2005). Disposal of brackish water

concentrate into depleted oil and gas fields: a Texas study,

Desalination, 18-1, 61-74.

Özturk, İ., (2011). Deniz Deşarjı Tesisler Tasarımı, Su Vafı

Yayınları, İstanbul, Türkiye.

Pérez, G.A., Urtiaga, A.M., Ibáñez, R., Ortiz, I., (2012). State of the

art and review on the treatment technologies of water reverse

osmosis concentrates, Water Res., 46, 267–283.

WHO, (2007). Guidance for the Health and Environmental

Aspects Applicable to Desalination, Public Health and the

Environment World Health Organization, Desalination for Safe

Water Supply, Geneva.

Reahl, E. R., (2006). https://pdfs.semanticscholar.org/5391/

c71537ced99f87e457413e9fb38776dc4abc.pdf 26.12.2017,

26.12.2017.

Reiss, C.R. ve Vergara, B.A., (2003). Demineralization

concentrate management in the St. Johns River water

management district, Florida. In Membrane Technology

Conference Proceedings, Atlanta, Georgia, 2–5 Mart 2003.

American Water Works Association, Denver, Kolorado.

1157

Safrai I. ve Zask A., (2007). Reverse osmosis desalination plants

— marine environmentalist regulator point of view,

Desalination, 220, 72–84.

Sanciolo, P., Ostarcevic, E., Atherton, P., Leslie, G., Fane, T., Cohen,

Y., Payne, M., Gray, S,. (2012). Enhancement of reverse osmosis

water recovery using interstage calcium precipitation,


Sethi, S., Zacheis, A., and Juby, G. (2005). State-of-Science and

Emerging and Promising Technologies for Brine Disposal and

Minimization for Reverse Osmosis Desalination. In: AWWA

Annual Conference Proceedings.

Shih, W., Brandon Y., Marshall, M., DeMichele, D. (2013). Chino II

Desalter Concentrate Management Via Innovative Byproduct. in

American Membrane Technology Association. 2013. San

Anotonio, Teksas.

Squire, D., (1997). Disposal of reverse osmosis membrane

concentrate. Desalination, 108-1, 143-147.

Subramani, A. ve Jacangelo, J.G., (2014). Treatment technologies

for reverse osmosis concentrate volume minimization: a review,

Separation and Purification Technology, 122, 472-489.

Subramani, E., Cryer, L., Liu, S., Lehman, R.İ, Ning, J., Jacangelo,

(2012a). Impact of intermediate brine softening on feed water

recovery of reverse osmosis process during treatment of mining

contaminated groundwater, Separation and Purification

Technology, 88.

Subramani, A., DeCarolis, J., Pearce, W., Jacangelo, J. G. (2012b).

Vibratory shear enhanced process (VSEP) for treating brackish

water reverse osmosis concentrate with high silica content.

Desalination, 291, 15-22.

Sultanate of Oman, (2005). Ministerial Decision No: 159/2005,

Promulgating the bylaws to discharge liquid waste in the marine

environment, Ministry of Regional Municipalities, Environment

and Water Resources.

1158

Susanto, H., (2011). Towards practical implementations of

membrane distillation, Chemical Engineering Process, 50, 139–

150.

Tanaka, Y., (2015). Ion Exchange Membranes, Volume 12,

Second Edition: Fundamentals and Applications (Membrane

Science and Technology), Elsevier.

Tang, W. ve Ng, H.Y., (2008). Concentration of brine by forward

osmosis: performance and influence of membrane structure,


Tun, C.M. ve Groth, A.M., (2011). Sustainable integrated

membrane contactor process for water reclamation, sodium

sulfate salt and energy recovery from industrial effluent,

Desalination 283,187–192.

<URL>: AMTA, (2006). Membrane residuals solutions,

https://www.amtaorg.com/wp-

content/uploads/AMTA_Fall06.pdf., 26.12.2017.

<URL>: Bellona, (2014), https://watereuse.org/wp-

content/uploads /2014/10/WRRF-10-09-webcast.pdf,

26.12.2017.

<URL>: Bleninger T., ve Jirka G.H. (2010). http://www.ifh.uni

karlsruhe.de/science/envflu/research/brinedis/brinedis-

finalreport.pdf, 26.12.2017.

<URL>: DiNatale, (2009),

http://colowqforum.org/pdfs/membrane-

treatment/documents/RO%20Concentrate%20Disposal.pdf,

25.12.2017.

<URL>: DriBoss, (2011). http://www.driboss.com/why-

evaporate, 26.06.2011.

<URL> : Jenkins, (2012). https://www.waterboards.ca.gov/

water_issues/programs/ocean/desalination/docs/dpr051812.p

df, 12.12.2017.

<URL>: Maliva, (2007). http://www.awwa.org/portals/

0/files/education/conferences/membrane/mtc16/membrane%

20papers/tue06%20papers/02-maliva%20paper.pdf,

26.12.2017.

1159

<URL>: Mickley ve Voutchkov, (2015). Database of Permitting

Practices for Seawater Concentrate Disposal,

https://watereuse.org/watereuse-webcast/database-of-

permitting-for-seawater-concentrate-disposal/, 26.12.2017.

<URL>: Mickley, (2017b). Review of Concentrate Management

Options,

https://texaswater.tamu.edu/readings/desal/concentratedispo

sal.pdf, 23.12.2017.

<URL>: State of Israel-Ministry of the Environment (2002).

http://old.sviva.gov.il/Enviroment/Static/Binaries/Articals/des

alination_policy_1.pdf, 20.12.2017.

<URL>: Tarquin, (2010). https://www.twdb.texas.gov/

innovativewater/desal/projects/elpaso/doc/elpaso_Final_Repo

rt_0310.pdf, 12.12.2017.

<URL>: Tinos, NTUA , Culligan S.A, (2017). Report on the

evaluation of existing methods on brine treatment and disposal

practices, solbrine.uest.gr/uploads/files/Deliverable_1.1.pdf,

06.08.2017, 26.12.2017.

<URL>:USGS,(2017).

https://water.usgs.gov/edu/watercycleevaporation.html,

24.12.2017.

<URL>: WaterReuse, (2015). https://watereuse.org/wp-

content/uploads/2015/10/Seawater_Concentrate_WP.pdf,

22.12.2017.

WERF, (2012). Demonstration of Membrane Zero Liquid

Discharge for Drinking Water Systems, A Literature Review,

Water Environment Research Foundation.

Williams, M.D. ve Pirbazari, M., (2003). Biological Sulfate

Reduction (BSR) for Recovering Reverse Osmosis Brine, Quality

Assurance Project Plan for Contract No. 51539, Desalination

Research and Innovative Partnership (DRIP).

Zhang, Y., Ghyselbrecht, K., Vanherpe, R., Meesschaert, B., Pinoy,

L., van der Bruggen, B., (2012). RO concentrate minimization by

electrodialysis: techno-economic analysis and environmental

concerns, Journal of Environmental Management., 107, 28–36.

1160

Zhou, M., Tan, Q., Wang, Q., Jiao, Y., Oturan, N., Oturan, M.A.,

(2012). Degradation of organics in reverse osmosis concentrate

by electro-Fenton process, J. Hazard. Mater., 215–216, 287–293.

(İfs.u

ni-k

arlsr

uhe.d

e, 20

10)

M

embr

an K

onsa

ntre

Deş

arjın

ın O

lası

Et

kile

rini

n Be

lirle

nmes

i İçi

n La

bora

tuva

r Ö

lçek

li Bi

r Ça

lışm

a Gö

rünt

üsü

(ene

rgyr

ecov

ery.c

om, 2

017)

Te

rs O

smoz

Arı

tma

Sist

emle

rind

e K

ulla

nıla

n En

erji

Geri

Kaz

anım

Cih

azla

rını

n İç

Gör

üntü

sü

1161

BÖLÜM 17

MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE MALİYET ANALİZİ

İsmail Koyuncu1,2 , Sevde Korkut1,2, Türker Türken1,2 ve Börte Köse-Mutlu2

17.1. Giriş

Membran teknolojisi, geniş kullanım alanı, konvansiyonel metotlara

göre yüksek çıkış suyu kalitesi ve düşük alan ihtiyacı gibi üstünlükleri

sebebi ile her geçen gün daha da popüler hale gelmektedir. Bu bölümde,

öncelikle membran tesisleri bazında maliyet kalemlerinin toplam

maliyet içerisindeki oranlarından bahsedilecektir. Ardından, membran

teknolojilerinin maliyetleri, toplam maliyetler ve maliyet kalemleri

açısından incelenecektir. Membran teknolojilerinin maliyetleri

incelenirken, kullanım amacına göre maliyetler göz önüne alınarak

karşılaştırma yapılmalıdır. Bu bağlamda, membran teknolojiler beş

gruba ayrılarak maliyetleri açısından incelenecek ve mevcut veriler bir

araya getirilip özetlenecektir. Maliyet farklılıkları açısından membran

teknolojisi incelenirken ele alınacak beş ana grup şu şekilde

sıralanabilir: 1) mikrofiltrasyon veya ultrafiltrasyon membranı içeren

ön arıtma tesisleri, 2) kuyu suyu arıtma veya su yumuşatma amaçlı

nanofiltrasyon ve düşük basınçlı ters osmoz tesisleri, 3) desalinasyon

amaçlı membran tesisleri, 4) endüstriyel atıksu arıtılan membran

tesisleri ve 5) membran biyoreaktör tesisleri. Bu sayede, membran

teknolojisi kullanıcı adayları, kullanım amaçları doğrultusunda verilecek

birim arıtma maliyetleri sayesinde fikir sahibi olabilecek ve ilgili

membran tesisinde maliyeti azaltma adına izlenebilecek stratejilerden

haberdar olabilecektir.

1 İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İTÜ 2 Prof. Dr. Dincer Topacık Ulusal Membran Teknolojileri Uyg-Ar Merkezi, İTÜ

1162

17.2. Maliyeti Oluşturan Unsurlar

Bir membran tesisinde maliyetler, ilk yatırım maliyetleri (İYM) ve

işletme ve bakım maliyetleri (İBM) olarak ikiye ayrılmaktadır. İlk

yatırım maliyetleri, direkt ilk yatırım maliyetleri ve dolaylı ilk yatırım

maliyetleri olarak iki ana sınıf altında incelenebilir. Direkt İYM,

projelendirme ve mühendislik, arazi temini ve düzenlemesi, alt yapı

(elektrik, su ve mekanik) düzenlemeleri, ekipman alımları, membran

alımları ve diğerleri olarak sıralanabilir. Dolaylı İYM ise inşaat işleri ve

bilinmeyen giderlerdir. İşletme ve bakım maliyetleri ise enerji, kimyasal,

parça değişimi, membran değişimi, işçilik, bakım ve diğerleri olarak

sınıflandırılabilir. Maliyet kalemlerinin sınıflandırılması görsel olarak

Şekil 17.1’de verilmiştir.

Şekil 17.1 Membran tesislerinde maliyet kalemleri (Akgül, 2006)

1163

Literatür verileri incelendiğinde, membran tesislerinin İYM ve İBM

maliyetlerinin oldukça farklılıklar gösterdiği görülmektedir. Birim

maliyet tahminlerindeki zorluklar ve çeşitli sonuçlar elde edilmesinin

sebepleri, enerji (yakıt veya elektrik) maliyetlerinin ülkeye göre

değişiklik göstermesi, malzeme ve yapılandırma konusundaki birim

ürün maliyetlerinin ve işçilik maliyetlerinin ülkelere göre değişkenlik

göstermesi ve son olarak, besleme suyunun karakteristiğinin (tuzluluk,

bulanıklık vb.) maliyete etkisi sıralanabilir.

17.2.1. İlk Yatırım Maliyetleri (İYM)

İlk yatırım maliyetleri, arazi temini ve düzenlenmesi, projelendirme ve

mühendislik (kimi kaynaklarda danışmanlık olarak geçmektedir), su,

elektrik ve mekanik altyapı işleri, bütün ekipmanlar, membranlar ve

inşaat mühendisliği maliyetlerini kapsamaktadır (Judd, 2017).

Projelendirme ve mühendislik, ülke bazlı olarak değişkenlik

göstermektedir. Literatür incelendiğinde, projelendirme ve

mühendisliğin toplam maliyet içerisindeki yüzdesinin oldukça geniş bir

aralıkta değiştiği ve hatta bazı çalışmalarda maliyet kalemi olarak

hesaba katılmadığı görülmektedir. Arazi temini ve düzenlenmesi, ülkeye

ve hatta şehire ve konuma göre oldukça değişkenlik göstermektedir. Bu

sebeple, örnek maliyetler incelenirken mevcut tesisin maliyet kalemleri

ayrıntılı olarak ayrı ayrı verilmekte ise arazi maliyetlerine dikkat

edilmeli ve ülkemiz ile karşılaştırılmalıdır. Bir diğer seçenek ise birim

arazi maliyetleri benzer şehirlerin örneklerine odaklanmaktır.

Arazi düzenlemesi ise seçilen arazinin tesise uygun bir hale getirilmesi

için hafriyat çalışmalarının veya güçlendirmelerinin yapılmasıdır. İnşaat

mühendisliğinin en maliyetli kalemleri olan hafriyat kalemi de ülke

bazında değişkenlik göstermektedir. Bunun haricindeki inşaat

masrafları, tesis binaları olarak hesaplanmaktadır (Van der Bruggen ve

diğ. 2001).

1164

Mekanik işleri, borulama işleri, pompaj hatlarının ve pompaların

ayarlanmasını içermektedir. Amortisman periyodu 15 yıldır. Elektrik

mühendisliği ise enerjinin iletimi için gerekli kablolama ve

transformatörlerin ayarlanmasını içermekte ve mekanik altyapı gibi

amortisman periyodu 15 yıl olarak kabul edilmektedir.

İlk yatırım, işletme ve bakım maliyetlerinin ortak ve en maliyetli

kalemlerinin ekipman ve membran maliyetleri olduğu söylenebilir.

Ekipmanlar ve membranlar, İYM’ye dahil edilmeli ve işletme sırasında,

bakımı ve onarımı gerçekleştirilmelidir. Ayrıca, kullanım ömürlerini

tamamladıklarında yenilenmelidirler. Membran maliyetleri, ön arıtma,

nanofiltrasyon ve ters osmoz membranları seçimine göre oldukça

farklılık göstermektedir. Membran maliyeti, kullanılacak membranların

alanı ile doğru orantılıdır. Membran alanı, tesis kapasitesi (debisi) ve

besleme suyunun filtrasyonunda gözlenen süzüntü akısına bağlıdır.

Membranların ömrü kullanımlarına göre değişmekte olup 5-10 yıl

olarak öngörülmektedir.

17.2.2. İşletme ve Bakım Maliyetleri (İBM)

Bir membran prosesinin işletmesi ve bakımı genellikle alternatif klasik

proseslerden daha karmaşıktır (Judd, 2017). Dolayısıyla, işletme ve

bakım maliyetleri konvansiyonel tesislere göre yüksek olabilmektedir.

Büyük ölçekli membran kurulumunun işletme maliyeti, enerji ve

kimyasal ihtiyacı, membran yenileme, işçilik ve bakım servisi ve diğer

unsurları (su kaynağı ve atıksu deşarj yükleri) teşkil etmektedir.

İşletme maliyetlerinin en yüksek maliyete sahip kalemleri, enerji

ihtiyacı ve membran değişimidir. Genel olarak, bu iki kalemin de

membranların kullanımının optimize edilmesi ile azaltılabileceği

söylenebilir (Judd, 2017).

Enerji ihtiyacı, büyük ölçüde basınç sürücü kuvvetli membran

kullanımında önemli olmaktadır. Membranlar tıkandıkça süzüntü eldesi

1165

zorlaşmakta ve işletme süresince basınç artmaktadır. Sabit süzüntü akısı

hedeflendiğinde artan basınç sebebiyle enerji sarfiyatları da

artmaktadır. Kullanılan membrana ve besleme suyunun karakteristiğine

göre süzüntü eldesi için gereken birim enerji oldukça değişkendir.

Benzer çalışmalar örnek alınmalı ya da yatırım öncesi laboratuvar ya da

pilot ölçekli çalışmalar yapılarak enerji sarfiyatları ortaya konulmalıdır.

Kimyasal sarfiyatları da membran tesisinin kullanım amacına göre

değişkenlik göstermektedir. Kimyasallar, membranların tıkanmasını

engellemek ya da tıkanan membranların geri dönüştürülebilir

tıkanmalarını azaltmak amacı ile belirli periyotlarda

gerçekleştirilmektedir. Bu kalemin maliyeti de membranların tıkanması

ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Ayrıca, membran tesisinin

kullanım amacı doğrultusunda besleme suyunda gerçekleştirilecek bazı

ön arıtma (membran ömrünü arttırmak için) ya da son arıtma

(dezenfeksiyon veya mineralizasyon gerçekleştirmek için) işlemleri de

uygulanabilmektedir. Bu tarz proseslerin mevcut olduğu membran

tesislerinin kimyasal sarfiyatları daha yüksek olmaktadır. Optimizasyon

için ön çalışmalar yapılabilir ya da tesis işletmecisinin tecrübesi

doğrultusunda işletme süresince yapılacak iyileştirmeler ile azaltılabilir.

Membran tesislerinin işçilik ve bakım maliyetleri, diğer kalemler kadar

yüksek maliyetlere sahip olmasalar da önemli kalemlerdir ve hesaba

katılmaları sağlıklı maliyet tahminlerinin yapılabilmesi için önem arz

etmektedir.

17.2.3. Maliyeti Etkileyen Bazı Faktörler

17.2.3.1. Membran Tesislerinde Ön Arıtmanın Maliyete Etkisi

Ön arıtma, özellikle ters osmoz ve nanofiltrasyon sistemlerinde önemli

noktalardan biridir ve sistemlerin performansı için kaçınılmaz bir

yatırımdır. Tipik olarak, ön arıtma ünitesinin maliyeti, besleme suyunun

kalitesine bağlı olarak ilk yatırım maliyetinin %35’ine kadar

1166

çıkabilmektedir. Ön arıtması iyi tasarlanmamış ya da kurulmamış

membran tesislerinde membranlar, tıkanma sebebi ile zaman içerisinde

performanslarını kaybetmeye mahkumdur. Eğer, geri dönüşümlü bir

performans kaybı mevcut ise çeşitli kimyasallar kullanılarak

uygulanacak uygun membran temizleme prosedürleri ile membranlar

ilk baştaki debi ve su kalitesi değerlerine yaklaşabilirler. Fakat, geri

dönüşümsüz bir tıkanma gerçekleşmiş ise bunu geri döndürmek

mümkün olmayabilir. Ön arıtması yeterli olmayan birçok tesiste

kullanılmaz duruma gelen membranlar atılmak durumunda

kalınmaktadır. Bu da membran maliyetlerini arttıracağından yatırımcı

ve/veya işletmeci için hesaba katılmayan bir maliyet kalemi olarak

ortaya çıkacaktır. Bir membran tesisinde, beklenmeyen bir anda

işletmeci tahmin edemediği şekilde ve beklenilenden önce bir membran

yenileme durumu ile karşı karşıya kalmakta ise atıl duruma çıkan

kullanılmış membranda membran otopsisinin yapılması ilerleyen

işletme yıllarında aynı hatalara düşmemek açısından faydalı

olabilmektedir (Detaylı bilgi için Bölüm 18’i inceleyiniz).

Ön arıtmanın en önemli amacı, bulanıklık giderimidir. Spiral sargılı ince

film kompozit membranların kullanıldığı bir membran prosesine

beslenecek sudaki bulanıklığın 1 NTU değerinden az ve SDI değerinin ise

en fazla 3 olması istenmektedir. 1000 m³/gün kapasiteli bir sistemde

kuyu suyu kullanılması durumunda takribi 20 m/st kesit hızı sağlanan

1600 mm çapında bir basınçlı kum filtresi yeterli olabilirken, yüzey suyu

kullanılması durumunda 10 m/st’ten daha düşük kesit hızında ve en az

2500 mm çapında bir kum filtresi kullanılması gerekmektedir. Bu

filtrelerden ikincisi, ilkine oranla yaklaşık %80 daha yüksek maliyetlidir.

Kesit hızı 12 m/st seçilirse, 1600 mm çapındaki filtreye göre %40 daha

yüksek maliyetli olmaktadır. 5000 m³/gün kapasiteli sistemde, 12 m/st

kesit hızlı filtrenin, 20 m/st kesit hızlı bir filtreye oranla maliyeti %60

daha yüksek olmaktadır (Başaran, 2015).

Kuyu suyu arıtımında rastlanan bir diğer problem ise yüksek demir ve

mangan konsantrasyonlarıdır. Çözünmüş manganı okside etmek

amacıyla permanganat kullanılmaktadır. Maliyeti, klora oranla daha

1167

yüksektir ve sadece manganın oksidasyonu söz konusu olduğunda

kullanımı tercih edilmektedir. Hipokloritin ve permanganatın birim

maliyetleri sırası ile 0,35 $/kg ve 2,50 $/kg’dır. İşletme maliyeti

açısından örnek verilmek istenirse, 3 mg/lt mangan içeren bir sudan

mangan gidermek amacıyla kullanılan permanganatın birim maliyeti

yaklaşık 0,015 $/m3’tür. Besleme suyundaki mevcut mangan için kum

filtresinin üst tabakasına antrasit yerleştirilerek mangan için uygun bir

oksidasyon ve tutulma tabakası oluşturulabilir. Antrasit maliyeti yüksek

bir dolgu malzemesidir ve ortalama fiyatı 0,90 $/kg’dır. 2 mg/lt mangan

içeren 5000 m³/gün kapasiteli bir sistemde antrasit maliyeti, yaklaşık

9000 $ civarında olmaktadır (Başaran, 2015).

Membran tesisinin besleme çözeltisinde organik maddeler yüksek

konsantrasyona sahip ise uygulanabilecek en düşük maliyetli sistem,

aktif karbon filtresidir. Tipik olarak, 1000 m³/gün kapasiteli ve 5 dakika

temas süresi sağlanan bir sistemde aktif karbon filtresinin maliyeti, 3

dakika temas süreli aktif karbon filtreye oranla %40 daha fazladır.

Yüzey sularının organik madde içeriği yüksek olduğu için aktif karbon

filtresi yatırımı önemli bir maliyettir. Aktif karbon zamanla tükendiği ve

biyofilm oluşumu gözlenebileceği için genelde 1-2 yıl içerisinde

değiştirilmeleri gerekmektedir. Bu da, aktif karbon için işletme maliyeti

(membran ya da ekipman yenileme gibi) oluşturmaktadır. Yatırımcı, ön

çalışmalar ve besleme suyu karakterizasyonu ile bu tarz bir ön

arıtmanın gerekliliğine karar vermeli ve birim işletme ve bakım (İBM)

maliyeti hesabında dikkate alınmalıdır (Başaran, 2015).

17.2.3.2. Membran Seçiminin Maliyete Etkisi

Membran tesisinin ilk yatırımında ve işletiminde en önemli maliyet

kalemi olan membranların doğru seçimi, maliyetlerin düşürülmesi

açısından oldukça önemlidir. Piyasada yaygın olarak bulunan ve

kullanımı tercih edilen spiral sargılı ince film kompozit membranlar,

tuzlu su (brackish water-BW) ve deniz suyu (sea water –SW) ters osmoz

membranları ile nanofiltrasyon membranları şeklinde sıralanabilir. Bu

1168

üç model membran arasındaki fark besleme suyu tuzluluğuna göre

kullanılabilirlikleri ve giderme verimleridir.

Membran tesisinin tasarımında amaca uygun ön ve ileri arıtma için

membranlarının doğru seçilmesi, İYM ve İBM açısından oldukça

önemlidir. Yanlış membran seçiminin sebebi istenilen özelliklerin ve

kapasitenin üzerinde bir membran seçilmesi ile ilk yatırım maliyeti

lüzumsuz şekilde artmaktadır. Bunun yanı sıra, malzemesi ya da başka

bir teknik özelliği sebebiyle yanlış tercih edilen membran dolayısıyla,

membranlar ile istenilen arıtma verimine ulaşılamayabilir ve membran

değişimine gidilmesi gerekebilmektedir. Ayrıca, membranlar besleme

suyuna ve kapasiteye uygun seçilmediğinde, beklenilenden çabuk

tıkanabilir ve enerji maliyetleri artabilir (Sterlitech, 2017).

17.2.3.3. Besleme Suyu Kalitesinin Maliyete Etkisi

Besleme suyunun tuzluluğunun ve sıcaklığının maliyet üzerinde sistem

tasarımı ve işletme basıncı bakımından çok önemli etkisi

bulunmaktadır. Tuzluluk oranı, membran tipini, membran adedini,

işletme basıncını, borulama malzemesini ve kimyasal tüketimini

etkilemektedir. Suyun tuzluluğu arttıkça sistemin ürün debisi de

azalmaktadır. Örneğin, 1000 m³/gün kapasiteli 500 mg/lt tuzluluktaki

bir kuyu suyu ters osmoz sistemi için gerek duyulan işletme basıncı

yaklaşık 6 bar iken, 2000 mg/lt tuzlulukta gerek duyulan basınç yaklaşık

10 bardır (Başaran, 2015).

Besleme suyu sıcaklığında bir artış, membran boyunca su ve tuz

geçirgenliğini artırmaktadır. Bununla birlikte, çoğu TO tesisi sabit bir

debide çalıştırılmaktadır. Bundan dolayı, sıcaklıktaki bir artış süzüntüde

tuzluluk artışına neden olmaktadır. 1°C'lik bir artış, tuz geçirgenliğini

%3-5 oranında artırabilir (Wilf ve Klinko, 2001). Yüksek besleme suyu

sıcaklıkları bekleniyorsa, süzüntüde yeterince düşük bir TÇM

konsantrasyonu elde etmek için birden fazla kademeye ihtiyaç

duyulabilir. Sıcaklık ise en çok işletme basıncını doğrudan

1169

etkilemektedir. Suyun sıcaklığı arttıkça uygulanması gereken basınç

azalmaktadır. Örneğin, 1000 m³/gün kapasiteli 2000 mg/lt tuzluluktaki

bir ters osmoz sistemine 10°C su sıcaklığında 13 bar basınç uygulanması

gerekirken 25°C su sıcaklığında 10 bar’dan az basınç yeterli olmaktadır.

Bu durum, hem işletme maliyetini hem de daha güçlü pompa

seçiminden dolayı ilk yatırım maliyetini arttırmaktadır (Başaran, 2015).

İşletme basıncı, seçilecek modülün basınç dayanımını da belirlediği için

maliyeti de etkilemektedir. Deniz suyu sistemlerinde 69 bar basınca

dayanıklı modüller seçilmekte ve bu modüller 20-40 bar modüllere

oranla %35 daha pahalı olmaktadır (Başaran, 2015). Yeraltı suyu

kullanıldığında sıcaklık, 0-25°C kabul edilmektedir. Bu yüzden kışın

yapılan kurulumlarda kapasite kaybı olmaktadır. Gerekirse, besleme

basıncını artırılarak, dengelenebilmektedir. Ayrıca, su ihtiyacı genellikle

kışın daha azalmakta ve bu problem çözülmüş olmaktadır. Yazın daha

düşük basınçlarda işletilmektedir. Ancak bu sefer de su ihtiyacı

artmaktadır. Yaz ve kıştaki enerji tüketim farkı sıcaklık sabit alınarak

kapatılabilmektedir (Judd, 2017). Tablo 17.1’de besleme suyu

karakterinin İYM ve İBM üzerine etkisi özetlenmiştir.

Tablo 17.1 Besleme suyunun İYM ve İBM üzerine etkisi (Başaran, 2015)

Durum Birincil etki İYM üzerine

etkisi

İBM

üzerine

etkisi

Su kalitesine

etkisi

Bulanıklık Artarsa basınç

artar

Pompa maliyeti

artar Artar

Arıtılmış su

kalitesi düşer

Sertlik Artarsa basınç

artar

Pompa maliyeti

artar Artar

Arıtılmış su

kalitesi düşer

Tuzluluk Artarsa basınç

artar

Pompa maliyeti

artar Artar

Arıtılmış su

kalitesi düşer

Sıcaklık Artarsa basınç

azalır

Pompa maliyeti

azalır Azalır

Arıtılmış su

kalitesi düşer

Demir/

Mangan

Artarsa basınç

artar

Pompa maliyeti

artar Artar

Arıtılmış su

kalitesi düşer

1170

17.2.4. Maliyet Hesaplamalarında Kullanılan Yaklaşımlar ve

Modeller

Membran tesislerinin ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin hesaplanması

için pek çok değişik yaklaşım bulunmaktadır. Matematiksel formüller ile

hesaplanan maliyetler, laboratuvar ölçekli çalışmalar ile

desteklenebileceği gibi çeşitli bilgisayar destekli hesaplama modelleri

kullanılarak da süreç kolaylaştırılabilmekte ve hızlandırılabilmektedir.

Mevcut maliyet tahmini yöntemleri ve yazılım paketleri, tarama,

fizibilite, konsept çalışması veya bütçe, yetki ve kontrol gibi farklı

amaçlar için kullanılabilir ve ± %10 ile %50 arasında değişen bir

doğruluğa sahiptir (Pinto ve Marques, 2017). Su maliyeti tahmin

metodolojileri, öncelikle ana maliyet belirleyicilerini tanımlamalı ve

belirlemelidir. Ardından, herhangi bir tesis için su maliyeti tahmini

doğrultusunda yapılandırılmış ve anlaşılır bir prosedür geliştirmelidir.

Tahminler, fizibilite çalışmalarının geliştirilmesini sağlayan proje,

planlama ve bütçeleme veya alternatif teknolojlerin karşılaştırabilmesi

için geniş bir perspektifte olması gerekmektedir. Bu başlıkta, iki maliyet

modeli hesaplama formülleri ve yaklaşım/kabulleri ile verilecek ve

ardından kullanılabilecek bilgisayar destekli maliyet modellerinden

bahsedilecektir.

17.2.4.1. Verberne Maliyet Modeli

Verberne Maliyet Modeli (VMM), denklemlerin pratik proje verilerine

dayandığı ve basit deneysel sonuçlara dayanan membran su arıtım

sürecinin maliyetinin tahmin edilmesinde kullanıldığı için özellikle ilgi

çekicidir (Ang ve diğ., 2017). Bununla birlikte VMM, membran kirlenme

eğilimini göz önüne almaktadır. Temelde, VMM kullanılarak maliyet

değerlendirmesi, membran filtrasyon işleminin besleme akışı ve işletme

basıncına dayanarak hesaplanmıştır (Sethi ve Wiesner 2000; Bick ve

diğ., 2012). Verberne Maliyet Modeli ile ilgili ayrıntılar aşağıda

sunulmuştur.

1171

İlk Yatırım Maliyetleri

İnşaat yatırımları (Tesis ünitelerinin yer alacağı binaları kapsamaktadır

ve amortisman süresi 30 yıldır):

Cinşaat = 862.QF + 1239n (17.1)

Burada,

QF : Süzüntü akısını (m3/st)

n : Membran modülü sayısını

göstermektedir.

Mekanik mühendislik harcamaları

Pompalar, filtreler ve borulamalar vb. gibi mekanik mühendisliği

maliyetlerini içermektedir. Amortisman süresi 15 yıldır.

Cmek = 3608QF 0,85 + 908n (17.2)

Elektroteknik yatırımlar

Enerji ihtiyacı, kontrol mühendisliği ve tüm elektronik ekipmanların

maliyetlerini içermektedir. Amortisman süresi 15 yıldır.

Celektro = 1,4 x 106 + 54.P.QF (17.3)

Burada,

P : İşletme basıncını (bar)

göstermektedir.

1172

Membran yatırımları

Membran gereksinimlerinin giderilmesi içermektedir. Membranların

ömrü için 5 yıl süre belirlenmiştir

Cmembran = 1000n (17.4)

Toplam yatırım maliyeti ve amortisman bedelleri

Toplam yatırım maliyeti

Ctoplam= Cyatırım = Cinşaat + Cmek + Celektro + Cmembran (17.5)

şeklinde hesaplanabilir.

İşletme ve Bakım Maliyetleri

Amortisman maliyeti

Amortisman hızı ilk yatırım maliyetlerine göre hesaplanmakta ve

yatırımlar lineer olarak amortize edilmektedir.

𝐶𝑎𝑚𝑜𝑟𝑡𝑖𝑠𝑚𝑎𝑛 = 𝐶𝑖𝑛ş𝑎𝑎𝑡

30+ (𝐶𝑚𝑒𝑘 + 𝐶𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜)/15 +

𝐶𝑚𝑒𝑚𝑏𝑟𝑎𝑛

5

(17.6)

Enerji maliyeti:

Sarfiyat maliyetleri, enerji maliyeti ve kimyasal maliyeti olarak iki ana

bileşende hesaplanır. Enerji maliyeti, 40 Wh/m3 beslenen

suyu/uygulanan basınç (bar) ve elektrik maliyeti ise 0,059 $/kWh

olduğu kabul edilerek,

Cenerji = 40.P.QF x 0,05/1000 x 24 x 365 (17.7)

1173

şeklinde hesaplanabilir.

Kimyasal maliyeti

Birim kimyasal maliyetinin 0,029 $/m3 süzüntü olduğu kabul edilerek

kimyasal maliyeti

Ckimyasal= 0,029 .QF x 24 x 365 (17.8)

şeklinde hesaplanabilir. Toplam sarfiyat maliyeti,

Csarfiyat= Cenerji + Ckimyasal (17.9)

şeklindedir.

Bakım maliyetleri

Bakım maliyetleri ise toplam ilk yatırım maliyetinin %2’si olarak kabul

edilebilir.

Cbakım = 0,02.Cyatırım (17.10)

İşletme maliyetleri

Spesifik işletme maliyetleri, kalite kontrol ve işletme işlemlerini

içermekte ve toplam ilk yatırım maliyetinin %4’ü olarak kabul

edilmektedir. Spesifik yatırım maliyeti

Cspesifik = 0,04.Cyatırım (17.11)

ile hesaplanabilir.

1174

Toplam işletme maliyeti,

Toplam işletme maliyeti,

Cişletmevebakım = Camortisman + Csarfiyat + Cbakım + Cspesifik (17.12)

ifadesi ile hesaplanır.

17.2.4.2. Macedonio Maliyet Modeli

Macedonio ve arkadaşları (Macedonio ve diğ., 2007) tarafından

oluşturulan ekonomik modele göre kullanılan denklemler ise şu

şekildedir:

İlk Yatırım Maliyetleri

Amortisman faktörü:

a=(i.(1+i)n)/(1+i)n-1) (17.13)

Burada,

i : Faiz oranını (%5 kabul edilmiştir)

n : Tesis ömrünü (30 yıl kabul edilmiştir)

göstermektedir.

Yıllık sabit ücretler:

Yıllık sabit ücretler,

Asabit = a x DY

(17.14)

1175

ile hesaplanır.

Burada,

DY : Direkt ilk yatırım maliyetlerini

göstermektedir.

Dolaylı ilk yatırım maliyeti:

Toplam doğrudan ilk yatırım maliyetinin %10’u olarak kabul

edilebilmektedir.

İşletme ve Bakım Maliyetleri

Yıllık enerji maliyeti

Aelektrik = c x w x f x m x 365 (17.15)

ile hesaplanmaktadır. Burada,

c : Elektrik maliyeti (009 $/kW.st kabul edilmiştir)

w : Spesifik elektrik gücü sarfiyatını (kWh/m3)

f : Tesis çalışma verimini (0,9 olarak kabul edilmiştir)

m : Tesis kapasitesini (m3/gün)

göstermektedir.

Yıllık buhar maliyeti:

Abuhar = s x G x f x 365 (17.16)


1176

s : Isıtma amaçlı gerekli olan buhar maliyetini ($/m3)

G : kütlesel debiyi

göstermektedir.

Yıllık kimyasal maliyeti:

Akimyasal = k x f x m x 365

(17.17)

Burada;

k : Spesifik kimyasal maliyeti (0,025 $/m3 kabul edilmiştir, eğer ön

arıtma olarak MF tercih edilir ise bu değer 0,018 $/m3 kabul edilebilir)

göstermektedir.

Yıllık işçilik maliyeti:

Aişçi = Ɣ x f x m x 365 (17.18)

ile hesaplanmaktadır. Burada;

γ : Spesifik işçilik maliyetini (0,05 $/m3 kabul edilmiştir, eğer ön

arıtma olarak MF tercih edilir ise bu değer 0,03 $/m3 kabul edilebilir)

Yıllık tuzlu su (konsantre) bertaraf maliyeti:

Atuzlu su = b x B x 365

(17.19)


b : Spesifik tuzlu su bertaraf maliyeti

(0,0015 $/m3 kabul edilmiştir)

B : Bertaraf edilecek tuzlu su debisini

1177

göstermektedir.

Yıllık bakım ve yedek parçaların maliyeti:

Abakım = p x m x f x 365 (17.20)

ile hesaplanmaktadır. Burada;

p : Spesifik bakım ve parça onarım maliyeti

(0,044 $/m3 kabul edilmiştir)

göstermektedir.

Yıllık membran yenileme maliyeti:

Amembran şeklinde ifade edilir.

Yıllık NaCO3 maliyeti:

ANaCO3 = tuz fiyatı x f x 365

(17.21)

ile hesaplanmaktadır. Burada, tuz fiyatı $/kg olarak seçilen ve kullanılan

tuz kimyasalına göre değişkenlik göstermektedir. (temsili olarak NaNO3

kullanılmıştır).

Toplam yıllık maliyet:

Atoplam = Asabit + Adol + Aelektrik + Abuhar + Akimyasal + Aişçi + Atuzlu su + Abakım

+ Amembran + ANaCO3

ile hesaplanmaktadır. Birim Üretim Maliyeti:

(17.22)

Abirim = Atoplam /(f x m x 365)

(17.23)

ile hesaplanabilir.

1178

Tüm bunlara ek olarak, membran yenileme hızı %10 ve %20 arasında

değişkenlik göstermekte ve tuzluluğun değerine göre değişmektedir.

Pompaj ve enerji geri kazanım sistemi maliyetleri şu şekilde

hesaplanabilir:

Maliyetpompa veya turbin = 0,0151 x Ge x P

Burada,

Ge : Kütlesel debiyi (kg/st) göstermektedir.

(17.24)

Çalışmada, NF/TO membran maliyeti, 30 $/m2 kabul edilmiştir.

17.2.4.3. Bilgisayar Destekli Maliyet Modelleri

WTCost II programı kullanılarak desalinasyon maliyet modelleri

geliştirilmiştir. Temel olarak Microsoft Excel kullanılmaktadır. Bu

bağlamda, Global Water Intelligence (GWI), “Global Water Intelligence

Desaldata.com SWRO Maliyet Tahminci” adlı bir web tabanlı maliyet

modeli yayımlamıştır. Bu çevrimiçi araç, bir deniz suyu ters osmoz

arıtma tesisinin, yani desalinasyon amaçlı TO tesisi, ilk yatırım

maliyetini tahmin etmek için kullanılan tescilli bir modeldir (Huehmer,

2010).

CH2M HILL, CH2M HILL Parametrik Maliyet Tahmini Sistemi veya CPES

olarak bilinen bir model de geliştirilmiştir. Model, bir kütle denge aracı

ve yaklaşık 60 farklı birim işlemden meydana gelmiş parametrik model

serisinden oluşmaktadır. Modellerin işlevselliğinin, karşılaştırması

Tablo 17.2'de verilmektedir. Her üç model de İYM tahminleri

sağlayabilir. Ayrıca, WTCost II ve CPES tarafından GWI SWRO Maliyet

Tahmincisi üzerinden daha fazla işlevsellik sağlanmıştır.

1179

Maliyet tahmin araçlarını karşılaştırmak için plaj kuyuları ve atık

enjeksiyon kuyuları kullanan 30.000 m3/gün deniz suyu desalinasyon

tesislerinin maliyet tahminleri hazırlanmıştır. Tahminden önce WTCost

II ve CPES için maliyet veri tabanları, en son Mühendislik Haberleri

Endeksi endeksleri için güncellenmiştir. Tablo 17.3, elde edilen

sonuçları özetlemektedir. Değerler, metre küp başına 1066 ila 1400 $

arasında değişmiştir (Huehmer, 2010).

17.3. Membran Tesisleri Maliyetleri

Bu alt bölüm, çeşitli kurulu membran tesislerinin maliyetleri baz

alınarak tesislerin ilk yatırım, işletme ve bakım maliyetleri hakkında

bilgi ve fikir verilmesi amacıyla yazılmıştır. Beş ana membran tesisi

yaklaşımı ile İYM, İBM hakkında genel bilgiler ve uygulama örnekleri ile

maliyet kalemlerinin detaylı verileri sunulacaktır. Beş ana membran

tesisi, MF ve UF sistemleri, kuyu suyu arıtımı ve su yumuşatma amaçlı

kurulan NF tesisleri, su eldesi amaçlı kurulan desalinasyon TO tesisleri,

endüstriyel atıksu arıtımı amaçlı NF ve TO tesisleri ve atıksu arıtımında

kullanılan MBR tesisleri şeklinde olabilir.

17.3.1. Milrofiltrasyon (MF) ve Ultrafiltrasyon (UF) Tesislerinin

Maliyetleri

MF/UF sistemleri, nanofiltrasyon ya da ters osmoz membranları

öncesinde bir ön arıtma veya direkt olarak düşük bulanıklı suların

arıtılması amacıyla kurulmuş olabilir. Her ikisinde de maliyetler, sadece

tesisin debisi ve tercih edilen MF ya da UF membranlarına göre

değişmektedir ve birim maliyetler benzerlik göstermektedir.

1180

Tablo 17.2 Bilgisayar destekli maliyet modellerinin karşılaştırılması (Huehmer, 2010)

Model Özellikleri GWI SWRO Maliyet

Tahminci WTCost II CH2M HILL CPES

Tip Parametrik Model Hibrit Parametrik/

Katsayılı (Factored)

Hibrit Parametrik/


Bilgisayar tabanlı Hayır.

Web tabanlı

Evet Evet

Uygulama alanı

Tuzlu su

Deniz suyu

Üçüncül geri kazanım

Hayır

Evet

Hayır

Evet

Evet

Evet

Evet

Evet

Evet

Ayarlanabilir geçirgenlik

kalitesi

Hayır Hayır Evet

Projeksiyondan veri girişi Hayır Evet Evet

Konum ayarlama faktörleri Evet Hayır Evet

Yapılandırılabilir maliyet veri

tabanı Hayır Evet Evet

Değişken ham su kalitesi Evet Evet Evet

Ön ekipman listesi Hayır Hayır Evet

Motor takvimi Hayır Hayır Evet

1181

Tablo 17.2 Bilgisayar destekli maliyet modellerinin karşılaştırılması (Huehmer, 2010)

Model Özellikleri GWI SWRO Maliyet

Tahminci WTCost II CH2M HILL CPES

Tip Parametrik Model Hibrit Parametrik/


Hibrit Parametrik/


Emme / deşarj Evet Evet Evet

Farklı proses dizileri Hayır Evet Evet

Alan tahmini Hayır Hayır Evet

Yatırım maliyeti tahmini Evet Evet Evet

İşletme maliyeti tahmini Hayır Evet Evet

Toplam su maliyeti tahmini Hayır Evet Evet

Halka açık Evet Evet Şahsi kullanım

1182

Tablo 17.3 Çeşitli bilgisayar destekli maliyet modelleri ile elde edilen

sonuçların karşılaştırılması (Huehmer, 2010)

GW I WTCost II

CH2M HILL

CPES

Kapasite 30.000 30.000 30.000

İBM ($) 41.000.000 32.000.000 42.000.000

Birim maliyet

($/m3) 1366 1066 1400

Platform Web tabanlı MS Access

w/VB

MS Excel

w/VB

17.3.1.1. İlk Yatırım Maliyetleri

MF/UF tesislerinin maliyeti, genel olarak ileri arıtmalı membran

sistemlerinin maliyetinden oldukça düşüktür. Günümüzde,

konvansiyonel ön arıtma, hem yüksek alan ihtiyacı sebebi ile hem de

MF/UF ile ön arıtımın maliyetinin her geçen gün azalması ile tercih

edilmemeye başlanmıştır. MF veya UF membran sistemleri için ilk

yatırım maliyetinin hesaplanmasında genelde aşağıdaki ekipmanlar göz

önünde bulundurulmaktadır:

Besleme pompası

Izgaralar

Ön kaba filtre

Membran üniteleri

Geri yıkama üniteleri

Hava üfleyici (Blower)

Kimyasal yıkama (CIP)

Yardımcı ekipmanlar (tanklar, vanalar, cihazlar ve problar)

PLC ve SCADA

Elektrik cihazları

1183

MF/UF membran sistemi maliyeti, özellikle müşteri, tasarımcı ve

ekipman tercihlerine bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Bir proje

için maliyetin hesaplanmasında bazen beklenmeyen ilave ekipmanlar,

maliyetin artmasına neden olabilmektedir. Örneğin,

Daha büyük binalar veya daha kompleks binaların yapımı

Daha kompleks kontrol merkezinin kurulumu

Membran arıtma havuzu inşaatında kullanılan betonun maliyeti

Borulama veya havalandırma sistemlerini birleştiren kompleks

membran sistemleri veya daha büyük çaplı kurulum

Membran ünitelerinin yerinde kurulumu

Vinç ekipmanlarının maliyeti

Membran filtrasyonu ekipmanları için genelleştirilmiş maliyetler Şekil

17.2’de gösterilmiştir. Membran ekipmanı maliyeti membran akısının

bir fonksiyonu olduğundan (yüksek akı daha az membran, daha az

modül ve bunlara bağlı olarak daha az ekipman demektir) grafikte

yüksek, orta ve düşük akı olarak üç farklı çizgi sağlanmıştır. Yüksek, orta

veya düşük membran akısı konsepti değerlendirmeye alınan üreticinin

özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.

Yüksek akı olarak adlandırılmış eğri, düşük bulanıklık ve toplam organik

karbon değerleri içeren yüksek kaliteli bir su veya TOK değerinin

giderildiği böylece akının arttığı bir ön arıtma uygulanmış su için

uygundur. Bir diğer yandan düşük akı olarak adlandırılmış eğri ise

yüksek bulanıklık/TOK değerleri içeren veya bir geri kazanılacak atıksu

gibi arıtılması zor sular için maliyetleri temsil etmektedir.

Kapasiteye bağlı olarak bir MF/UF membran arıtma tesisi için ekipman

dahil inşaat maliyetleri Şekil 17.3’te verilmiştir. Maliyetler, mütevazı bir

mimariye sahip bina içeren arıtma tesisini kapsamaktadır. Ayrıca,

tesisin gelecekteki büyümeleri için gerekecek altyapı yenileme

ihtiyaçları dikkate alınmamıştır. Sağlanan maliyetler şunları

içermektedir:

1184

Şekil 17.2 Membran ekipman maliyetleri (AWWA, 2005’ten

uyarlanmıştır.)

Proses inşası

Yerleşim yeri işleri (inşaat)

Ekipman montajı (mekanik, elektrik)

Tesisi işletmeye alma ve operatör eğitimleri

Ortak SCADA sistemi

Ham su pompalama

Aşağıdaki kalemler, maliyet hesabına dahil edilmemiştir:

Arazi edinme (satın alma)

Yerleşim yerinin geliştirilmesi (yeni yollar ve elektrik

bağlantılarının yapılması)

Ek yapılar (Yönetim binaları, laboratuvar, bakım binaları gibi)

Ham su depolama

Su alma yapısı

Arıtılmış suyun depolanması

Atık çamur arıtımı ve uzaklaştırılması

Ön arıtma ekipmanı

İsale hattı

1185

Proje yönetimi

Hem endüstriyel sektörde hem de atıksuların arıtılmasında düşük

maliyet nedeniyle MF kullanımı yaygındır. UF’de oldukça tercih edilen

bir ön arıtma membranıdır. Mevcut UF piyasası yaklaşık olarak 200

milyon $/yıl’dır. MF/UF tesisinin İYM maliyeti, debi arttıkça

artmaktadır. Eğer debi, 55-110 m3/gün aralığında ise İYM 100000 $’dan

az olmaktadır. Eğer debi 550-1100 m3/gün arasında ise İYM, 250000 $

ila 450000 $ arasında değişmektedir. Eğer debi 2725 m3/gün’den fazla

ise İYM, 500000 $ ila 1 milyon $ arasında olabilmektedir. 72000 m3/gün

debili bir UF tesisinin ilk yatırım maliyeti yaklaşık 10 milyon $

civarındadır (Samcotech, 2017).

Şekil 17.3 MF/UF membran tesislerinin ekipman dahil maliyetleri

(AWWA, 2005’ten uyarlanmıştır.)

17.3.1.2. İşletme ve Bakım Maliyetleri

İşletme maliyeti, bir membran arıtma tesisinin işletilmesi ile bağlantılı

bütün yıllık giderleri kapsamaktadır. Yıllık işletme maliyetinin içerdiği

gider kalemleri şu şekilde sıralanabilmektedir:

1186

Enerji

Besleme/süzüntü pompası

Geri yıkama pompası

Proses havalandırması

Basınçlı hava

Temizleme çözeltilerinin ısıtılması

Kimyasal

Ön arıtma

Geri yıkama, geri yıkama suyu

Kimyasal yıkama, CIP, CIP çözeltisi, kimyasal yıkama suyu

Membranların değiştirilmesi

Ekipmanların bakımı ve tamiri

Çıkan atıkların uzaklaştırılması

İş gücü

Membran tesislerinde genellikle, iş gücü maliyetleri değerlendirmeye

alınmamaktadır. İş gücü maliyetinin hesaba katıldığı durumlar şu

şekildedir:

Normal sistemlere göre çok daha kompleks ve karmaşık

membran arıtma sistemi olması durumunda

Gerçekten çok fazla arıtma ünitesine sahip bir tesis olması

durumunda

Temizleme ihtiyaçlarında önemli derecede farklılıklar bulunan

durumlarda

Genel olarak, membran arıtma sisteminin işletme maliyeti tahmininin

hazırlanışında ekipman sağlayıcısının verdiği işletme giderleri

tahminleri yerine, bir mühendisin belirli ve net kabuller (pilot tesis

bilgileri ile destekli kabuller, mühendislik tasarım verileri veya diğer

tesislerin işletilmesinden elde edilen veriler) ile işletme maliyeti analizi

yapması tercih edilmektedir. Bu yaklaşım, ekipman sağlayıcıların farklı

kabuller yapmasından kaynaklanabilecek yanlış işletme maliyeti

tahminlerini engellemektedir.

1187

Membran üreticisi tarafından teklif edilen veya proje tarafından talep

edilen garantinin süresi, kapsamı ve kapsamının dışında kalan durumlar

gibi terimler membran modülünün maliyetini etkileyebilmektedirler.

Genel olarak, membran garantisinin projenin maliyetine etki eden dört

adet öğesi vardır:

Garantinin süresi

Garantinin tipi

Membran fiberinin kırılmasını kapsayan ve membran

bütünlüğünün korunması sağlayan garanti

Garanti edilmiş kapasite ve verimlilik için ve geri dönüşsüz

tıkanmaya karşı verilen garanti

Birim toplam UF maliyetleri ise tesis kapasitesinin bir fonksiyonu olarak

Şekil 17.4’te bir MF/UF membranlı arıtma tesisi için işletme ve bakım

maliyetleri verilmektedir. Tesis toplam maliyetinin tesis kapasitesi

arttıkça azaldığı görülmektedir. Bunun ışığında, özellikle büyük ölçekli

tesislerde ön arıtmanın konvansiyonel prosesler yerine membran

prosesler ile gerçekleştirilmesinin daha uygun olduğu yorumu

yapılmaktadır.

Şekil 17.5’te tesis akısının bir fonksiyonu olarak verilmektedir. UF

tesislerinin birim toplam maliyetinin akı ile ilişkisi incelendiğinde, önce

akının artışı ile maliyetin azaldığı fakat daha da yüksek akılarda ise

maliyetin hızla arttığı görülmektedir. Bu sebeple, proje mühendisinin

membran akısını membran malzemesine ve besleme suyunun

özelliklerine göre doğru tahmin etmesi gerekmektedir.

1188

Şekil 17.4 MF/UF sistemlerinin işletme ve bakım maliyetleri (AWWA,

2005’ten uyarlanmıştır.)

Şekil 17.5 Tesis akısının bir foksiyonu olarak UF tesislerinin maliyeti

(Oron ve diğ., 2016’dan uyarlanmıştır)

Membran tesislerinde maliyet azaltımı iki önemli maliyet kaleminin

maliyetinin düşürülmesi ile mümkündür:

1189

Satın alınacak membranın birim alan başına maliyetinin

azalması

İşletme ve bakım maliyetlerinin azaltılması

Yatırımcının birinci hususu gerçekleştirmek adına yapabileceği yegane

eylem, doğru membranın seçimidir. Bu bağlamda, laboratuvar ölçekli

çalışmalar gerçekleştirilmelidir. Bunun dışında, membranların birim

üretim maliyetlerinin azaltılması için pek çok bilimsel çalışma

mevcuttur. Membran maliyetlerinin gelecekte daha da azalacağı

öngörülmektedir. İkinci husus ise işletme ve bakım maliyetlerinin

azaltılmasıdır. Bu bağlamda en genel yaklaşım, enerji ihtiyacını ve

kimyasal sarfiyatını arttıracak işletme problemlerini çözmektir.

17.3.1.3. Uygulama Örnekleri

Toplam maliyetler göz önüne alındığında bir MF tesisinin maliyetlerinin

konvansiyonel sistemlerin maliyetleri ile karşılaştırılması Tablo 17.4’te

verilmektedir.

Tablo 17.4 MF tesisinin maliyet açısından konvansiyonel tesisler ile

karşılaştırılması ($) (Al-Malack, 2003)

Maliyet kalemleri

Çapraz akış MF

Kum filtresi

Koagülasyon + kum filtresi

Koagülasyon + çökeltme

+ kum filtresi

İYM 625.650 294.339 483.685 1.033.535 İBM 59.856 n.d. n.d. 15.931 Kimyasal 12.900 n.d. n.d. 47.911 Membran değişimi

7.998 - - -

Yıllık maliyet

82.044 n.d. n.d. 63.842

Şimdiki değer

225.685 - - 2.440.628

1190

Ön arıtma tesisleri ile ilgili pek çok uygulama örneği bulunmaktadır. Bir

desalinasyon tesisinde konvansiyonel ön arıtmanın ve UF ünitesinin

kullanılması durumunda elde edilen sonuçların ortaya konulduğu

kurulu bir tesis temsili bir örnek olarak sunulacaktır. Çalışma, Kızıl

Deniz (Eilat bölgesi) ve Akdeniz (Aşdoğu bölgesi) bölgesinde

yürütülmüştür (Glueckstern ve Priel, 2003). 90000 m3/gün Eilat

desalinasyon TO tesisinden elde edilen performansa dayanarak

tuzsuzlaştırma ekonomik olarak analiz edilmiştir (Glueckstern, Priel ve

diğ., 2002). Tablo 17.5’te tesisin başlıca tasarım verileri ve ekonomik

parametreleri, kurulacak başka tesislerin sağlıklı karşılaştırma yaparak

verileri değerlendirebilmeleri amacıyla sunulmaktadır. 90000 m3/gün

deniz suyu TO tesisine yapılan toplam yatırımın konvansiyonel medya

filtrasyonunun kullanıldığı durum için yaklaşık 64,4 milyon $ ve UF ön

arıtmasını kullanan tesis için 67,3 milyon $ olduğu tahmin edilmektedir

(Tablo 17.6-Tablo 17.8).

Tanımlanan ekonomik parametrelerden hesaplanan birim su maliyeti,

UF ön arıtma prosesiyle birlikte yaklaşık 0,0052 $/m3'tür. Yaklaşık

0,019 $/m3'lük sabit bakım ve onarım maliyeti, enerji ve kimyasal

maliyetlerden oluşan biraz daha düşük değişken bakım ve onarım

maliyetiyle kısmen telafi edilmiştir. UF sistemi benzeri spesifik enerjiyi

çok düşük maliyetle (yaklaşık % 44) kimyasal tüketmektedir.

(Glueckstern ve Priel, 2003).

1191

Tablo 17.5 Bir deniz suyu TO tesisi ön arıtımının karşılaştırmalı

ekonomik analizde kullanılan temel tasarım verileri ve ekonomik

parametreler (Glueckstern ve Priel, 2003)

Parametre Birim Konvansiyonel

Filtrasyon UF

Tasarım parametreleri

Deniz suyu katı içeriği -

TDS, mg/lt

40.000 40.000

Deniz suyu sıcaklığı,

- aralık

- ortalama

0C

16 – 30

22

16 – 30

22

Filtrasyon hızı, UF akısı m3/m2.st,

lt/m2.st

8 97

Su kayıpları % 4,4 8,1

TO ürün geri kazanımı % 45 50

TO membran akısı lt/m2.st 13,5 15,5

SWRO tesis kapasitesi m3/gün 90.000 90.000

Ünite sayısı 8 7

Ünite kapasitesi m3/gün 11.250 12.857

Kimyasal maliyetleri $/m3 0,0482 0,0270

Enerji tüketimi kWh/m3 3,57 3,56

Ekonomik parametreler

Sabit harcamalar % 10 10

Elektrik fiyatı $/kWh 0,045 0,045

Tesis sigortası % 0,300 0,300

Geliştirme ve gelecek

projeksiyonu için TO&UF

membran değişimleri

%/yıl

14.300

10.000

14.300

10.000

1192

Tablo 17.6 Maliyetler (Glueckstern ve Priel, 2003)

Ön arıtma tipi Konvansiyonel UF

İlk yatırım, Bin $

Altyapı 15500 15000

Ön arıtma sistemi

-Medya filtrasyonu/UF (mem.

hariç)

12200

-UF membranları 9000 4400

Toplam Ön arıtma Sistemi 9000 16600

TO sistemi

-TO sistemi membranlar hariç 35700 32000

-TO membranları 4200 3700

Toplam TO sistemi 39900 35700

Toplam membranlar hariç 60200 59200

UF & TO membranları 4200 8100

-Toplam membranlar dahil 64400 67300

Sistem kapasitesi, m3/gün 90000 90000

Yıllık üretim, M m3/yıl 30,0 30,0

Belirli harcamalar,

$/m3.gün

Belirli harcamalar, $/m3.yıl

716

2,15

748

2,25

Yatırım

Membranlar dahil iken %10’u 6440 6730

%0,3’ü sigorta 193 202

Toplam yatırım maliyeti 6633 6932

Sabit B&O maliyeti

-22 oper. için işçi (40000

$/yıl)

880 880

-Yedek parça ve işletme

materyalleri

602 592

-Membran yenileme@

%14,3/yıl

601 1,158

-Aşırı yük @ %5 104 132

Toplam sabit B&O maliyeti 2187 2762

1193

Tablo 17.6 (Devamı) Maliyetler (Glueckstern ve Priel, 2003)

Ön arıtma tipi Konvansiyonel UF

Değişken B&O maliyeti

-Enerji (0,045 $/kWh) 4814 4808

-Kimyasallar 1445 80

-Aşırı yük (%5) 313 281

Toplam değişken B&O

maliyeti

6571 5898

Toplam 15391 15591

Tablo 17.7 UF ile konvansiyonel medya filtrasyonun karşılaştırmalı

yatırım maliyetleri (Glueckstern ve Priel, 2003)

Filtrasyo

n metodu

Konvansiyonel

ön arıtma UF ön arıtma

UF veya

Konvansiyonel

Birim Milyo

n $

$/m3.gü

n

Milyo

n $

$/m3.gü

n

Milyo

n $

$/m3.gü

n

Altyapı 15,5 172 15,0 167 -0,5 -%3,2

Ön arıtma 9,0 100 16,6 184 7,6 +%84,4

TO sistemi 39,9 443 35,7 397 -4,2 -%10,5

Toplam

yatırım 64,4 716 67,3 748 4,1 +%4,5

Tablo 17.8 UF filtrasyon ile konvansiyonel medya filtrasyonun

karşılaştırmalı birim su maliyetleri (1000 $/yıl) (Glueckstern ve Priel,

2003)

Filtrasyon metodu Konvansiyonel UF Yatırım maliyeti 6630 6932 Sabit B&O maliyeti 2187 2762

%5 işletme aşırı yükünü kapsayan değişken işletme maliyeti

-Enerji 4814 4808 -Kimyasal maliyeti 1445 809 -Toplam değişken maliyet 6571 5898 Toplam 15391 15591

1194

Tablo 17.9’da, üç değişik membran üretici firmanın membranlarının

boyutlandırdığı 20000 m3/gün kapasiteli bir tesisin maliyet analizi

verilmiştir. Bu maliyet analizi sonucuna göre, en düşük ilk yatırım

maliyetini teklif eden B tedarikçisi işletme maliyetleri oldukça yüksek

bulunduğu için seçilmemiştir.

Konvansiyonel arıtma maliyetleri içerisinde maliyet karşılaştırması

yapılan Betteraz içme suyu arıtma tesisinde, membran sistemleri ile

pilot ölçekli çalışma gerçekleştirilmiş ve maliyet analizi yapılmıştır

(Pianta ve diğ., 2000). Maliyet analizinin hesabında membran fiyatları,

konsantre arıtımı, pompalar, vanalar, otomasyon ve mühendislik

(toplam maliyetin %12’si) giderleri hesaplamalara katılmıştır. Membran

ekipmanları ise toplam maliyetin %65-75’ini oluşturmaktadır. Membran

sistemleri (MF/UF) spesifik maliyetler açısından konvansiyonel

sistemlerle karşılaştırıldığı zaman, ilk yatırım açısından membran

sistemlerin maliyetinin hemen hemen aynı olduğu, bazı durumlarda

daha ucuz olduğu hesaplanmıştır.

İşletme ve bakım maliyetlerini, enerji, membran değişimi, kimyasallar,

çamur deşarjı, tesis bakımı ve onarımı oluşturmaktadır. Şekil 17.6’da

Betteraz için işletme ve bakım maliyetleri verilmiştir. Betteraz için UF

sisteminin işletme maliyeti, 11,5 cEuro/m3 olmaktadır. Kompakt

tasarımı ve otomasyonu nedeniyle membran tesislerinin enerji

ihtiyaçlarının konvansiyonel sistemlerden daha az olduğu rapor

edilmiştir.

UF sisteminin işletme maliyetinin belirlendiği bir diğer tesiste,

(Almanya’da) maksimum su arıtma kapasitesi 140 m3/st olan bir UF

tesisi işletim maliyeti 11,9 cEuro/m3 olarak bulunmuştur (Tablo 17.10).

Bu değerin içerisinde ilk yatırım bedeli de dahildir. Buna göre, sistem

işletme maliyeti 4,9 cEuro/m3 olmaktadır.

1195

Tablo 17.9 Yedek membran üniteli bir tesisin maliyet değerlendirilmesi (20000 m3/gün net kapasite, 25000

m3/gün brüt kapasite)

A Tedarikçisi B Tedarikçisi C Tedarikçisi

Yatırımın

Amortismanı

Ekipmanların yatırım maliyeti ($) 2.274.000 2.161.500 3.075.000

Yıl 20 20 20

Faiz oranı 6,0 6,0 6,0

Yıllık ödeme ($/yıl) 198.258 188.449 268.093

İşletme

maliyetleri

Besleme pompası gücü ($/yıl) 38.617 37.485 57.000

Geri yıkama pompası ($/yıl) 1535 18.559 0

Kirli su pompalaması ($/yıl) 2111 5805 2100

Hava kompresörü ($/yıl) 6298 1000 15.200

Klor ve tiyosülfat ($/yıl) 14.827 41.580 197.000

Kostik ($/yıl) 193 513 4600

Asit ($/yıl) 2260 21566 6500

Membran değişimi ($/yıl) 143.343 131.040 63.000

Toplam işletme maliyeti ($/yıl) 209.184 257.548 345.400

Özet

Amorti edilmiş yıllık toplam maliyet

($/yıl)

198.258 188.449 268.093

İşletme maliyeti ($/yıl) 209.184 257.548 345.400

Yıllık yatırım ve işletme maliyeti 407.442 445.997 613.493

Yatırım ve işletme maliyeti ($/m3) 0,057 0,063 0,086

1196

Şekil 17.6 Betteraz için farklı membran sistemlerinin işletme ve bakım

maliyetleri (Tesisin kapasitesi: 27 m3/st) (Pianta ve diğ., 2000).

Tablo 17.10 Detaylı maliyet analizi (Pianta ve diğ., 2000)

Gider Açıklama €/m3

Amortisman Pompa ve borular 0,070

Enerji 0,05 kWh/m3, 0,09 €/kWh 0,004

İşçilik 0,5 st/iş günü 0,012

Kimyasallar HCl, NaOH 0,004

Membran değişimi 75 €/m2, 7 yıl 0,025

Geri yıkama suyu %6, ham su maliyeti 0,14 €/m3 0,004

Toplam maliyet 0,119

Şekil 17.7 ve 17.8’de Betteraz ve Cornol’da bulunan konvansiyonel ve

membran sistemleri maliyet açısından karşılaştırılmıştır. Şekillerden

görüldüğü gibi konvansiyonel sistem ile UF sisteminin toplam maliyeti

(ilk yatırım + işletme maliyeti) birbirine yakındır. UF sistemlerine toz

aktif karbon ilave edildiğinde UF sisteminin maliyeti artmaktadır.

Betteraz için konvansiyonel içme suyu arıtma tesisinin işletme maliyeti,

8,0 cEuro/m3 iken, UF sisteminin işletme maliyeti, 11,5 cEuro/m3

olmaktadır. UF sisteminin işletme maliyeti, konvansiyonel sistem

1197

maliyetinden, % 30 daha fazla olmaktadır. Cornol UF tesisinin işletme

maliyeti ise yaklaşık olarak 12,5 cEuro/m3 bulunmuştur.

Şekil 17.7 Betteraz tesisine ait konvansiyonel ve membran arıtma

sistemlerinin maliyet açısından karşılaştırılması (27 m3/st) (Pianta ve

diğ., 2000)

Şekil 17.8 Cornol tesisine ait konvansiyonel ve membran arıtma

sistemlerinin maliyet açısından karşılaştırılması (30 m3/st) (Pianta ve

diğ., 2000)

1198

17.3.2. Kuyu Suyu Arıtımı ve Su Yumuşatma İçin Nanofiltrasyon

(NF) ve Ters Osmoz (TO) Tesislerinin Maliyetleri

Düşük basınçlı NF/TO membran tesisleri çoğunlukla kuyu suyu arıtımı

ve su yumuşatma tesislerinde kullanılmaktadırlar. Tipik bir kuyu suyu

arıtımı NF tesisi akım şemasına örnek, Şekil 17.9’da verilmektedir. Sarı

şekiller, enerji ihtiyacı olan ana üniteleri işaret ederken, turuncu oklar

ise kimyasal sarfiyatının yüksek olduğu üniteleri göstermektedir.

Şekil 17.9 NF/TO tesisi akım şemasında enerji ihtiyacı ve kimyasal

sarfiyatına sebep olacak ünitelerin gösterimi (Sobhani ve diğ., 2012’den

uyarlanmıştır)


NF/TO tesislerinin birim ilk yatırım maliyetleri, tesisinin kapasitesi

arttıkça azalmaktadır. İYM, küçük tesisler için 660 $/m3.gün iken büyük

tesisler için bu değer 265 $/m3.gün seviyelerine inmektedir (Bergman.,

1995).

1199

Arı (2009) çalışmasında membran sistemli arıtma tesislerinin ilk

yatırım maliyetini oluşturan ana değerler aşağıdaki gibi kabul edilmiş ve

bu kabullere yönelik açıklamalar aşağıda verilmiştir:

Arazi temini

Projelerin hazırlanması

İnşaat işleri

Kullanılan ekipmanlar

Elektrik işleri

Mekanik işler

Ön arıtma

Arıtma tesisin kurulacağı arazinin bedeli için kesin bir tutar

belirlenemeyip bölgeye göre çok büyük farklılıklar gösterdiğinden ilk

yatırım maliyetine dahil edilmemiştir. Türkiye’de büyük kapasiteli

arıtma tesislerinin projeleri ihaleyi yapan kurum tarafından hazırlandığı

için projelerin hazırlanmasında kesin bir bedel belirlemek oldukça

güçtür. Çok büyük farklılıklar gösterdiğinden proje bedeli ilk yatırım

maliyetine dahil edilmemiştir.

Tesisin kurulacağı alan düz bir zemin gibi kabul edilerek hafriyat

maliyeti yok sayılarak hesaplanmıştır. İnşaat işleri, beton, inşaat demiri,

kalıp, işçilik ve bina içi ince işleri kapsamaktadır. Arıtma binası,

membran sistemi besleyen beton bir depo, bina içi ve dışı kanallar,

drenaj hatları ve tesis içi yollar düşünülerek belirlenmiştir. Bütün bu

değerler göz önüne alındığında inşaat işleri, sistemin kapasitesine göre

toplam maliyetin yaklaşık % 10’luk kısmını oluşturmaktadır.

Membran prosesli arıtma tesisin ilk yatırım maliyetine etki eden en

büyük etmen kullanılan ekipmanların maliyetidir. Sistemde kullanılan

ekipmanlar şunlardır:

Membranlar

Membran kılıfları

Membran kılıf şaseleri

1200

Kartuş filtreler

Kartuş filtre kılıfı

Sistem besleme pompaları

Yüksek basınç pompaları

Frekans konvertör

Kimyasal dozaj pompaları

Kimyasal dozaj tankları

Kimyasal yıkama ünitesi

Manometreler

Ürün suyu ve konsantre debimetresi

Ham su ve ürün suyu iletkenlik ölçer

Elektrik işleri kapsamında olan ve maliyete etki eden kalemler ilk

yatırım maliyetinin % 8’lik bir kısmını oluşturduğu kabul edilerek

aşağıda verilmiştir.

Elektrik panoları

Pano içi şalt malzemeler

Scada ve PLC

Aydınlatma

Kablolar

Kablo tavaları

Sistem içi borulamalar, bağlantılar, dirsekler, vanalar ve sökme parçaları

mekanik işler kapsamında maliyete dahil edilmiştir. İlk yatırım

maliyetinin %8–11’lik bir kısmını oluşturduğu kabul edilmiştir.

Oldukça hassas olan membranların tıkanmasını önlemek için ham suyun

fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre farklı tipte ön arıtma sistemlerine

ihtiyaç vardır. Kum filtre, mekanik filtre, çöktürme tankları gibi

konvansiyonel ön arıtma sistemleriyle ve özellikle SDI değeri yüksek

olan suların yine bir membran proses olan ultrafiltrasyonla, ters osmoz

ve nanofiltrasyon membranlarının korunması hedeflenmiş ve

1201

maliyetleri çıkarılmıştır. Bu çalışmada farklı ham su kaynaklarının farklı

yöntemlerle ön arıtılması sonucu maliyetleri analiz edilmiştir.

Kum filtre tankları 100000 m³/gün ve daha büyük kapasiteli sistemler

için beton olarak tasarlanmıştır. Daha küçük kapasitelerde ise karbon

çelik ve epoksi boyalı olarak maliyetleri hesaplanmıştır. Filtre

malzemesi, çakıl kum ve antrasit olarak tasarım yapılmıştır. Kum filtre

sistemini oluşturan birimler aşağıdakilerdir

Kum filtre tankı

Kum filtre ters yıkama pompaları

Filtre medyası

Nozullar

Çelik tanklar için pnömatik tahrikli vanalar

Betonarme tanklar için kanal kapakları ve elektrikli vanalar

PLC

Kum filtre borulaması

Mekanik filtreli membran proses sistemlerinde 100 mikronluk otomatik

temizlemeli mekanik filtre dikkate alınmıştır.

Ultrafiltrasyonla ön arıtmanın ilk yatırım maliyetini;

UF modülleri

Modül şaseleri

Besleme pompası

Ters yıkama pompası

Kimyasal dozlama pompası

Kimyasal dozlama tankları

Vanalar

Ölçüm enstrümanları (debi, pH ve sıcaklık)

oluşturmaktadır. Tüm bu kabuller doğrultusunda, kapasiteye göre

NF/TO membran tesislerinin ilk yatırım maliyeti değerlerinin tuzluluğa

1202

bağlı olarak değişimi Türkiye şartları için Şekil 17.10’da verilmiştir (Arı,

2009).

Şekil 17.10 Kapasiteye göre NF/TO membran tesislerinin ilk yatırım

maliyeti değerlerinin tuzluluğa bağlı olarak değişimi (Arı, 2009)

Arı (2009) tarafından yapılan tüm bu hesaplamalar değerlendirilmiş ve

kuyu suların arıtımının ilk yatırım maliyetleri için aşağıdaki ifade

geliştirilmiştir.

Burada,

M : İlk Yatırım Maliyetini ($/m³)

Q : Debiyi (m³/gün)

a : Katsayıyı

b : Katsayıyı

M kuyusuyu

= a x Q b (17.26)

1203

ifade etmektedir. Denklemdeki a ve b katsayıları hesaplanmış ve Tablo

17.11’de verilmiştir.


Toplam su üretim maliyetini oluşturan, en az ilk yatırım maliyeti kadar

önemli olan diğer bir değer ise işletme ve bakım maliyetidir. Ülkemizde

ve dünyada bir çok yatırım ne yazıkki işletme giderleri önemsenmeden

yapıldığından daha sonra karşılanamayacak boyuttaki bu giderler

yüzünden çürümeye bırakılmıştır. Oldukça pahalı bir teknoloji olan

membran prosesli içme suyu arıtma tesislerinin de aynı kaderi

paylaşmaması için işletme maliyetlerinin önceden tespitinin yapılması

gerekmektedir (Arı, 2009).

Membran prosesli arıtma tesislerinde işletme maliyetini oluşturan

değerleri sürekli tüketimler ve değiştirilen ürünler olarak iki kısımda

incelenmektedir. Sürekli tüketimler, elektrik enerjisi ve kimyasallardır.

Aşağıda Arı (2009) çalışmasında yapılan bazı işletme ve bakıma yönelik

kabuller verilmiştir:

Elektrik enerjisi tüketimi: Tedaş’ın verilerinden faydalanılarak

enerji birim fiyatı 0,09 $/kw olarak alınmıştır.

Kimyasal Tüketimleri: Tasarımda kullanılan ham suyun

karakteristik özelliklerine göre kullanılan kimyasal miktarları ve

çeşitleri farklılıklar gösterebilir. Maliyet hesapları yapılırken

Tablo 17.12’deki fiyatlar baz alınmıştır.

1204

Tablo 17.11 Kuyu suyundan içme ve kullanma suyu üretiminde farklı tasarımların maliyet denklemi katsayıları

İşletme Maliyeti İlk Yatırım Maliyeti Toplam Üretim Maliyeti

a b a b a b

TDS 1000 – TO – KUM FİLTRE 0,109 -0,045 0,105 -0,060 0,213 -0,052

TDS 1000 – NF – KUM FİLTRE 0,994 -0,037 0,111 -0,055 0,210 -0,046

TDS 1000 – TO – MEK. FİLTRE - - 0,094 -0,047 - -

TDS 1000 – TO – K.F – 200 ppm ÇIKIŞ 0,094 -0,045 - - - -



TDS 1000 – TO – KUYU POMPALI 0,196 -0,074 0,121 -0,066 0,322 -0,072

TDS 2000 – TO – KUM FİLTRE 0,105 -0,033 0,104 -0,053 0,208 -0,042

TDS 2000 – TO – MEK. FİLTRELİ - - 0,092 -0,039 - -




TDS 5000 – TO – KUM FİLTRE 0,279 -0,070 0,116 -0,059 0,395 -0,066





TDS 10000 – TO – KUM FİLTRE 0,250 -0,038 0,123 -0,059 0,371 -0,044

1205

Tablo 17.11 (Devamı) Kuyu suyundan içme ve kullanma suyu üretiminde farklı tasarımların maliyet denklemi

katsayıları


a b a b a b


TDS 10000 – TO – K.F – 200 ppm

ÇIKIŞ 0,249 -0,038 - - - -

TDS 10000 – TO – K.F – 300 ppm

ÇIKIŞ 0,247 -0,038 - - - -

TDS 10000 – TO – K.F – 400 ppm

ÇIKIŞ 0,245 -0,038 - - - -

1206

Tablo 17.12 Kimyasal madde birim fiyatları (Arı, 2009)

Kimyasal Madde Maliyet

Antiskalant 5 $ / kg

Hidroklorik Asit (% 33’lük) 0,5 $ / kg

SMBS 1,2 $ / kg

Kostik ( % 33’lük) 0, 35 $ / kg

Sodyum Hipoklorit (% 14’lük) 0 ,2 $ / kg

FeCl3 0,3 $ / kg

Membran proseslerde kullanılan kimyasal maddeler şunlardır:

Antiskalant: RO ve NF membranlarında çökelek önleyici

kimyasal olarak kullanılmaktadır.

Sodyum Metabisülfit: Suda serbest halde bulunan klor RO ve NF

membranlarının yapısını bozmaktadır. SMBS, ham sudaki

serbest kloru bağlayarak membranların bozunmamasını

sağlamaktadır.

Klor: Ön arıtmadaki biyolojik kirlenmenin önüne geçmek ve UF

membranlarının kimyasal yıkama evresinde kullanılmaktadır.

Kostik : UF membranlarının kimyasal yıkamasında ve membran

prosesin sonunda pH ayarı yapmak için kullanılmaktadır.

Hidroklorik Asit: UF membranlarının kimyasal yıkamasında ve

bazı durumlarda ham suyun membranlarına girmesinden önce

dozlanarak pH’nın istenen değere düşürülmesinde

kullanılmaktadır.

Bütün bu kimyasalların tüketim miktarlar, her tasarımda farklılık

göstermektedir. Membran proseslerde periyodik olarak değişimi kabul

edilen ürünler, membranlar ve kartuş filtrelerdir. Kartuş filtrelerin

işletme sırasında her 6 ayda bir değiştirildiği düşünülmüştür. Ham su

kalitesine bağlı olarak bu değer, 1-2 haftaya kadar inebilmektedir.

Membranların değişim süresi farklı ham su karakterine ve ön arıtmanın

verimliliğiyle doğru orantılı olarak tasarımda farklılıklar

göstermektedir. Örneğin SDI değeri yüksek olan yüzeysel ham su

1207

kaynağının konvansiyonel sistemle ön arıtma tasarımında membran

ömrü 3 yıl, aynı suyun UF ile ön arıtmasında 5 yıl olarak seçilmiştir.

NF tesislerinin İBM dağılımı Şekil 17.11’de verilmektedir. İBM’nin

maliyet kalemleri arasındaki dağılım, kaynaklara ve kurulu tesis

örnekleri verilerine bakıldığında değişiklik gösterdiği görülmektedir.

Fakat, yüksek enerji giderleri ilk dikkat çeken husustur. Enerji ve işçilik

gibi en maliyetli kalemlerin ardından kimyasal giderleri gelmektedir.

Enerji maliyetleri yüksek basınçla işletilen NF ünitelerinden

kaynaklanırken, yüksek kimyasal maliyetleri ise bu tarz tesislerde kuyu

suyunda yapılması gereken kimyasal ön arıtma işlemleri ve su

yumuşatmada yer alması gereken son aşama kimyasal işlemlerden

kaynaklanmaktadır. Membran değişim maliyetleri ve bakım maliyetleri

%10’luk bir pay ile diğer kalemleri takip etmektedir.

Şekil 17.11 NF tesislerinin işletme ve bakım maliyetlerinin dağılımı (Bergman

ve diğ., 1995; Costa ve Pinho, 2006; Van der Bruggen ve diğ., 2001’den

uyarlanmıştır)

İşletme maliyetleri, küçük tesisler için 0,45 $/m3 iken, büyük tesislerde

bu değer 0,11 $/m3 seviyelerine inmektedir. Toplam NF ile su arıtma

maliyetleri değişik kaynaklarda 0,26-0,30 $/m3 olarak belirtilmiştir ve

1208

bu değer konvansiyonel su arıtma maliyetinin (0,30 $/m3) altında

olabilmektedir. İşletme ve bakım maliyetleri de tesis kapasitesi ile ters

orantılıdır. Kapasite arttığında maliyetler de hızla azalmaktadır. Arı

(2009) tarafından hazırlanan ve farklı ham su tuz

konsantrasyonlarındaki işletme ve bakım maliyeti değerleri, Şekil

17.12’de gösterilmiştir.

Şekil 17.12 Farklı ham su tuz konsantrasyonlarındaki işletme ve bakım

maliyeti değerleri (Arı, 2009)

Birim işletme maliyetlerini oluşturan değerler NF/TO sistemlerinde

oransal olarak farklılıklar göstermektedir. Şekil 17.13’de 1000 ppm

TDS’te kuyu suyunun ön arıtmanın kum filtre ile olduğu, 100000

m³/gün kapasiteli membran sisteminin maliyetini oluşturan değerlerin

oransal dağılımı verilmiştir. Şekil 17.14’de aynı sisteme derin kuyu

pompalarının ilave edilmesi durumundaki işletme maliyetinin oransal

dağılımı verilmiştir. Kuyu suyu kaynaklı sistemlerin maliyetlerine derin

kuyu pompalarının ilave edilmesiyle enerji maliyet oranı daha da ön

plana çıkmaktadır. Şekil 17.15’de 15 NTU 100000 m³/gün kapasiteli

yüzeysel su kaynağının ters osmozla arıtılmasında ön arıtmanın

konvansiyonel yöntemlerle olduğu, Şekil 17.16’da ise ön arıtmanın

1209

ultrafiltrasyonla olduğu hallerdeki maliyet dağılımları verilmiştir. UF’nin

yüksek bulanıklık değerindeki yüzeysel sularda kullanılması membran

yenileme maliyetinin oranını düşürürken, enerji tüketimini oranını

arttırmaktadır. Şekil 17.17’de ise kostik-soda uygulamasının NF

tesisinin yerine tercih edilmesi ile daha maliyetli sonuçlar elde edildiği

görülmüştür.

Şekil 17.13 Ön arıtmalı derin kuyu pompasız kuyu suyu ters osmoz

sistemlerinin ilk yatırım ve işletme maliyeti oranları, işletme maliyeti

bileşenleri (Arı, 2009)

1210

Şekil 17.14 Ön arıtmalı derin kuyu pompalı kuyu suyu ters osmoz



1211

Şekil 17.15 Konvansiyonel ön arıtmalı yüzeysel su ters osmoz



1212

Şekil 17.16 Ultrafiltrasyon ile ön arıtmalı yüzeysel su ters osmoz



1213

Şekil 17.17 İBM’nin tesis kapasitesi ile değişimi (Shahmansouri ve

Bellona, 2015)


Bu bölümde, genel ve yaygın bir akım şemasına sahip bir kuyu suyu

arıtma tesisinin maliyetleri incelenmiştir. Tesis Kaliforniya’da yer

almaktadır. Ön arıtma, membranın tıkanmasını önlemek ve kirlenmeyi

azaltmak için antiskalant ve asit ilavesi içermektedir. Bunu, membran

besleme pompalarını ve NF membranlarını korumak için kartuş filtreleri

(gözenek çapı 10 mm) takip etmektedir. NF ünitesi, yaklaşık 700 kPa

basınçta 110 kW dereceli üç bağımsız besleme pompasına sahip üç NF

arıtma ünitesini (Derin akifer arıtma sistemi, DAAS) içermektedir.

Ayrıca tesiste su geri kazanımını artırmak için ikinci kademe bir NF

ünitesi de (Konsantre arıtma sistemi, KAS) yer almaktadır. Tablo

17.13’te İYM değerleri verilmektedir.

1214

Tablo 17.13 Nanofiltrasyon ile renkli yeraltı sularının arıtılmasında

İYM maliyetleri ($) (Sobhani ve diğ., 2012)

Ünite Maliyet

Arazi kiralama (20 yıl) 6.000.000

NF Arıtma Sistemi (DAAS) 4.570.000

Konsantre Arıtma Sistemi (KAS)(2. Kademe NF) 1.250.000

Toplam yatırım maliyeti (arazi dahil) 25.050.000

NF prosesinin işletim maliyetleri Tablo 17.14’de verilmektedir. İşletme

maliyetleri, kimyasallar, elektrik enerjisi, konsantre bertarafı, işçilik

maliyeti ve dezenfeksiyon ünitelerini içermektedir. Diğer işletme

maliyetleri nispeten önemsiz bulunduğundan çalışmada dikkate

alınmamıştır. Konsantre akımı, kanalizasyona tahliye edilerek

gerçekleştirilmiştir. Tablo 17.15’de ise Dünya’da kurulu başlıca kuyu

suyu arıtma tesislerinin maliyet değerleri verilmiştir.

Tablo 17.14 NF tesisinin İBM maliyetleri (Sobhani ve diğ., 2012)

Maliyet kalemi Birim Ortalama

Elektrik enerjisia kWh/1000 m3 847,7

Kimyasallar $/1000 m3 12,3

Bakım ve Onarım $/1000 m3 4,7

Konsantre bertarafıb $/1000 m3 26,1

İşçilik maliyeti $/1000 m3 21,2

Dezenfeksiyon $/1000 m3 4,1

Toplam $/1000 m3 355,7

aElektrik kullanımı (kWh/1000 m3) her yıl için 1 kWh fiyatına dayanılarak

hesaplanmıştır. bKonsantre bertaraf maliyeti KAS işletme maliyetinin düşüşünden etkilenmiştir.

1215

Tablo 17.15 Kuyu suyu arıtımına uygulama örnekleri

Yer Su kaynağı/

Sistem

Kapasite

(m3/gün) Yatırım maliyeti

İşletme

maliyeti Yıl Kaynak

ABD-Florida Acı su

NF

3800

56.700 17,4 Milyon $

0.91

$/m3

0,15

$/m3

1996 Bergman, (1996)

Almanya Önarıtılmış

yeraltı suyu 20.000 25 Milyon $

0,27

$/m3 2002

Ghaffour ve diğ.,

(2013)

Türkiye -

Ankara

Yeraltı suyu

NF 28.800 12 Milyon TL - 2007 eBelediye, (2017)

Türkiye -

Samsun

Kızılırmak

UF + RO 39.744 14,5 Milyon TL

0,13

TL/m3 2008 Su ve Çevre, (2017)

Türkiye –

Kırıkkale

Kızılırmak

UF + RO 90.000 18 Milyon TL

0,13

TL/m3 2015 Başaran, (2015)

1216

17.3.3. Desalinasyon Amaçlı Ters Osmoz Tesislerinin Maliyetleri

Desalinasyon amaçlı ters osmoz tesisleri, özellikle temiz ve kullanılabilir

yüzeysel su kaynaklarının az olduğu ülkelerde içme suyu temini

amacıyla oldukça sık kullanılmaktadır. Kullanılan besleme suyu

karakterinin kuyu sularından daha zorlu olması, düşük basınçlı NF/TO

tesislerine göre çok daha yüksek basınçlarda işletilmesi gereken TO

tesislerini zorunlu kılmaktadır. Bu sebeple, TO tesislerinin ilk yatırım,

işletme ve bakım maliyetleri düşük basınçlı NF/TO tesislerine göre daha

yüksektir ve maliyet kalemlerinin toplam maliyetler içerisindeki

dağılımları değişiktir. Yaygın olarak tercih edilen bir desalinasyon TO

tesisi akım şeması Şekil 17.18’de verilmiştir.

Şekil 17.18 Desalinasyon prosesinin genel özellikleri (Pinto ve

Marques, 2017'den uyarlanmıştır)


İlk yatırım maliyetini direkt etkileyen unsurlar, arazi uygulamaları, su

alma yapısı, ön arıtma, TO sistem ekipmanları, son arıtma, konsantre

bertarafı, katı ve sıvı atıkların yönetimi, elektrik sistemleri kurulumu,

1217

yardımcı ekipmanlar, yapı işleri, devreye alma-kabul testleri olarak

sıralanmaktadır. Dolaylı maliyetler ise yüklenici kârı, nakliye, işçi

maliyeti, sigorta, geçici yapılar, saha denetimi, mühendislik ve yasal

ücretler ve ön görülemeyen giderler olarak sınıflandırılmıştır (El-

Dessouky ve Ettouney, 2002). Şekil 17.19’da deniz suyu ters osmoz

desalinasyon prosesi için (SWRO) yatırım maliyeti bileşenleri

verilmiştir. Şekil 17.19’da görüldüğü üzere ilk yatırım maliyetinde en

fazla giderler TO ekipmanları, ön arıtma ve diğer giderler olarak

gerçekleşmektedir. Diğer giderlerdeki belirsizliklerin ilk yatırım

maliyetleri üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır. Bu giderler

bölgeden bölgeye, projenin türüne (yap-işlet-devret modeli veya özel

sektör su temini projeleri), iletim ve depolama gibi ihtiyaçlara göre

farklılık göstermektedir. TO tesislerinin ilk yatırım maliyetleri 0,64-6,16

Milyon $/1000 m3/gün arasında değişkenlik göstermektedir. TO ile

desalinasyonun toplam maliyetleri, 1977 yılından 2000 yılına

gelindiğinde 4,5 $/m3’ten 1,5 $/m3 seviyelerine gerilemiştir (Judd,

2017). Bu azalmanın başlıca sebebi, enerji maliyetlerinin çeşitli

yaklaşımlarla azaltılmasıdır. Günümüzde bu değer 0,5 $/m3‘e kadar

düşmüştür. (Sanz, 2012).

Şekil 17.19 SWRO yatırım maliyeti giderleri bileşenleri (Voutchkov,

2008)

1218

Şekil 17.20’de tesis kapasitesi ile ilk yatırım maliyetlerinin ilişkisi

verilmiştir. Toplam ilk yatırım maliyetleri tesis kapasitesi ile artarken

(Şekil 17.20), birim ilk yatırım maliyetleri tesis kapasitesinin artışı ile

azalmaktadır (Şekil 17.21). Her iki şekilde de deniz suyu arıtımı yapılan

bir tesisin İYM’nin, tuzlu su arıtımı yapan bir tesisin İYM’sinden daha

yüksek olduğu görülmektedir.

Şekil 17.20 Desalinasyon tesislerinin ilk yatırım maliyetleri (Fritzmann

ve diğ., 2007)

Şekil 17.21 Desalinasyon tesislerinin birim ilk yatırım maliyetleri

(Ghaffour ve diğ., 2013)

1219

Tablo 17.16’de ise dünyada kurulu başlıca desalinasyon TO tesislerinin

İYM değerleri verilmektedir. İYM değerlerinin 200-1400 Milyon $

arasında değiştiği görülmektedir. Bu tarz tesislerin İYM’nin yüksek

olması beklenilen bir durumdur. Fakat bu tesislerin su kıtlığı yaşanan

ülkelerde gerekliliği tartışılamaz durumdadır. Dolayısı ile ilgili tesislerin

tasarımı uzman tarafından etraflıca düşünülerek yapılmalı ve yerli

ürünlerin kullanımı vb. gibi seçenekler ile İYM maliyetleri azaltılmaya

çalışılmalıdır. Deniz suyu TO membran tesislerinin ilk yatırım maliyeti

değerlerinin farklı denizlerdeki tuzluluğa bağlı olarak değişimi Türkiye

şartları için Şekil 17.22’de verilmiştir (Arı, 2009).

Şekil 17.22 Denizlerimizde, kapasiteye bağlı olarak birim ilk yatırım

maliyetleri

TO desalinasyon tesislerinin ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin en

önemli bileşeni konsantre yönetimidir. Dolayısı ile konsantre yönetimi

de, tesisin plan ve proje aşamasında düşünülmeli ve çeşitli

alternatiflerden coğrafyaya en uygun olanı seçilmelidir. En basit

yönetim modelinden sıfır sıvı deşarjı tercihine gidildikçe maliyet

artmakta ve 1000 m3/gün için 0,03 Milyon $’dan 7,5 Milyon $’a

çıkmaktadır (Voutchkov, 2017).

1220

Tablo 17.16 TO tesislerinin İYM ve İBM maliyetleri (Pinto ve Marques, 2017)

Tesis Adı Ülke Kurulum

Yılı

Mevcut

Kapasitesi

(m3/gün)

İ Y M ($) Birim YM

($/m3/gün)

Üretim M

($ /m3)

Askelon İsrail 2005 326.000 212.000.000 650,31 0,70

Tuas Singapur 2005 136.800 200.000.000 1462 0,78

Perth Avustralya 2006 144.000 300.000.000 2083,3 1,17

Palmachim İsrail 2007 120.000 100.000.000 833,31 0,80

Hamma Cezayir 2007 200.000 250.000.000 1250 -

Tampa Bay Florida 2007 95.000 158.000.000 1663,2 0,53

Hadera İsrail 2009 347.000 425.000.000 1224,8 0,65

Barselona İspanya 2009 200.000 288.000.000 1440 0,75

Kwinana Avustralya 2009 140.000 387.000.000 2764,3 2,21

Sydney Avustralya 2010 250.000 933.000.000 3732 1,44

1221

Tablo 17.16 (Devamı) TO tesislerinin İYM ve İBM maliyetleri (Pinto ve Marques, 2017)

Tesis Adı Ülke Kurulum

Yılı

Mevcut

Kapasitesi

(m3/gün)

İ Y M ($) Birim YM

($/m3/gün)

Üretim M

($ /m3)

İstanbul-

Avşa Türkiye 2010 4.000 4,400,000 - 0,40

Minjur Hindistan 2010 100.000 140.000.000 1400 1,03

Sorek İsrail 2013 624.000 400.000.000 641,03 0,52

Ashdod İsrail 2013 274.000 375.000.000 1368,6 0,60

1222


Desalinasyon proseslerinde İBM’yi oluşturan kalemlerin toplam İBM

içerisindeki dağılımı Şekil 17.23’de verilmektedir. Şekilden

görülebileceği gibi bu tarz tesislerde en büyük maliyete sahip kalem,

enerji sarfiyatlarıdır. Bunun sebebi, ters osmoz membranlarının NF

membranlarına nazaran çok daha yüksek basınçlarda işletilmesidir.

Kimyasal giderleri de NF tesislerine göre daha az paya sahip iken,

membran değiştirme maliyetleri de bir miktar daha yüksektir. TO

tesislerinin İBM’deki en büyük maliyet kalemi olan enerji maliyetlerini,

sırası ile membran değişim maliyetleri (%13-25) ve kimyasal

sarfiyatları (%8-15) takip etmektedir (Tablo 17.17). Membranların

kullanım ömrü genellikle 5-7 yıl olmakla birlikte, kimyasal temizlemenin

sık ve düzgün yapılması ile 10 yıla kadar çıkarılabilmektedir (Jamil ve

diğ., 2017; Voutchkov, 2012; Ruiz-García ve Ruiz-Saavedra, 2015). TO

tesislerinin toplam maliyetleri 0,5 $/m3 iken, alternatifi olan

buharlaştırma ile desalinasyon prosesinin maliyetleri 0,8-11 $/m3

aralığındadır. Eğer, konsantre yönetimi ile enerji geri kazanımı optimize

edilirse TO maliyetleri daha da düşecektir. Enerji geri kazanımı olmayan

tesislerde spesifik enerji ihtiyacı 8,1 kWst/m3 iken enerji geri

kazanımıyla bu değer 3,7-4 kWst/m3 civarına düşmektedir (Judd, 2017).

Tablo 17.17 TO tesislerinde enerji maliyetlerinin değişimine (ΔEM)

sebebiyet veren işletme parametreleri (Judd, 2017)

Eylem ΔEM (%)

Tuz konsantrasyonundaki %10’luk bir azalış ile -7,8

Enerji geri kazanımındaki %10’luk bir artış ile -3,5

Basınç kayıplarındaki %10’luk bir azalış ile -0,4

Membran geçirgenliğindeki %10’luk bir azalış

ile 0,2

1223

Şekil 17.23 Desalinasyon tesislerinin İBM dağılımı (Akgül ve diğ., 2008;

Wittholz ve diğ., 2008)

Şekil 17.24’te görüldüğü üzere yıllara göre üretim maliyetleri

düşmüştür. Bunun en önemli etkisi, yukarıda bahsedilen şartlara ek

olarak %30-40 geri kazanım üniteleri ile enerji tasarrufunun

sağlanmasıdır. Bu durum maliyetlere yansımıştır. Fiyat aralığının ise

ağırlıklı olarak 0,50-1,50 $/m3 aralığında gruplandığı görülmektedir.

Şekil 17.25’te grafik üzerinde kırmızı ok ile gösterilen noktada maliyet

düşüşünün yavaşladığını göstermektedir. Bu nokta yaklaşık 10.000

m3/gün’e tekabül etmektedir. Bu grafikten elde edilen verilere göre

10.000 m3/gün’den daha yüksek değerlerdeki tesislerin işletme maliyeti

açısından daha ekonomik olacağı öngörülmektedir (Başaran, 2015).

1224

Şekil 17.24 Yıllara göre birim işletme maliyeti değişimi (Shatat, 2013)

Şekil 17.25 Kapasite bazında işletme maliyetleri (Başaran, 2015)

1225

Türkiye’deki denizlerden içme suyu elde etmenin işletme, ilk yatırım ve

toplam üretim maliyetleri hedeflenen sistem kapasiteleri için Denklem

17.27 ile hesaplanabilmektedir.

M = a x Q (17.27)

Burada,

M : İşletme, ilk yatırım, toplam üretim maliyetini ($/m³)

Q : Debiyi (m³/gün)

a : Katsayıyı

b : Katsayıyı

ifade etmektedir. Bu formüldeki a ve b parametreleri, işletme, ilk yatırım

ve toplam üretim maliyeti için değerler, Tablo 17.18’te verilmiştir.

Ayrıca, Akdeniz, Marmara ve Karadeniz için verilen işletme maliyeti

değerleri Şekil 17.26-17.28’de verilmiştir. Buna göre, tuzluluk arttıkça,

işletme maliyeti içerisinde enerji maliyeti oranı artmaktadır.

denizsuyu

b

1226

Tablo 17.18 Denizlerden içme ve kullanma suyu üretiminde farklı tasarımların maliyet denklemi katsayıları


a b a b a b

AKDENİZ - 15,6 lt/m²/st 0,435 -0,006 0,268 -0,028 0,701 -0,013

AKDENİZ - 13,3 lt/m²/st 0,427 -0,007 0,263 -0,018 0,690 -0,011

AKDENİZ - 11,7 lt/m²/st 0,421 -0,006 0,294 -0,019 0,714 -0,011

MARMARA - 15,6 lt/m²/st 0,347 -0,009 0,247 -0,023 0,593 -0,015

MARMARA - 13,3 lt/m²/st 0,339 -0,008 0,290 -0,031 0,627 -0,018

MARMARA - 11,7 lt/m²/st 0,320 -0,003 0,304 -0,031 0,621 -0,016

KARADENİZ - 15,6 lt/m²/st 0,270 -0,003 0,244 -0,034 0,511 -0,016

KARADENİZ - 13,3 lt/m²/st 0,267 -0,004 0,267 -0,030 0,525 -0,015

KARADENİZ - 11,7 lt/m²/st 0,265 -0,004 0,286 -0,035 0,548 -0,018

1227

Şekil 17.26 Akdeniz’den ters osmoz sistemiyle içme ve kullanma suyu

üretmenin ilk yatırım ve işletme maliyeti oranları, işletme maliyeti


1228

Şekil 17.27 Marmara’dan ters osmoz sistemiyle içme ve kullanma suyu



1229

Şekil 17.28 Karadeniz’den ters osmoz sistemiyle içme ve kullanma suyu




Dünyada hali hazırda kurulu pek çok ve değişik kapasitelere sahip TO

tesisi bulunmaktadır. Tesislerin çoğalması ve kurulumları üzerinden

yıllar geçmesi, örnek alınacak pek çok verinin literatürde yer almasını

sağlamıştır. Tablo 17.19’te mevcut tesisler ile elde edilen birim su

maliyetleri özet olarak verilmektedir. Bu değerler zamana göre

çizdirilmiş ve zamana göre lineer olarak azalan bir su üretim maliyeti

elde edilmiştir (Şekil 17.29).

1230

Birim toplam maliyetleri etkileyen faktörlerden biri kullanılan enerji

kaynağıdır. Tablo 17.20’te ise farklı enerji kaynakları ile elde edilen

birim toplam maliyetler verilmiştir (Başaran, 2015).

Şekil 17.29 Deniz suyu üretim maliyetinin zamana bağlı olarak değişimi

Literatürde rapor edilen deniz suyu arıtma amaçlı kurulan TO

tesislerinin maliyetleri arasındaki mevcut uyumsuzlukların pek çok

sebebi olabilir. Bu uyumsuzluklar, proses işletme farklılıklarından (akı

değerleri seçimi, geri kazanım oranı ve işletme basınçlarından), bölgesel

olarak farklılık gösteren membran değişiminden (3-5 yıllar arasında,

membran değişimi maliyeti 0,15-0,81 $/m3 (Avlonitis, 2003; El-

Dessouky ve Ettouney, 2002), ülkeden ülkeye değişen enerji

fiyatlarından, tesis işletmesindeki bölgesel deneyimlerden, devletlerin

koymuş olduğu çevresel kriterlere bağlı olarak konsantre bertarafındaki

maliyet farklılıklarından, besleme suyunun temin metodundan ve

fiziksel-kimyasal özelliğinden (tuzluluk arttıkça maliyet artmaktadır),

tesis yaşından (eski teknolojiye sahip tesislerdeki yüksek maliyet),

amortisman bedellerinde etkili olan tesis ömründen (20 ila 30 yıl

arasında değişmektedir), faiz (ülkeden ülkeye değişiklik

göstermektedir) oranlarından ve yedek parça-bakım ve onarımının

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Bir

im S

u Ü

reti

m M

ali

ye

ti,

$/

m3

Zaman

1231

yaygın olduğu merkezlere olan mesafeden dolayı daha pahalı hizmet

alımından kaynaklanmaktadır.

Tablo 17.19 Enerji kaynağı türüne göre deniz suyu arıtan TO

tesislerinin birim su üretim maliyetleri (Başaran, 2015)

Enerji kaynağı türü Üretim maliyeti

($/m3) Kaynak

Konvansiyonel 0,50-3,50 Gude ve diğ., (2010)

Konvansiyonel 0,46-3,50 Shatat ve diğ., (2013)

Konvansiyonel 0,35-2,70 Zotalis ve diğ., (2014)

Rüzgar enerjisi 7,00-9,00 Gude ve diğ., (2010)

Rüzgar enerjisi 1,30-6,50 Shatat ve diğ., (2013)

Rüzgar enerjisi 1,00-5,00 Zotalis ve diğ., (2014)

Güneş enerjisi 4,00-11,00 Gude ve diğ., (2010)

Güneş enerjisi 2,14-9,00 Shatat ve diğ., (2013)

Güneş enerjisi 3,14-9,00 Zotalis ve diğ., (2014)

Nükleer 0,79-1,21 Faibish ve diğ., (2003)

1232

Tablo 17.20 TO tesisleri örnekleri ve birim su maliyetleri

Yer Yıl Su

kaynağı

Enerji kaynağı

Kapasite

(m3/gün)

Son

kullanım

Giderim

kalitesi

Su

maliyeti

($/m3)

Kaynak

İspanya- Golden 1989 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

3500

İçme

suyu 1,94 Arı, (2009)

Suudi Arabistan-

Cidde 1989

Deniz

Suyu

Konvansiyonel

23,000

İçme

suyu 1,31 Arı, (2009)

Bahreyn - Ad Dur 1990 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

45,000

İçme

suyu Orta 1,30 Arı, (2009)

İspanya -Lanzarote

III 1991

Konvansiyonel

20,000

İçme

suyu Yüksek 1,62 Veza, (2001)

ABD - California 1992 Konvansiyonel

25,000

İçme

suyu 1,51 Arı, (2009)

Kıbrıs - Dhekelia 1997 Deniz

suyu

Konvansiyonel

40,000

İçme

suyu Orta 1,41

Marangou ve

Savvides,

(2001)

İspanya- Mallorca 1998 Deniz

suyu

Konvansiyonel

42000

56,400

İçme

suyu

1,03

1,00

Del Castillo,

(2004)

İsrail - Eilat 1998 Deniz

suyu

Konvansiyonel

10,000

İçme

suyu 0,72 Arı, (2009)

1233

Tablo 17.20 (Devamı) TO tesisleri örnekleri ve birim su maliyetleri

Yer Yıl Su

kaynağı

Enerji kaynağı

Kapasite

(m3/gün)

Son

kullanım

Giderim

kalitesi

Su

maliyeti

($/m3)

Kaynak

Mısır 2000 Acı su Güneş

13,250

İçme

suyu Düşük 5,20

Ahmad ve

Schmid, (2002)

Kıbrıs - Larnac 2001 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

56,000

İçme

suyu 0,83 Arı, (2009)

Libya 2002 Deniz

Suyu

Dizel

7000

İçme

suyu Düşük 1,61

El-Mudir ve diğ.,

(2004)

Suudi Arabistan 2002 Deniz

Suyu

Dizel

30.000

İçme

suyu Düşük 1,24

Hafez ve El-

Manharawy,

(2003)

İspanya -

Carboneras 2002

Deniz

Suyu

Konvansiyonel

120.000 Sulama Yüksek 0,76 Huehmer, (2010)

Kıbrıs 2002 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

50.000

İçme

suyu Düşük 1,15

Hafez ve El-

Manharawy,

(2003)

Tunus 2002 Deniz

Suyu

Dizel

10.000

İçme

suyu Düşük 1,57

Hafez ve El-

Manharawy,

(2003)

1234


Yer Yıl Su

kaynağı

Enerji kaynağı

Kapasite

(m3/gün)

Son

kullanım

Giderim

kalitesi

Su

maliyeti

($/m3)

Kaynak

ABD-Florida 2003 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

94.600

İçme

suyu Yüksek 0,55 Arı, (2009)

Japonya - Fukuoka 2005 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

50.000

İçme

suyu Yüksek 2,26 Huehmer, (2010)

ABD- Lasara 2005 Acı su Konvansiyonel

4.500

İçme

suyu Yüksek 0,45

Arroyo ve Shirazi,

(2012)

Fas 2006 Deniz

Suyu

Rüzgar

1.200

İçme

suyu Düşük

0,99–

1,29

Rizzuti ve diğ.,

(2007)

Umman - Sur 2007 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

İçme

suyu Düşük 1,39 Huehmer, (2010)

ABD - Inland

Empire 2007 Acı su

Konvansiyonel

27.000

İçme

suyu Yüksek 0,73 NRC, (2008)

Hindistan - Chennai 2007 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

100.000

İçme

suyu Düşük 1,27 Huehmer, (2010)

Cezayir - Tenes 2008 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

İçme

suyu Düşük 0,91

Ghaffour ve diğ.,

(2013)

Singapur - Tuas 2008 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

İçme

suyu Yüksek 0,64 Huehmer, (2010)

1235


Yer Yıl Su

kaynağı

Enerji kaynağı

Kapasite

(m3/gün)

Son

kullanım

Giderim

kalitesi

Su

maliyeti

($/m3)

Kaynak

ABD-Florida 2003 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

94.600

İçme

suyu Yüksek 0,55 Arı, (2009)

ABD - Doolittle 2008 Acı su Konvansiyonel

13.250

İçme

suyu Yüksek 0,31

Arroyo ve Shirazi,

(2012)

Cezayir- Mactaa 2008 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

500.000

İçme

suyu Düşük 0,62

Buonomenna,

(2013)

İsrail - Hadera 2010 Deniz

Suyu

Konvansiyonel

347.900

İçme

suyu Orta 0,69

Ghaffour ve diğ.,

(2013)

Türkiye - İstanbul-

Avşa 2010

Deniz

suyu

Konvansiyonel

4.000

İçme

suyu Yüksek 0,40 Koyuncu, (2012)

1236

17.3.4. Endüstriyel Atıksu Arıtma Tesislerinin Maliyetleri

Membran prosesler, kuyu suyunun ve/veya deniz suyunun arıtılarak

içme suyu eldesinin yanı sıra atıksuların ileri derece arıtılarak alıcı

ortamlara desarjı ya da çeşitli amaçlar doğrultusunda tekrar kullanımı

için de kullanılmaktadır. Bu bölümde, endüstriyel atıksu arıtımı için

kurulan çeşitli membran tesislerinden elde edilen maliyet verimleri

verilerek potansiyel kullanıcıların aydınlatılması hedeflenmiştir.

Membran teknolojileri, gıda, metal, tekstil vb. gibi pek çok çeşitli

endüstrinin atıksularının arıtılması için kullanılmaktadır. Örnek olarak,

metal son işlem endüstrisi için kullanılan bir membran tesisinin temsili

akım şeması Şekil 17.30’da verilmektedir.

Şekil 17.30 UF-TO Membran tesisinin akım şeması (Petrinic ve diğ.,

2015)

1237


Endüstriyel atıksu arıtan tesislerin kentsel atıksu arıtma tesislerinden

başlıca farkları, tüm atıksuların toplanıp bir arada arıtılması yerine

endüstri bazında kurulu tesislerin kurulumunun mecburiyeti (OSB

bazında AAT’ye sahip endüstriler hariç), daha düşük debilere sahip

olması ve çok değişik karakterde ve genellikle zor karakteristikte

atıksuların arıtıldığı proseslerin gerekliliğidir.

Endüstri bazında arıtma prosesleri değişkenlik göstermektedir, bunun

yanı sıra özellikle çoğu endüstriyel atıksuyun biyolojik arıtılabilirliği

düşüktür. Bu da kullanılan proseslerin endüstriye ve hatta bazen tesise

özgü olmasına ve çeşitli limit tasarım ve işletme değerleri ile

kurulmalarına sebep olmaktadır.

Endüstriyel atıksuların arıtıldığı membran tesislerinde, atıksuyun

karakterine göre asidik, bazik, yüksek sıcaklık vb. özelliklere dayanıklı

borulama, tank ve membran seçimi gerekebilmektedir. Bölümün

başlarında da belirtildiği üzere İYM, projelendirme, arazi, altyapı,

ekipman, membranlar ve inşaat kalemlerini içermektedir.

Proje/mühendislik ve arazi maliyetleri birim kapasite başına

karşılaştırıldığında kentsel atıksu arıtma tesisinden bir fark

göstermemektedir. Mekanik ve kimyasal dayanıklığı yüksek borulama

ve altyapı ünitelerinin malzemelerinin birim fiyatı, olağan ürünlerin

birim fiyatından yüksek olmaktadır. Ekipman olarak özellikle

pompaların fiyatları daha yüksek olacaktır.

Membranların doğru seçilmesi endüstriyel atıksu arıtımında kilit nokta

olarak tanımlanabilir. Yanlış malzemeye sahip membranlar ile ilgili

atıksuyun arıtımında istenilen verimlere kesinlikle ulaşılamayacaktır ve

kimyasal dayanımı düşük bir membran ile çalışılmakta ise membran

ömrünün de beklenilenden çok daha kısa olduğu görülecektir. Bu

sebeple, düşük pH’larda özellikle metal giderimi vb. amaçlı kullanılmak

üzere üretilen ince film kaplamalı membranların yüksek birim fiyatları

1238

da endüstriyel atıksuların arıtıldığı membran tesislerin İYM’ni

arttırmaktadır.


İşletme ve bakım maliyetleri söz konusu olduğunda ilk incelenmesi

gereken maliyet kalemi, enerji sarfiyatıdır. Endüstriyel atıksuların

karakterine bağlı olarak membran tesislerinde süzüntü akıları düşük

olabilir. Bu sebeple, yüksek giderim verimleri ve/veya optimum akı

değerlerinin elde edilebilmesi için nispeten daha yüksek işletme

basınçlarında çalışmalıdır. Bu da İBM değerlerini arttırmaktadır.

Ekipman ve membran değişimi ve ekstra kimyasal sarfiyatları da

endüstriyel atıksuların arıtıldığı membran tesislerinin İBM değerlerini

arttırmaktadır.


Tablo 17.21’de mevcut tesisler ile elde edilen birim su maliyetleri özet

olarak verilmektedir.

1239

Tablo 17.21 Dünyada kurulu bazı endüstriyel atıksu arıtma tesisleri su üretim maliyetleri

Yer Yıl Su kaynağı/

Sistem

Enerji

kaynağı/

Kapasite

(m3/gün)

Son

kullanım

Giderim

kalitesi

Su

maliyeti

(US $/m3)

Kaynak

İngiltere 2003 Deri

UF

Konvansiyonel

23

Tuzlu su

geri

kazanımı

Yüksek 1,83 Scholz ve Lucas,

(2003)

İngiltere 2003 Deri

MF

Konvansiyonel

23

Kireç ve

sülfit geri

kazanımı

Yüksek 3,60 Scholz ve Lucas,

(2003)

İngiltere 2003 Bitkisel tabaklama

MF

Konvansiyonel

24

Tekrar

kullanım Yüksek 2,36

Scholz ve Lucas,

(2003)

Türkiye -

İstanbul 2004

Tekstil

NF

Pilot

200

Tekrar

kullanım Yüksek 0,70

Koyuncu ve diğ.,

(2004)

Hindistan 2007 Tekstil

RO Konvansiyonel

Geri

dönüşüm Orta 0,90

Ranganathan ve

diğ., (2007)

Hindistan 2011 Bitkisel tabaklama

RO Konvansiyonel

Geri

dönüşüm Orta 1,13

Ranganathan ve

Kabadgi, (2011)

İtalya 2015 Tekstil Konvansiyonel Geri

dönüşüm Yüksek 0,97

Petrinic ve diğ.,

(2015)

Slovenya 2015

Metal kaplama

atıksuyu

UF-RO

Konvansiyonel

30,000

Geri

dönüşüm Yüksek 1,49

Ioannou-Ttofa

ve diğ., (2017)

1240

17.3.5. Membran Biyoreaktör Tesislerinin Maliyetleri

Membran biyoreaktör (MBR) tesisleri, membran proseslerin

kullanılması ile ileri atıksu arıtımında kullanılmak amacı ile kurulan ve

konvansiyonel aktif çamur sistemlerine güçlü bir alternatif olarak

ortaya çıkmış tesislerdir. Önceki bölümlerde de bahsedildiği üzere MBR

teknolojisinin tesislerde tercih edilmesinin pek çok üstünlüğü

bulunmaktadır. Yatırımcıların ve proje firmalarının MBR tesisi

kurmaktan kaçınmalarının tek sebebi, yıllardır süre gelen yüksek

maliyetler düşüncesidir. Bu bölümde, MBR teknolojisinin ilk yatırım ve

işletme ve bakım maliyetlerinden bahsedilmesinin ardından uygulama

örnekleri kısmında özellikle konvansiyonel aktif çamur ile

maliyetlerinin karşılaştırıldığı çalışmalardan söz edilecektir. MBR

teknolojisi kullanan bir tesisin genel akım şemasına bir örnek Şekil

17.31’de verilmektedir.

Şekil 17.31 MBR tesisine örnek akım şeması (Almes-eko, 2017)

1241


MBR’ler özellikle arazi fiyatlarının yüksek olduğu ve sıkı desarj limitleri

sebebiyle ileri derecede nütrient gideriminin yapılmasının şart olduğu

durumlarda konvansiyonel aktif çamur sistemlerinin yerine tercih

edilmektedir. Yıllık net değer olarak bakıldığında MBR maliyetleri,

konvansiyonel aktif çamur tesislerinin maliyetleri ile kıyaslamada

üstünlük sağladığını ortaya koymaktadır. Bu bakış açısının

yaygınlaşması ile yıllar içerisinde MBR tesislerinin sayısı gün geçtikçe

artmaktadır. MBR’deki membran maliyetleri 1990’lardan günümüze

azalmış ve 400 $/m2’den 20-40 $/m2’ye kadar inmiştir (Kennedy ve

Churchouse, 2005). 20.000 m3/gün kapasitesi olan bir MBR tesisinin ilk

yatırım maliyeti, 0,35-0,68 Milyon $/1.000 m3/gün aralığında

değişmektedir. Tercih edilen arıtma akım şemasına göre İYM, 2,6 Milyon

$/1.000 m3/gün seviyelerine kadar çıkabilmektedir (Judd, 2017).

Şekil 17.32’de İYM maliyetleri (mor renk ve düz çizgi ile ifade edilen) ve

İBM maliyetleri tesislerin kapasitesinin bir fonksiyonu olarak

verilmektedir. İYM, tesisin kapasitesinin artması ile artmaktadır. Batık

MBR sistemlerinde kullanılan membranların fiyatlarında da son yıllarda

önemli bir düşüş meydana gelmiştir. Membran maliyetleri, sipariş

miktarına, taşıma yöntemine, coğrafi bölgeye, pazar durumuna ve

üreticinin pazar stratejisine göre değişiklik göstermektedir. Büyük

ölçekli MBR projeleri için taşıma ve vergi hariç membran fiyatları, Kuzey

Amerika’da çelik çerçeve dahil 40-60 $/m2 iken Avrupa’da 50-70 $/m2

civarındadır (Yoon, 2006).


MBR tesislerinin işletme ve bakım maliyetleri de ilk tercih edilmeye

başladığı yıllarda nispeten yüksek iken günümüzde oldukça düşmüştür.

Bir MBR tesisin İBM maliyetlerinin kalemlerinin pasta grafik

içerisindeki dağılımı Şekil 17.33’de verilmektedir. Şekilden de

görülebileceği üzere enerji maliyetleri, işletme ve bakım maliyetlerinin

1242

en maliyetli kalemidir. Bunun sebebi süzüntü pompalarının kullanımı ve

membran ve aktif çamur havalandırmasının konvansiyonel sistemlerde

olmaması ve/veya daha az olmasıdır.

Şekil 17.32 MBR tesislerinin İYM ve İBM verileri (2015 yılı fiyatlarına

uyarlanmıştır, McAdam ve Judd (2006)

Şekil 17.34’de ise enerji sarfiyatı kaleminin kendi içerisindeki dağılımı

görülmektedir. Membran temizlenmesinin de hava ile işletme sırasında

yapılması önemli bir enerji gideridir. Bu sebeple, MBR’lerde tesisin

optimum akı değerinde işletilmesi ve membran biyotıkanmasını

engelleyecek yaklaşımların işletimin en başından beri benimsenmesi

gerekmektedir. Tablo 17.22’de ise çeşitli yaklaşımların enerji sarfiyatı

üzerindeki etkilerinden bahsedilmektedir. Nordkanal tesis

işletilmesinde m3 arıtılan su başına maliyet 0,30 $ civarındadır

(Engelhardt ve Lindner, 2006). Şekil 17.35’te ise çeşitli membran

ömürleri için İBM’nin akının bir fonksiyonu olarak değişimi

verilmektedir. Bu grafikten de anlaşıldığı üzere tasarımdaki işletme

akısı arttıkça birim İBM değerinde ciddi bir düşüş gözlenmektedir. Daha

1243

uzun ömürlü membran tercihi ile de birim İBM değerini azaltmak

mümkündür.

Şekil 17.33 MBR tesislerinin İBM dağılımları (Engelhardt ve Lindner,

2006; McAdam ve Judd, 2006)

Şekil 17.34 MBR tesislerinin enerji sarfiyatı kalemlerinin dağılımı

(Engelhardt ve Lindner, 2006; McAdam ve Judd, 2006)

Enerji %60

İşçilik %20

Kimyasal %13

Bakım %7

Fiziksel membran temizleme

%38 Süzüntü pompası

%22

Aktif ç. havalandırm

a %21

Besleme pompası

%11

1244

Şekil 17.35 Çeşitli membran ömürleri için İBM’nin akının bir

fonksiyonu olarak değişimi (TheMBRsite, 2017)

Tablo 17.22 MBR’lerde enerji maliyetlerinin değişimine (ΔEM)

sebebiyet veren işletme parametreleri (Judd, 2017)

Eylem ΔEM (%)

Süzüntü akısındaki %20’lik bir artış ile -6,5

Havalandırma ihtiyacındaki %20’lik bir azalış ile -5,0

Membranın kullanım ömrünündeki %20’lik bir artış ile -2,3

Membran geçirgenliğindeki %20’lik bir azalış ile 0,3

MBR’lerde İBM hesaplanması diğer membran tesislerinin İBM

hesabından farklıdır. Bu bölümde, MBR tesisinin İBM hesaplanması

adımları ve formülleri ile anlatılacaktır (TheMBRsite, 2017). İBM

hesabında ilk adım aktif çamur prosesisinin maliyetlerinin

hesaplanmasıdır. Aktif çamur prosesinin ana parametreleri Tablo

17.23’de, işletim parametreleri ise Tablo 17.24’da verilmektedir.

1245

Tablo 17.23 MBR’lerde İBM hesabında kullanılacak aktif çamur prosesi

parametreleri (TheMBRsite, 2017)

Parametre Sembol Birim Değer

Giderilen KOİ ΔSCOD mg/lt 1000

Giderilen TKN ΔSTKN mg/lt 50

Biyokütlenin KOİ içeriği λCOD

kgKOİ/kg

AKM 1,1

Biyokütlenin TKN içeriği λTKN

kgTKN/

kgAKM 0,095

Gerçek çamur verimi Yobs

kgAKM/

kgKOİ 0,35

Havanın yoğunluğu ρA G hava/m3 1230

Havadaki oksijen

konsantrasyonu C’A

G O2/g

hava 0,21

Birim derinlik başına standart

oksijen transfer verimi SOTE m-1 0,045

Havalandırma tankının derinliği y M 5

Blower enerji eşitliği sabiti K - 6,5

Blower giriş basıncı PA,in Pa 106.000

Blower çıkış basıncı PA,out Pa 156.000

Kütle transferi düzeltme faktörü,

katılar α - 0,5


tuzluluk β - 0,95


sıcaklık γ - 1

1246

Tablo 17.24 MBR’lerde İBM hesabında kullanılacak membran işletim

parametreleri (TheMBRsite, 2017)

Parametre Semb

ol

Birim Değer

Net akı (18 lt/m2.sa kabul

edilmiştir) J m/st 0,018

Membran alanı başına spesifik

havalandırma ihtiyacı SADm

Nm3/(st.m2)

0,25

Havalandırma için spesifik enerji

ihtiyacı E’A,m kWh/m3 0,0222

Süzüntü eldesi için spesifik enerji

ihtiyacı EL,m kWh/m3 0,015

Membran ömrü (8 yıl kabul

edilmiştir) t st 70.000

Çamur pompalama için enerji

(güç/akım)

EL,

çamur kWh/m3 0,02

Geri devir oranı R - 4

Elektrik maliyeti LE $/kWh 0,12

Membran maliyeti LM $/m2 80

Kimyasal maliyeti, %10-15

hipoklorit ve %50 sitrik asit LC $/m3 0,008

İBM hesaplama adımları:

1. KOİ ve TKN giderimleri dolayısıyla oksijen ihtiyacı (g/m3 O2):

DO2 = ΔSCOD(1 - λCOD x Yobs - 1,71λTKN x Yobs ) + 1,71ΔSTKN —

2,86ΔSNitrat

(17.28)

2. Havalandırma ihtiyacı (Nm3 hava/m3):

QA/QF = SADbio = DO2/(ρA x C’A x SOTE x y x α x β x γ)

(17.29)

3. Spesifik havalandırma enerji ihtiyacı (Ws/Nm3):

1247

E’A = k x PA,in x ((PA,out/PA,in)0,283) - 1) (17.30)

4. Biyolojik prosesin havalandırması için spesifik enerji ihtiyacı (EA,bio)

kWh/m3 arıtılmış su biriminde yazılmak istenir ise,

EA,bio = E’A x SADbio (17.31)

Sayılar ile örnek işlem gerçekleştirilir ise,

1) DO2 = 1000(1-1,1 x 0,35-1,71 x 0,095 x 0,35)+1,71 x 59-2,86 x 8 = 621

g/m3

2) SADbio = 621/(1230 x 0,21 x 0,045 x 5 x 0,5 x 0,95 x 1) = 22,5 Nm3/m3

3) E’A,bio = 6,5 x 106.000 x ((156/106)0,283-1)) = 80.000 Ws/Nm3

4) E’A,bio =2,5 x 80.000=1,8 x 106 Ws/m3=1,8 x 106/(1000 x 3600) = 0,5

kWh/m3

Ardından membran reaktörün enerji ihtiyaçlarını hesaplamak

gerekmektedir. Eğer membranlar daldırılmış ise aşağıdaki adımlar ile

devam edilir. Buradaki havalandırma için spesifik enerji ihtiyacı (E’A,m),

EA,bio ile eşit kabul edilebilir (Difüzörler aynı derinlikte ise).

EA,bio = 80.000/(3600 x 1000) = 0,0222 kWh/m3

İBM = LE(E’A,m x SADm/J+EL,çamur x R+EL,m+EA,bio)+LM/(J x

t)+LC+Lw+LL

(17.32)

İBM=0,12 x (0,022 x 0,25/0,018+0,02 x 4+0,015+0,5)+80/(0,018 x

70000)+0,008 İBM=0,12 $/m3

Eğer membran modülü ayrı bir tankta ise ve yan akım modeli geçerli

olarak yatay olarak yerleşmiş ise enerji ihtiyacı Bernoulli Denklemi

yardımı ile hesaplanır.

Em = [H+ΔP/(ρg)+ν2/(2g)] x ρg/(εtot x θ) (17.33)

1248

Burada,

H : Statik yükseklik = 2 m

ΔP : Uygulama basıncı = 350.000 Pa (3,5 bar)

g : 9,81 m/s2

ρ : 1000 kg/m3

ν : 3,5 m/sn

εtot : %55

θ : çevrim için

dir. Çevrim, burada süzüntü kanallarından geçen konsantrenin oranını

ifade etmektedir. Bu ifade, membran modülünün karakteristiği

kullanılarak ortaya konulabilir. Özellikle, membran alanı ve net kesit

alanı bilgileri kullanılabilir (TheMBRsite, 2017).

Membran alanı, A = 33 m2

Akı, J = 150 lt/m2.st

Süzüntü debisi = 4,95 m3/st

Tüp çapı = 0,2 m

Dolayısı ile bir tüpün kesit alanı:

Aka = 3,141 x 0,22/4 = 0,0314 m2

Eğer bu alanın % 85’i net olarak kullanılabilen kesit alanı olarak kabul

edilebilir ise

Aka,net = 0,85 x 0,03141 = 0,0267 m2

Konsantre debisi, çapraz akış hızı (ν) ile ilişkilidir.

QR = Aka,net x ν = 0,0267*3,5*3600 = 336 m3/st

1249

Modül başına süzüntü debisi akı ve membran modülünün alanı ile

ilişkilidir.

QP = J x A = 150 x 33/10000 = 4,95 m3/st

Eğer 8 adet tüp bulunmakta ise toplam geri kazanım,

Θ = 8 x 4,95/336 = 0,118 ya da %12

Dolayısıyla,

SEDm = [2+350.000/(1000*9,81) + 3,52/(2 x 9,81)] x 1000 x 9,81/(0,55 x

0,12) SEDm =1,6 kWh/m3

İBM = LE(EL,m +EA,bio)+LM/(J x t) + LC + LW + LL

İBM = 0,12 x (1,6+0,5)+80/0,018 x 70000)+0,008

İBM = 0,32 $/m3

Literatürdeki pek çok çalışmada MBR tesislerinin İBM değerleri

hesaplanmıştır ve debi ile aşağıdaki gibi bir ilişki ortaya konulmuştur

(TheMBRsite, 2017):

İBM= -0,0509 x lnQ+0,664 (Q=m3/gün) (17.34)


MBR’ler ile ilgilenen tüm araştırmacıların, potansiyel kullanıcıların en

çok merak ettiği husus MBR ile konvansiyonel aktif çamur sisteminin

maliyetlerinin kıyaslandığında elde edilen sonuçtur. Bu bağlamda,

değişik kabuller doğrultusunda bu iki alternatifin maliyetlerinin

karşılaştırıldığı bir çalışma incelenmiştir. MBR ile konvansiyonel aktif

çamur sisteminin ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin karşılaştırıldığı

bir çalışmada (Young ve diğ., 2013), Tablo 17.25’de verilen 7 farklı

senaryo için hesaplamalar yapılmıştır. Atıksu karakterizasyonu

1250

literatürde orta kuvvetli atıksu için verilmiş standart değerler olup

tasarım debisi 18.927 m3/gün alınmıştır (Metcalf & Eddy, 2003).

Her iki alternatif için 6 mm mekanik kaba filtre, kum tutucu, aktif çamur

havuzu, katı madde ayrımı için son çöktürme havuzu veya membran

tankı ve çıkışta UV sistemi maliyete dahil edilmiştir. Aynı zamanda 2

mm ince ızgara MBR sistemine dahil edilmiştir.

Tablo 17.25 MBR ve konvansiyonel aktif çamur alternatifleri için

değerlendirilen senaryolar (Young ve diğ., 2013).

No Senaryo Çıkış suyu (mgL)

BOİ/TAKM/TN/TP

Ay

boyunca

en düşük

sıcaklık

(oC)

Saatlik

pik

debi

faktörü

1 Herhangi bir TN ve

TP limiti yok ise 20/20 12 2

2 TP limiti yok ise 20/20/10 12 2

3 Genel kullanımdaki

ENR, BNG prosesi 10/10/10/0,2 12 2

4 Ön çökeltim 10/10/10/0,2 12 2

5 Sıcak hava 10/10/10/0,2 25 2

6 Yüksek pik akımlar 10/10/10/0,2 12 4

7 Sıkı TP limitleri 10/10/10/0,1 12 2

Bütün alternatifler için proses boyutlandırması, Metcalf & Eddy, inc.

(2003) ve Water Environmental Federation Manual of Practice No 8

(2010)’de verilen standart yöntemler ile yapılmıştır. Her alternatif için

ihtiyaç duyulan alan için maliyet varsayımı yapılmıştır. Yıllık işletme ve

bakım maliyetleri için personel ücreti, elektrik ihtiyacı, kimyasal

kullanımı, ekipmanların bakımı ve difüzör değişimleri hesaba

katılmıştır. Hesaplamalar sonucunda maliyet analizlerinin özeti Şekil

17.36-38’de verilmektedir.

1251

Şekil 17.36 Tüm alternatifler için İYM karşılaştırmaları (Young ve diğ.,

2013)

Şekil 17.37 Tüm alternatifler için İBM karşılaştırmaları (Young ve diğ.,

2013)

1252

Şekil 17.38 Tüm alternatifler için toplam toplam maliyet

karşılaştırılmaları (Young ve diğ., 2013)

Senaryo 1 için TN ve TP için herhangi bir çıkış limiti olmadığı

durumlarda MBR, %22 daha fazla maliyetlidir. Senaryo 2 için çıkış

TN<10 mg/lt, TP için çıkış limitinin olmadığı durumlarda MBR ilk

yatırım maliyeti %15 daha fazladır. Senaryo 3 (Standart Senaryo) için

ise çıkış TN limit<10 mg/lt, TP limit<0,2 mg/lt olması durumunda MBR

ilk yatırım maliyeti %13 daha düşüktür. Senaryo 4’te ise standart

sisteme ön çöktürme havuzu eklendiğinde MBR maliyeti %8 daha az

olmalıdır. Senaryo 5’te standart senaryo (Senaryo 3)’e göre daha sıcak

iklimlerde MBR ilk yatırım maliyeti % 8 daha düşüktür. Senaryo 6 için,

saatlik pik debinin 2 saat değil de 4 saat olduğu durumda MBR maliyeti

%5 daha düşüktür. Senaryo 7 için TP için düşük çıkış limitlerinde (<0,1

mg/L) MBR ilk yatırım maliyeti %18 daha düşüktür (Young ve diğ.,

2013).

Standart koşullar için (Senaryo 3) İBM’ler özetlenmek istenir ise MBR

sistemlerinde klasik sistemlere göre işçilik maliyeti daha düşüktür. MBR

sistemlerinde enerji maliyeti az farkla daha yüksektir. MBR

sistemlerinde geri yıkama ve membran temizliği için özel kimyasallar

gerekmektedir. UV dezenfeksiyon maliyeti MBR sistemlerinin çıkış

bulanıklık değerinin daha düşük olmasından dolayı düşük olmaktadır

(Young ve diğ., 2013).

1253

Toplam maliyetler incelendiğinde ise Senaryo 1 ve 2 için üçüncül

arıtmanın gerekli olmadığı ve konvansiyonel aktif çamur sistemlerinin

toplam ömür maliyeti MBR sistemlerine göre daha düşük olduğu

söylenebilir. Senaryo 3 (Standart koşullar için)’te konvansiyonel aktif

çamur sistemi için üçüncül arıtma gerekmektedir. Fakat MBR toplam

ömür maliyeti daha düşüktür. Senaryo 4 ve 5 için ise MBR toplam ömür

maliyeti konvansiyonel aktif çamur sistemlerine göre daha düşüktür.

Senaryo 6’da MBR toplam ömür maliyeti konvansiyonel aktif çamur

sistemlerine göre az farkla daha yüksektir. Son olarak Senaryo 7 için

konvansiyonel aktif çamur sistemleri için üçüncül arıtma olarak

membran filtrasyonu gerekmektedir ve bu senaryo MBR sistemleri için

en uygun senaryodur (Young ve diğ., 2013).

Kısaca özetlemek gerekir ise MBR sistemlerinde daha yüksek işletme ve

bakım maliyetleri olmasına rağmen toplam maliyet olarak

konvansiyonel aktif çamur sistemi daha yüksek kalmıştır. Aynı zamanda

konvansiyonel aktif çamur sistemi sonrası ileri arıtım adımı eklendiği

durumlarda MBR sistemlerinin en uygun alternatif olduğu görülmüştür.

Bir diğer önemli MBR tesisi örneği ise Varsselveld MBR tesisidir. Bu

tesiste ilk yıl membranlar daimi olarak havalandırılmaktayken, daha

sonraki yıllarda kesikli havalandırmaya geçilmiştir. Aynı zamanda

işletmedeki membran tank sayısı kontrol edilerek giriş debisi devreye

almadan itibaren optimize edilmiştir. Sonuç olarak, enerji tüketimi %20

oranında azaltılabilmiştir (Van Bentem, 2010). Şekil 17.39’da yıllar

bazında Varsseveld MBR tesisinin enerji tüketim miktarları verilmiştir.

MBR sistemindeki optimizasyon başarılı bir şekilde yapılırsa enerji

tüketimi kum filtreli konvansiyonel aktif çamur sistemine benzer

olmaktadır (Van Bentem, 2010). Varsseveld MBR tesisinde 0,65

kWh/m3 enerji tüketimine aşağıdaki adımlar izlenerek ulaşılmıştır:

Özellikle daha yüksek proses sıcaklıklarında membran tank

havalandırma kapasitesinin azaltılmasıyla

1254

İşletmede olmayan membran tankları için besleme pompası

çalışma zamanının azaltılmasıyla

Daha yüksek proses sıcaklıklarında optimum akı değerinin

artışıyla.

Şekil 17.39 Varsselveld MBR tesisinin enerji tüketimi (Van Bentem,

2010)

Tablo 17.26’da 3 tesisten alınan maliyet bilgileri derlenmiştir.

İşletme ve bakım maliyetlerini azaltmak, işletme problemlerin takibi ve

çözümü ile mümkündür. Tıkalı difüzör ve tıkalı membranların

tıkanıklığının giderilmesi gerekmektedir. Difüzörler uygun seviyede

değil ise düzensizlik görülmekte ve blower değiştirilebilir ya da en

baştan seviye ayarlaması yapılabilir. Aktif çamurun karakteristiğinde

olumsuzluklar var ise işletmeye uygun çamur özelliklerine getirilmesi

için gerekli müdahaleler yapılmalıdır.

1255

Tablo 17.26 Membran biyoreaktörlerin maliyet kalemleri

Kapasite

(m3/gün)

Birim

İYM

($/m3)

Birim

İBM

($/m3)

Amaç Kaynak

100 - 0,374

Kullanma

suyu geri

kazanımı

Verrecht ve diğ.,

(2011)

1000 513,08 0,295

Hastane

atıksuyu

arıtımı

Liu ve diğ., (2010)

20851 5.450.398 0,095 Evsel atıksu

arıtımı

Verrecht ve diğ.,

(2010)

KAYNAKLAR

A.W.W.A. (2005). Microfiltration and Ultrafiltration Membranes

for Drinking Water: M53, American Water Works Association.

Ahmad, G. E. ve Schmid, J., (2002). Feasibility study of brackish

water desalination in the Egyptian deserts and rural regions

using PV systems. Energy Conversion and Management, 43,(18),

2641-2649.

Akgül, D. Ö., (2006). Türkiye'de ters osmoz ve nanofiltrasyon

sistemleri ile içme ve kullanma suyu üretiminin maliyet analizi.,

Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi.

Akgül, D., Çakmakcı, M., Kayaalp, N., Koyuncu, İ., (2008). Cost

analysis of seawater desalination with reverse osmosis in

Turkey, Desalination, 220, 1-3, 123-131.

Al-Malack, M.H., (2003). Technical and economic aspects of

crossflow microfiltration, Desalination, 155, 89-94.

Almes-eko, (2017). http://www.almes-eko.hr/mb-

reactor/process-data

Ang, W., Nordin, D., Mohammad, A., Benamor, A., Hilal, N.,

(2017). Effect of membrane performance including fouling on

1256

cost optimization in brackish water desalination process,

Chemical Engineering Research and Design, 117, 401-413

Arı, P. H., (2009). Türkiye’de İçme Suyu Amaçlı Büyük Kapasiteli

Membran Sistemlerinin Maliyet Analizi, Fen Bilimleri Enstitüsü.

Arroyo, J. Ve Shirazi, S., (2012). Cost of brackish groundwater

desalination in Texas. Texas Water Development Board.

September

Aslan, M., (2016). Membran Teknolojileri, Çevre ve Şehircilik

Bakanlığı, 78-80

Avlonitis, S. A., Kouroumbas, K., Vlachakis, N., (2003). Energy

consumption and membrane replacement cost for seawater RO

desalination plants. Desalination, 157, (1), 151-158.

Başaran, Y., (2015). Türkiye'de Deniz Suyundan İçme Suyu

Üretiminin Maliyet Değerlendirmesi, Uzmanlık Tezi, Orman ve

Su İşleri Bakanlığı

Bergman, R. A., (1995). Membrane softening versus lime

softening in Florida: a cost comparison

update, Desalination, 102, (1), 11-24.

Bergman, R. A., (1996). Cost of membrane softening in Florida.

American Water Works Association, Journal, 88, (5), 32.

Bick, A., Gillerman, L., Manor, Y., Oron, G., (2012). Economic

Assessment of an Integrated Membrane System for Secondary

Effluent Polishing for Unrestricted Reuse, Water, 4, (1), 219.

Buonomenna, M. G., (2013). Membrane processes for a

sustainable industrial growth, RSC advances, 3, (17), 5694-5740.

Costa, A. R., de Pinho, M. N., (2006). Performance and cost

estimation of nanofiltration for surface water treatment in

drinking water production. Desalination, 196, (1), 55-65.

Del Castillo, J., (2004). Desalination costs at the Spanish

Mediterranean Coast, The Bahia de Palma, Mallorca Case.

International Conference on Desalination Costing, Limassol.

El-Dessouky, H. T., Ettouney, H. M., (2002). Fundamentals of salt

water desalination, Elsevier

1257

El-Mudir, W., El-Bousiffi, M., Al-Hengari, S., (2004). Performance

evaluation of a small size TVC desalination plant, Desalination

165(Supplement C), 269-279.

Engelhardt, N., Lindner, W., (2006). Experiences with the world’s

largest municipal waste water treatment plant using membrane

technology, Water Practice and Technology, 1, (4).

Faibish, R. S., Konishi, T., (2003). Nuclear desalination: a viable

option for producing freshwater, Desalination, 157, (1), 241-

252.

Fritzmann, C., Löwenberg, J., Wintgens, T., Melin, T., (2007).

State-of-the-art of reverse osmosis desalination, Desalination,

216, 1-3, 1-76.

Ghaffour, N., Missimer, T. M., Amy, G. L., (2013). Technical review

and evaluation of the economics of water desalination: Current

and future challenges for better water supply sustainability,


Glueckstern, P. ve Priel, M., (2003). Comparative cost of UF vs

conventional pretreatment for SWRO systems, International

Desalination and Water Reuse Quarterly, 13, (1), 34-39.

Glueckstern, P., Priel, M., Wilf, M., (2002). Field evaluation of

capillary UF technology as a pretreatment for large seawater RO

systems, Desalination, 147, (1), 55-62.

Gude, V. G., Nirmalakhandan, N., Deng, S., (2010). Renewable and

sustainable approaches for desalination. Ren. and Sust. Energy

Rev. 14, (9), 2641-2654.

Hafez, A., El-Manharawy, S., (2003). Economics of seawater RO

desalination in the Red Sea region, Egypt. Part 1. A case study,

Desalination 153, (1), 335-347.

Huehmer, R. P., (2010). Detailed estimation of desalination

system cost using computerized cost projection tools.

Proceedings of the 12th annual conference, Desalination-Visions

for the Future.

Ioannou-Ttofa, L., Michael-Kordatou, I., Fattas, S. C., Eusebio, A.,

Ribeiro, B., Rusan, M., Amer, A. R. B., Zuraiqi, S., Waismand, M.,

Linder, C., Wiesman, Z., Gilron, J., Fatta-Kassinos, D., (2017).

1258

Treatment efficiency and economic feasibility of biological

oxidation, membrane filtration and separation processes, and

advanced oxidation for the purification and valorization of olive

mill wastewater, Water Research, 114, (Ek C), 1-13.

Jamil, M.A., Qureshi, B.A., Zubair, S.M., (2017). Exergo-economic

analysis of a seawater reverse osmosis desalination plant with

various retrofit options., Desalination, 401, 88-98.

Judd, S. J. (2017). Membrane technology costs and me, Water

Research, 122, 1-9.

Kennedy, S., Churchouse, S., (2005). Progress in membrane

bioreactors: new advances, Proceedings of Water and

Wastewater Europe Conference, Milan.

Koyuncu, İ. (2012). Membranlı Su Arıtma Teknolojileri, Çevresel

Etkileri, Teknolojik Karşılaştırmalar Sunumu. Ulusal Membran

Teknolojileri Araştırma Merkezi.

Koyuncu, İ., Topacık, D., Yüksel, E., (2004). Reuse of reactive

dyehouse wastewater by nanofiltration: process water quality

and economical implications, Separation and Purification

Technology, 36, (1), 77-85.

Liu, Q., Zhou, Y., Chen, L., Zheng, X., (2010). Application of MBR

for hospital wastewater treatment in China, Desalination, 250,

(2), 605-608.

Macedonio, F., Curcio, E., Drioli, E., (2007). Integrated membrane

systems for seawater desalination: energetic and exergetic

analysis, economic evaluation, experimental study, Desalination,

203, (1), 260-276.

Marangou, V. S., Savvides, K., (2001). First desalination plant in

Cyprus — product water aggresivity and corrosion control,

Desalination, 138, (1), 251-258.

McAdam, E. J., Judd, S. J., (2006). A review of membrane

bioreactor potential for nitrate removal from drinking

water, Desalination, 196, 1-3, 135-148.

Metcalf & Eddy Inc, (2003). G. Tchobanoglous, F.L. Burton, H.D.

Stensel, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse,

(4.basım), McGraw-Hill, London.

1259

NRC, (2008). Desalination: A National Perspective, National

Academies Press.

Petrinic, I., Korenak, J., Povodnik, D., Hélix-Nielsen, C., (2015). A

feasibility study of ultrafiltration/reverse osmosis (UF/RO)-

based wastewater treatment and reuse in the metal finishing

industry, Journal of Cleaner Production, 101, 292-300.

Pianta, R., Boller, M., Urfer, D., Chappaz, A., Gmünder, A., (2000).

Costs of conventional vs. membrane treatment for karstic spring

water, Desalination, 131, 245-255.

Pinto, F. S., Marques, R. C., (2017). Desalination projects

economic feasibility: A standardization of cost determinants.

Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, 904-915.

Ranganathan, K., Karunagaran, K. D., Sharma, C., (2007).

Recycling of wastewaters of textile dyeing industries using

advanced treatment technology and cost analysis—Case studies.

Resources, Conservation and Recycling, 50, (3), 306-318.

Ranganathan, K., Kabadgi, S. D., (2011). Studies on feasibility of

reverse osmosis (membrane) technology for treatment of

tannery wastewater, Journal of Environmental Protection, 2,

(01), 37.

Rizzuti, L., Ettouney, H. M., Cipollina, A., (2007). Solar

desalination for the 21st century: a review of modern

technologies and researches on desalination coupled to

renewable energies, Springer Science & Business Media.

Ruiz-García, A., Ruiz-Saavedra, E., (2015). 80,000h operational

experience and performance analysis of a brackish water

reverse osmosis desalination plant. assessment of membrane

replacement cost, Desalination, 375, 81-88.

Sanz, M.A., (2012). Energy as motor of seawater reverse osmosis

desalination development. In: WEX 2012 (The Water and Energy

Exchange), Lisbon.

Scholz, W., Lucas, M., (2003). Techno-economic evaluation of

membrane filtration for the recovery and re-use of tanning

chemicals, Water Research 37, (8), 1859-1867.

1260

Sethi, S., Wiesner, M. R., (2000). Cost modeling and estimation of

crossflow membrane filtration processes, Environmental

engineering science 17, (2), 61-79.

Shahmansouri, A., Bellona, C. (2015). Nanofiltration technology

in water treatment and reuse: applications and costs, Water

Science and Technology, 71,(3), 309-319.

Shatat, M., Worall, M., Riffat, S. (2013). Opportunities for solar

water desalination worldwide, Sustainable cities and society, 9,

67-80.

Sobhani, R., McVicker, R., Spangenberg, C., Rosso, D., (2012).

Process analysis and economics of drinking water production

from coastal aquifers containing chromophoric dissolved

organic matter and bromide using nanofiltration and ozonation,

J. of Environmental Management, 93, (1), 209-217.

Van Bentem, A. G. N., Nijman, N., Schyns, P. F. T., Petri, C. P.,

(2010). MBR Varsseveld: 5 years of operational

experience, Water Practice and Technology, 5, (1).

Van der Bruggen, B., Everaert, K., Wilms, D., Vandecasteele, C.,

(2001). Application of nanofiltration for removal of pesticides,

nitrate and hardness from ground water: rejection properties

and economic evaluation, Journal of Membrane Science, 193, (2),

239-248.

Verrecht, B., James, C., Germain, E., Birks, R., Barugh, A., Pearce,

P., Judd, S., (2011). Economical evaluation and operating

experiences of a small-scale MBR for nonpotable reuse, Journal

of Environmental Engineering, 138, (5), 594-600.

Verrecht, B., Maere, T., Nopens, I., Brepols, C., Judd, S., (2010).

The cost of a large-scale hollow fibre MBR, Water Research, 44,

(18), 5274-5283.

Veza, J. M., (2001). Desalination in the Canary Islands: an update,

Desalination, 133, (3), 259-270.

Voutchkov, N., (2008). Planning for carbon-neutral desalination

in Carlsbad, California. Environmental Engineer: Applied

Research and Practice, 6, 1-11.

1261

Voutchkov, N., (2012). Desalination Cost Trends, from Cost

Estimating of SWRO Desalination Plants, MEDRC, Muscat.

Voutchkov, (2017). http://slideplayer.com/slide/9237810/

Wilf, M., Klinko, K., (2001). Optimization of seawater RO systems

design, Desalination, 138, (1-3), 299-306.

Wittholz, M. K., O'Neill, B. K., Colby, C. B., Lewis, D., (2008).

Estimating the cost of desalination plants using a cost database,

Desalination, 229:1-3, 10-20.

Yoon, S. H., Collins, J. H., (2006). A novel flux enhancing method

for membrane bioreactor (MBR) process using

polymer, Desalination, 191, (1-3), 52-61.

Young, T., Smoot, S., Peeters, J., Côté, P. (2013). When does

building an MBR make sense? How variations of local

construction and operating cost parameters impact overall

project economics, Proceedings of the Water Environment

Federation, 8, 6354-6365.

Zotalis, K., Dialynas, E. G., Mamassis, N., Angelakis, A. N., (2014).

Desalination technologies: Hellenic experience, Water 6, (5),

1134-1150.

<URL> Samcotech, (2017). https://www.samcotech.com/cost-

wastewater-treatment-system/.15.12.2017

<URL> Sterlitech, (2017). https://www.sterlitech.com/1812-

sanitary-elements.html.15.12.2017

<URL> Su ve Çevre, (2017). http://www.suvecevre.com/

?pid=22248

<URL> TheMBRsite, (2017). http://www.thembrsite.com/

features/mbr-opex-theory-running-costs/, 15.12.2017

<URL>: eBelediye, (2017). https://www.ebelediye.info/

haberler/kordal-koseoglu-polatli-belediyesi-icme-suyu-aritma-

tesisi-bir-belediyemizde-gerceklestirilen-ilk-me.15.12.2017

Ülkemizde Membran Otopsisi hizmeti ilk defa MEM-TEK tarafından verilmeye başlanmıştır.

Membran Otopsisi İşleminde Elde Edilmiş Bir SEM-EDS Elementel Haritalama Görüntüsü

1263

BÖLÜM 18

MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNDE İŞLETME VE BAKIM

İsmail Koyuncu1,2, Türker Türken1,2, Serkan Güçlü1,2 ve Recep Kaya1,2

Bu bölümde, mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon, ters osmoz

ve membran biyoreaktör proseslerindeki işletme ve bakım ile modül

sağlamlık testleri ve membran otopsisi hakkında detaylı bilgiler

verilmiştir.

18.1. Mikrofiltrasyon ve Ultrafiltrasyon Sistemlerinde İşletme ve

Bakım

Mikrofiltrasyon (MF) ve Ultrafiltrasyon (UF) sistemleri basınç sürücülü

filtrasyon sistemleridir. MF/UF teknolojisi su içerisindeki mikrobiyal

kirleticileri ve partikülleri uzaklaştırmak için kullanılmaktadır. Ancak

iyonları ve küçük molekülleri uzaklaştırmak için yeterli sistemler

değillerdir. Proseste basınç sürücü kuvveti kullanıldığı gibi bazen vakum

ile çalışan tipleri de vardır. MF ve UF modülleri tübüler, içi boşluklu

fiber, düz çerçeve ve spiral sargılı olarak tasarlanabilirler. İçi boşluklu

fiber tipdeki membran modülleri en yaygın ticari membranlardır. MF ve

UF modüller için servis süreleri 3 ile 5 yıl arasında değişmektedir (Dow,

2007).

İçi boşluklu fiber modüller dıştan içe ve içten dışa olmak üzere farklı

kullanım şekilleri vardır. Şekil 18.1’de dıştan içe çalışan bir UF modül

için çalışma örneği verilmiştir.

1 İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İTÜ 2 Prof. Dr. Dincer Topacık Ulusal Membran Teknolojileri Uyg-Ar Merkezi, İTÜ

1264

Dıştan içe konfigürasyonda çalışan MF ve UF modülleri besleme suyu

kalitesi bakımından daha esnektirler. Aynı zamanda hava ile yüzey

sıyırma da kullanılabilmektedir (Dow, 2007). İçten dışa çalışan sistemler

ise daha çok su kalitesinin nispeten daha iyi olduğu sularda (içme suyu

arıtımı) kullanılmaktadır. Dik olarak sistemlere yerleştirilen UF

modüllerinin tüp tasarımı partiküllerin hava ile kolaylıkla

uzaklaştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bu durum aynı zamanda geri

yıkamada kullanılan su miktarını da düşürmektedir. MF modülleri daha

çok ön arıtma amaçlı kullanılmaktadır. UF modüller ise desalinasyon

sistemlerinde ön arıtma, yüzeysel su ve atıksu arıtımında

kullanılabilmektedir. MF membranlarının akı değerleri besleme suyu

kalitesine bağlı olarak 60 ile 150 lt/m2.st arasında kabul

edilebilmektedir. UF modüllerinde ise tasarım akısı 50-120 lt/m2.st

arasında kabul edilebilmektedir. MF/UF prosesleri için işletme detayları

aşağıda verilmiştir.

Besleme

Süzüntü

Konsantre

Hava

Şekil 18.1 UF Modül çalışma prensibi akım şeması (GEN UF, 2017)

1265

18.1.1. MF/UF Prosesinin İşletilmesi

UF modülleri için tipik işletme koşulları Tablo 18.1’de verilmiştir.

MF/UF sisteminde işletme koşullarının değişememesi ve stabil ürün

suyu elde edilmesi için farklı işletme modları kullanılmaktadır. Aynı

şekilde işletme koşullarının değişmemesi için belirli periyotlarda

kimyasal geri yıkamalar kullanılmaktadır. Kimyasal yıkamalarda geçerli

olan işletme koşulları için detaylar yine bu bölümde verilmiştir.

Tablo 18.1 UF sistemleri için tipik işletme koşulları (GEN UF, 2017)

İşletme Şartları Birim

Maksimum Besleme Basıncı 6-8 bar

Maksimum İşletme Basıncı (TMP) 2-3 bar

İşletme Akısı 40-120 lt/m2.st

Sıcaklık 1-40 oC

İşletme pH aralığı 2-11

NaOCl, Maksimum konsantrasyon 2000 ppm

MF/UF sistemlerinde filtrasyon, geri yıkama, kimyasal geri yıkama ve

yerinde kimyasal yıkama olmak üzere farklı işletme adımları vardır. Her

bir işletme adımı için detaylar aşağıda verilmiştir.

18.1.2. Filtrasyon Adımı

MF/UF sistemlerinin normal işletme adımları filtrasyon ve geri yıkama

olarak iki adımda gerçekleştirilmektedir. Sistem devreye alınmadan

önce her defasında hızlı yıkama adımı gerçekleştirilmelidir. Bu yıkama

adımı membran yüzeyinde bulunan kalıntı kimyasal ve partikülleri

uzaklaştırılmak için uygulanmaktadır. Hızlı yıkama modu için işletme

şeması Şekil 18.2’de verilmiştir. Hızlı yıkamada ortalama süre 30 sn

olarak kabul edilmekte ve su atık hattına verilmektedir.

1266

Hızlı yıkama sonrası modül tekrar normal işletme moduna alınarak

filtrasyon başlanmaktadır. İşletme döngüsü 20-60 dakika boyunca

devam etmektedir. Şekil 18.3’de filtrasyon modu için şematik gösterim

verilmiştir. Normal işletme döngüsü tamamlandığında geri yıkama

adımına geçilmektedir. İşletme boyunca dik akışlı filtrasyon

uygulandığında besleme suyunun %100’ü ürüne dönüştürülmektedir.

Şekil 18.2 Hızlı yıkama adımı akım şeması (GEN UF, 2017)

1267

Şekil 18.3 Filtrasyon modu akım şeması (GEN UF, 2017)

18.1.3. Geri Yıkama Adımı

Geri yıkama süzüntü suyunun bellirli bir debide süzüntü tarafından

membranlara tekrar beslenmesi temeline dayanmaktadır. Bu adım

işletme süresince otomatik olarak gerçekleştirilmektedir. Genellikle 20-

30 sn aralığına ayarlanmaktadır. Geri yıkama debisi için üretici firma

verileri dikkate alınmalıdır. Kullanılan modül tipine göre hava sıyırma

adımı da eklenebilir. Geri yıkama adımında öncelikle modül içerisindeki

su boşaltılır (Şekil 18.4a). Sonraki adımda modüle süzüntü suyu

beslenerek membranların içinden dışına doğru geçmesi sağlanır. İlk

adımda modül üst tarafından drene edilir (Şekil 18.4b-c).

1268

a)

b)

Şekil 18.4 Geri yıkama adımı şematik gösterimi (GEN UF, 2017)

1269

c)

Şekil 18.4 (Devamı) Geri yıkama adımı şematik gösterimi (GEN UF,

2017)

18.1.4. Kimyasal Destekli Geri Yıkama (CEB)

Geri yıkamanın kimyasal çözelti ile birlikte yapılması kimyasal geri

yıkama adımı olarak adlandırılmaktadır. CEB yıkamanın sıklığı besleme

suyunun kalitesine bağlı olarak değişmektedir. Yüksek kalitedeki

besleme suları için CEB yıkamaya gerek kalmayabilir. Otomatik olarak

işletilir. Ancak sıklığı işletme esnasında alınan tecrübe ile ayarlanabilir.

CEB işlemi asidik veya bazik olmak üzere farklı şekillerde uygulanabilir.

Bazik yıkamada, oksidantların da kullanılması yaygındır. CEB işleminde

kimyasalların yüzeyde kirlilikleri uzaklaştırabilmesi için belli bir süre

beklenmesi gerekmektedir. Bu süre 5 ile 20 dakika arasında değişiklik

göstermektedir. Asidik ve bazik yıkamalar çakıştığı zaman, her kimyasal

geri yıkama arasında bir filtrasyon adımının uygulanması

1270

gerekmektedir. Her kimyasal yıkamadan sonra asidik ve bazik yıkama

için şematik gösterim Şekil 18.5’te verilmiştir.

18.1.5. Yerinde Kimyasal Yıkama Adımı (CIP)

Yerinde kimyasal yıkama zaman içerisinde tıkanan membranların eski

performasnlarına geri döndürülebilmesi için yapılan kimyasal yıkama

çeşididir. Kimyasal çözelti ayrı bir tankta hazırlanarak modül içerisinde

sirküle edilir. Besleme suyunun kalitesine bağlı olarak 1 ile 3 ay

arasındaki periyotlarda değişiklik göstermektedir. CIP prosedüründen

önce geri yıkama prosedürü yürütülmektedir. Geri yıkama adımı 3 ile 8

arasında tekrarlarla gerçekleştirilmektedir. Membran modül

içerisindeki kalıntı su boşaltılarak CIP prosedürüne hazır hale

getirilmektedir. CIP kimyasal çözeltisi membranların dışından 30 dakika

boyunca sirküle edilmektedir. Yıkamanın verimi artırılabilmesi için

çözelti 40 oC’ye kadar ısıtılmaktadır. Kimyasal çözelti için 60 dakikalık

bir emme süresi beklenmektedir. Bu süre sonunda 30 dakika modül ile

kimyasal tankı arasında sirkülasyon gerçekleştirilmektedir. Sirkülasyon

tamamlandıktan sonra modül boşaltılarak konsantre kimyasal

uzaklaştırılmaktadır. Geri yıkama ve flaş yıkama adımları sonrasında

modül devreye alınarak filtrasyon gerçekleştirilmektedir. CIP adımları

alkali ve asidik çözeltilerle farklı adımlarda gerçekleştirilmektedir ve

her yıkama sonrasında araya filtrasyon adımı eklenmektedir. CIP işlemi

için şematik gösterim Şekil 18.6’da verilmiştir.

1271

a)

b)

Şekil 18.5 CEB akım şeması(GEN UF, 2017)

1272

.

Şekil 18.6 UF modüller için CIP yıkama şematik gösterim (GEN UF,

2017)

18.1.6. MF/UF Sistemlerinin İşletme Parametreleri

MF/UF sistemleri işletilirken belirli parametreler takip edilerek

işletilmelidir. Tablo 18.2’de UF sistemlerinde kullanılan tipik işletme

parametreleri ve kimyasal yıkamalarda kullanılan kimyasal

konsantrasyonları verilmiştir. İşletme adımları otomasyon sistemlerine

bağlı olarak belirli döngüler takip edilerek ayarlanmalıdırlar. Planlı bir

işletme membran ömrünün uzatılmasına ve sistem amortisman

süresinin kısaltılmasını sağlamaktadır. Bu nedenle işletme boyunca

üretici firma tarafından verilen işletme parametrelerine uyulması

gerekmektedir.

1273

Tablo 18.2 UF sistemleri için işletme parametreleri

Geri Yıkama Sıklığı Her 40 dk 'da 1 defa

Geri Yıkama Süresi 40-120 sn

Geri Yıkama Akısı 100-150 lt/m2.st

Hava

Sıyırma

Maximum Giriş

Basıncı

3 bar

Her Modül için hava

miktarı

10-15 m3/st

Süre 20-60 sn

CEB

Sıklık İhtiyaç durumunda

Süre Geri yıkama+5-20 dk bekleme

Yıkama Çözeltisi % 0,1 HCL, % 2 Citric, % 2 Oxalic

% 0,1 NaOCl, % 0,02 NaOH

CIP

Sıklık TMP 1 bar'ı geçtiğinde

Süre 120 dk

Temizleme Çözeltisi % 0,2 HCl, % 2 Sitrik, % 0,1

NaOH+%0,2 NaOCl

Her modül için debi 1,5 m3/st

Sıcaklık 10-40 oC

18.1.7. Modül Sağlamlık Testleri

18.1.7.1. Düşük Başınçlı Modüllerde Kaçak Testleri

Genel olarak, modül testlerinin amacı, filtrelenmiş su kalitesinin

doğrulanması, modül uygunluğun gösterilmesi ve ekipman/filtrasyon

problemlerinin tespit edilmesini içermektedir. Modül testlerinin farklı

membran tedarikçileri için ortak bir standart prosedürü olması

açısından, ASTM (American Society for Testing and Materials)’nin bir alt

komitesi tarafından “Su Filtrasyonunda Membran Sistemlerinin

Sağlamlık Testi İçin Standart Prosedür” (Standard Practice for Integrity

Testing of Water Filtration Membrane Systems) (ASTM - D6908-03)

1274

tasarlanmıştır. Uygulamalardan bağımsız olarak tüm membranlara

uygulanabilen test yöntemleri şunlardır:

Basınç sönümlenme testi (Pressure decay test - PDT),

Vakum sönümlenme testi, çözünebilir boya testi (Vacuum decay

test - VDT, Soluble dye test - SDT)

Toplam organik karbon izleme testi (Total organic carbon

monitoring test - TOCMT) (Guo ve diğ., 2010)

İçme suyu uygulamalarında kullanılan filtrasyon modüllerinde patojen

bakteri giderme verimi, log giderim verimi (Log removal value –LRV)

cinsinden ölçülmektedir. LRV, Denklem 18.1’de gösterilmektedir

(Bennett, 2008).

𝐿𝑅𝑉 = log10 (𝐶𝑓

𝐶𝑝) (18.1)

Burada Cf, besleme çözeltisinde bulunan patojenlerin konsantrasyonu ve

Cp, süzüntü suyundaki patajenlerin konsantrasyonudur. LRV, belirli bir

partikül boyutu veya partikül boyutu dağılımı ile ilgilidir. Membran

hasarları olduğunda, bir sıvı sızıntısının giderim verimine etkisi

denklem 18.2 ile hesaplanabilir (Giglia ve Krishnan, 2008):

∆𝐿𝑅𝑉 = 𝐿𝑅𝑉₁ − log10 (𝐶𝑓𝑉𝑡

𝐶𝑝𝑉𝑝 + 𝐶𝑓𝑉𝑑) (18.2)

Burada, LRV1, membranların bozulmamış bölümünün LRV'si, Vp

membranın bozulmamış kısmı boyunca geçen besleme hacmi, Vd

membrandaki hasarın içinden geçen besleme hacmi ve VT membrandan

geçen toplam besleme hacmidir. Burada, kusurun kabul edilen patolojik

bakteri türlerini gidermediği varsayılmaktadır.

1275

Basınç Sönümlenme Testi (PDT)

PDT, modül ve membranların sağlamlık denetimi için güvenilir bir

yöntemdir. Ancak, sürekli olarak çalıştırılamaz. PDT sızıntıları ve

membran kaçaklarını saptamak için çok hassas bir yöntem olarak

kullanılmaktadır. Adham ve Jacangelo (1995), 22000'den fazla içi

boşluklu fiberin bulunduğu bir membran modülünde sadece bir

membran lümen duvarında 0.6 mm iç çaplı bir hasara bağlı olarak,

önemli bir basınç kaybının PDT yöntemiyle saptanabildiğini bildirmiştir

(Adham ve Jacangelo, 1995). Johnson (1998), bu yöntemin bir

milyondan fazla içi boşluklu fiber membran içeren modülde tek bir kırık

membranı algılayabildiğini tespit etmiştir (Johnson, 1998). PDT,

membran modülündeki ve membranlar üzerindeki hasarları, besleme

suyu kalitesinden bağımsız olarak ve süzüntü kalitesinin izlenmesine

dayanmadan, 4.5 – 5 log Giardia veya Cryptosporidium giderme verimi

seviyesinde bulabilmektedir (Guo ve diğ., 2010).

PDT, en yaygın olarak MF ve UF modüllerinin yerinde test edilmesi için

kullanılmaktadır. Basınç sönümlenme testi membranın her iki tarafına

basınç uygulayarak gerçekleştirilebilir. Sistemdeki tüm membranın

tamamen ıslanması için, test yapılmadan önce sistem normal basınçta

çalıştırılmalıdır. Testte kullanılan adımlar kısaca şu şekilde sıralanabilir:

Modül içerisindeki sıvı boşaltılır.

Membranların akış yönü atmosfere açık olacak şekilde

düzenlenir. Bu durum, difüze olan havanın ters basınca sebep

olmadan serbest kalmasını sağlar.

Hava basıncı, uygulanacak test basıncına kadar yükseltilir ve

modül içerisinde hapsedilir. Membranlardaki küçük

gözeneklerin zarar görmemesi için test basıncının aşılmamasına

dikkat etmek gerekmektedir.

Bu basınç maksimum test basıncı olarak kaydedilir.

Basıncın dengelenmesine izin verdikten sonra başlangıç basıncı

Pi olarak kaydedilir ve kronometre başlatılır.

1276

En az 2 dakika sonra, son basınç, Pf ve basıncın Pi'den Pf'ye (t)

düşmesi için geçen süre kaydedilir.

Basınç düşüşü yavaşsa, daha doğru bir sonuç elde etmek için

zaman periyodu uzatılabilir.

Elde edilen bu veriler denklem 18.3’te yerine yazılarak Basınç

Sönümlenme Oranı (Presuure Decay Rate – PDR) hesabı yapılır

(ASTM, 2015):

𝑃𝐷𝑅ö𝑙çü𝑙𝑒𝑛 =𝑃𝑖 − 𝑃𝑓

t (18.3)

Burada:

PDRölçülen : Ölçülen basınç sönümlenme oranını, kPa/dk

Pi : Basınç dengelendikten sonra okunan basıncı, kPa

Pf : Son okunan basıncı, kPa

T : Pi ‘den Pf ‘ye kadar geçen süreyi (dk)

göstermektedir. PDR testi, membran duvarından difüzyonun yanı sıra,

hasar görmüş membranlar veya contalar yoluyla oluşan sızıntıların

belirlenmesine yardımcı olmaktadır. Difüze olarak membrandan geçen

hava akımının modül sağlamlığıyla ilgisi yoktur. Bu nedenle diffüzif

akışın ölçülen akıştan çıkarılmasıyla difüzif olmayan basınç

sönümlenme oranı daha doğru bir şekilde elde edilebilmektedir. Testin

pratik uygulaması için, klasik bir yaklaşım yaparak ve bütün basınç

düşüşünün tamamen sızıntılarla ilgili olduğunu varsayarak da yeterli

doğrulukta sonuç elde edilebilmektedir (PDRdifüzyon = 0 kabul edilir)

(ASTM, 2015). Şekil 18.7’de farklı test yöntemlerinin birbirlerine göre

karşılaştırılması verilmiştir.

1277

Şekil 18.7 Farklı test yöntemlerinin birbirlerine göre karşılaştırılması

(Johnson, 1998)

18.1.8 Mikrofiltrasyon ve Ultrafiltrasyon Sistemleri İşletme ve

Bakım Kılavuzu

Kullanma talimatnamesi sistemin kullanıcıları için hazırlanmaktadır ve

sistemi güvenli bir şekilde nasıl çalıştırılıp, idame ettirilebileceğini

gösteren bilgiler içermektedir. Sistem ham su parametrelerinde

belirtilen su ile çalıştırılmalı ve belirtilen çalışma değerleri

sağlanmalıdır. Sistem çalışma düzenine uygun işlemiyorsa

çalıştırılmamalı ve arızalar derhal kontrol edilmelidir. Sadece bu

talimatnameleri okumuş ve anlamış kişiler bu sistemi kullanmakla

yetkili olmalıdırlar. Sistemin işletilmesi esnasında güvenlik tedbirlerine

riayet edilmelidir.

18.1.8.1. Sistem Hakkında Uyarı ve Önlemler

Asit, kostik, klor vb. kimyasal maddeler ile çalışırken çok dikkatli

olunmalıdır. Kimyasal maddelerin dolumu ve boşaltılması, ilgili ekipman

ve boru devrelerinin tamir ve bakımı veya bu aksamlara herhangi bir

1278

müdahale sırasında muhakkak suretle gözlük, eldiven, çizme, tulum vb.

tüm koruyucu malzemelerin kullanılması ihmal edilmemelidir.

Kimyasalların göz, deri ve giysilerle temas etmesine izin verilmemeli,

buharı solunmamalıdır. Uygun havalandırma sistemi ve refakatçi bir

personel olmaksızın kimyasal buharına maruz kalan tanka veya kapalı

bir alana kesinlikle girilmemelidir.

Su tesisinin vardiya defteri tutulmalıdır. Günlük 3 vardiyayı kapsayan Su

Arıtma Tesisi Raporu her gün tanzim edilmelidir. Vardiya ekipleri bu

defteri imzalayarak teslim almalı ve teslim etmelidir. Vardiya defterine

tesisin işletmeğe alınmasını takiben çizelgedeki değerler saat başı tespit

edilip, kaydedilmelidir. Vardiya esnasında giderilemeyen arızalar

vardiya defterine kaydedilip, ilgili teknik amirine bildirilmelidir.

Tesisin işletilmesi sırasında giriş ham su kalitesinde meydana

gelebilecek değişikliklerin, tesisin kapasitesine tesir edeceği ve MF/UF

performansını doğrudan etkileyeceği unutulmamalıdır. Bu nedenle

tesisin giriş suyu kalitesi sürekli takip edilmelidir. Kış aylarında kostik

depo tankının bulunduğu mahalde muhakkak surette ısıtma yapılmalı,

kostik sıcaklığının 10 oC’nin altına inmemesi için gerekli önlemler

alınmalıdır. Aksi halde kostik donacaktır.

Pompalar kesinlikle kuru çalıştırılmamalıdır. Tüm vanaların selenoid

bobinleri ve aktüatörleri sık sık kontrol edilmelidir. Her hangi bir

arızaya sebep vermeden gerekirse yenilenmelidir. Çözelti hazırlanırken

kimyasala su ilave edilmemelidir. Her zaman suya kimyasal ilave

edilmelidir. Herhangi bir patlamaya veya benzeri tepkimelere sebebiyet

vermemek için, kimyasal suya çok yavaş ve az miktarda ilave

edilmelidir. Kimyasal seviyeleri düzenli kontrol edilmeli, kimyasal tankı

%20 seviyesine düşünce mutlaka ilgili kimyasal ilave edilmelidir.

Sistemde kullanılan kimyasallar birbiri ile karıştırılmamalıdır.

Zehirlenme riski olabilir. Kullanma kılavuzundaki belirtilen hususlardan

farklı bir işletme veya bakım çalışması yürütülmemelidir.

1279

Sistem devredeyken sistem giriş ve çıkış vanaları asla kapatılmamalıdır.

Sistemin alçak basınç ve yüksek basınç şalterinin set noktaları

değiştirilmemelidir. Basıncı bilinmeyen ya da basınçlı olan hiçbir hat ya

da ekipman sökülmemelidir.

Sistemin elektrik beslemesi 3 faz 380 ± 10 V olmalıdır. Gerilim

değişiklikleri periyodik olarak kontrol edilmelidir. Faz değişimi ya da

voltaj düşümü ile ilgili hususlara karşı gerekli önlem alınmalıdır.

Elektrik enerjisi olan ekipman ve enstrümanlar üzerinde çalışma

yapmadan önce enerji kesilmeli ve kontrol kalemi veya avometre ile

enerjinin gelmediği doğrulanmalıdır. Yangın söndürme işlemi esnasında

pano içerisine su atılmamalı, ana enerji devresi kesilmeli ve kuru tozlu

yangın söndürücü kullanılmalıdır.

Sistemi besleyecek elektrik hattı topraklı olmalıdır. Bulunulan bölgenin

gereklerine göre sistemde kullanılmayan parçalar atılmalıdır. Muadil

kullanım ya da modifikasyonlar yalnızca üretici firma garanti verdikten

sonra kullanılabilir. Bu aynı zamanda kontrol sistemi içinde geçerlidir.

Orijinal parçaların kullanımı hem garantinin devam etmesine hem de

güvenliğin korunmasına yardımcı olacaktır. Yaralanma ne kadar hafif

görünürse görünsün mutlaka doktor veya hemşire çağrılmalıdır.

Eğer kimyasal yutulmuşsa ve hastanın şuuru yerindeyse hastanın ağzı

bol miktarda su ile yıkanmalıdır. Hastanın dilinin öne doğru durumda

olması sağlanmalı ve solunumun düzenliliği kontrol edilmelidir. Hasta

istifra etmeye çalıştırılmamalıdır. Hastanın şuuru yerinde değilse

ağızdan bir şey verilmemelidir.

Gözle temas halinde, göz bölgesi en az 15 dakika süreyle bol miktarda su

ile yıkanmalıdır. Şok durumu varsa sıkı giysiler gevşetilmeli ve ayaklar

yerden 25–30 cm yüksekliğe (kalp seviyesi) kaldırılmalıdır. Kimyasalın

buharı soluduğu takdirde hasta hemen temiz havaya çıkarılmalıdır.

Hastanın solunumunun durması durumunda suni teneffüs

uygulanmalıdır. Kimyasal bulaşmış tüm elbiseler çıkarılmalıdır.

Hastanın vücudunun etkilenmiş bölgeleri bol miktar su ile en az 15

dakika yıkanmalıdır. Yanma durumunda yanık bölgelere yağ veya

1280

merhem uygulanmamalıdır. Alev yanığı varsa ve sentetik giysiler deriye

yapışmışsa çıkarılmamalıdır. Yaş ve ısıya maruz kalmış giysiler

çıkarılmalıdır.

Elektrik çarpması durumunda elektrik akımı şalterden kesilmeli ya da

kazazedenin çıplak kablo ile teması iletken olmayan bir cisimle

kesilmelidir. Kaza ortamında hemen ilk yardım sağlanmalı, kazazedede

bilinç kaybı yanık veya düşmeye bağlı kırık varsa ayağa kaldırılmadan

nakli sağlanmalıdır.

18.1.8.2. Mikrofiltrasyon ve Ultrafiltrasyon Sistemi Hakkında

Teknik Veriler ve Önemli Bilgiler

Test ve kalite kontrollerinden geçtikten sonra paketlenip sevk edilen

MF/UF sisteminin hasar görmesini önlemek için aşağıdaki önerileri

dikkate alınmalıdır.

Membranların susuz kalmasından kaçınılmalıdır:

Modüllerin uzun süre kullanılmadıkları durumlarda susuz kalıp

kurumaları kaçınılmazdır. Bu durumda membranların susuz

kalmasından dolayı gözeneklerinde gözle görülemeyecek

hasarlar meydana gelebilir ve bu tip hasarların tamiri mümkün

olmamaktadır.

Donmaya neden olabilecek aşırı soğuk ortamlardan

kaçınılmalıdır: MF/UF sistemi nakliye, depolama ve işletme

esnasında donmaya karşı korunmalıdır. Membranların

donmasından dolayı fiber yapısında bozulmalar meydana

gelebilir ve bu bozulmalar tamir edilemeyecek hasarlar olabilir.

Güneş ışığı ve UV kaynaklarından koruma: MF/UF sistemi

uzun süreli olarak doğrudan güneş ışığına ve UV kaynaklarına

maruz bırakılmamalıdırlar.

Ani sıcaklık değişimlerinden koruma: Ani sıcaklık

değişimlerinden kaçınılmalıdır. Kabul edilebilir sıcaklık

1281

değişimi maks. 1°C/dakika olmalıdır. MF/UF sisteminin güvenle

işletilebileceği çalışma sıcaklık aralığı 0°C ile 40°C arasındadır.

Organik solventlerden ve konsantre asitten koruma:

Membranların ve/veya modüllerin polar organik solventler,

klorlu solventler ve konsantre asitlerle temasından

kaçınılmalıdır.

Aşındırıcı ve keskin maddelerden koruma: Membranlar

ve/veya modüller, metal talaşı, kum vb aşındırıcı ve keskin

maddelerden korunmalıdır. Bu tip maddeler membranlarda

tamir edilemez hasarlara neden olabilir.

Silikon veya silikon içeren kayganlaştırıcı maddelerden

koruma: Silikon içeren kayganlaştırıcılar/kimyasallar,

membranlar ve/veya modüllerin yüzeyinde giderilmesi

mümkün olmayan tıkanıklıklara neden olabilmektedir. O-ring

ve contaların kayganlaştırılmasında sadece gliserin

kullanılabilir.

Nakliye esnasında oluşabilecek hasarlardan koruma:

MF/UF sistemin nakliye esnasında düşürülmesi veya dış

kuvvetlere maruz kalması modüllerin dış kabının veya kolektör

borularının kırılmasına neden olabilir. Modüllerin hasar

görmesini engellemek için modüller son derece hassas bir

şekilde kaldırılmalıdır.

Ani sıcaklık değişimlerinin genleşmeye neden olması: Ani

sıcaklık değişimleri MF/UF kolektörleri ve bağlantı

noktalarında genleşmeye neden olabilir. Bu olumsuz durumu

ortadan kaldırmak için uygun boyutlu bir genleşme

kompansatörü kullanılması tavsiye edilmektedir.

18.1.8.3. Uygun Depolama ve Nakliye Koşulları

Tüm MF/UF modülleri tam koruma sağlayan özel karton kutular ile

paketlenip sevk edilmektedir. Her bir modül öncelikle plastik torbalar

ile paketlenmekte, daha sonra ayrı ayrı kutulara yerleştirilmektedir.

Modüllerin uç uca konularak yerleştirilmesi tavsiye edilmemektedir.

1282

Nakliye esnasında sabitleme yapabilmek için karton kutular birbirine

bağlanabilir. Modüller, kuru, iyi havalandırılan, sıcaklık kaynaklarından

uzakta, direkt güneş ışıklarına maruz kalmayacak şekilde muhafaza

edilmelidir. Depolama sıcaklığı 4°C ile 35°C arasında olabilir. Dondurucu

soğuktan kaynaklanabilecek hasarlara karşı modüller koruma altına

alınmalıdır.

Tüm modüller sevk edilmeden önce fiber kırıklarına karşı sağlamlık

testi ile test edilirler. Modüllerin susuz kalıp kurumasını ve içerisinde

oluşabilecek mikrobiyolojik kirliliği önlemek için modüllerin içerisine

içme suyu kalitesinde su/gliserin/ sodyum bisülfit çözeltisi

(74,25:25:0,75 wt%) doldurulmalıdır.

Orijinal paketindeki modüller 12 ay’a kadar 4°C ile 35°C arasındaki

sıcaklıkta depolanabilir. Bu sürenin sonunda membran ve/veya

modüller içerisindeki çözelti yenilenmelidir. Yeni çözeltinin

hazırlanmasında TO veya demineralizasyon ürün suyu kullanılması

gerekmektedir. Kullanılacak suyun ilgili içme suyu standartlarını

sağlaması gerekmektedir. Modüller tekrar depolanmadan önce

bağlantıları plastik ile izole edilmelidir. 3 ay’a kadar yeni çözelti ile

depolanabilir. Süre sonunda tekrar aynı işlem uygulanmalıdır.

18.1.8.4. Devreye Alma ve İşletme Prosedürü

MF/UF sistemini işletmeye almadan önce aşağıdaki hususlara dikkat

edilmelidir:

• Sistem kurulumu ile ilgili tüm işlerin tamamlandığından ve

MF/UF montajının doğru yapıldığından emin olunmalıdır.

• Sistemin kurulumunda, MF/UF sistemi boru hatlarında ölü

noktaların olmaması önemlidir. Özellikle ürün suyu hattında ölü

hat noktaların olmasından kaçınılmalıdır. Ölü hatlar içerisinde

bakteriyolojik kirlilik üreme riski yüksektir.

1283

• MF/UF sistemini besleyen hatların yağlı ve aşındırıcı

maddelerden temizlendiğinden emin olun. Bu tip maddeler,

MF/UF sistemi içerisine girerek modüllere tamiri mümkün

olmayan hasarlar verebilir.

• Tüm MF/UF bağlantı parçalarının herhangi bir mekanik strese

maruz kalmadan montajının yapılması gerekmektedir. Oluşacak

yükün tüm parçalara eşit dağıtılması gerekmektedir (Kasıntısız

montaj yapılmalıdır).

• Hava atma vanalarının doğru çalıştığından ve havanın

sistemden tamamen atıldığından emin olunmalıdır.

• PLC kontrol sisteminin doğru programlandığından ve su

darbelerine neden olmayacak şekilde vanaları eksiksiz kontrol

ettiğinden emin olunmalıdır.

Tüm bu kontrolleri yaptıktan sonra lütfen dezenfeksiyon prosedürünü

uygulanmalıdır. Dezenfeksiyon işlemi tamamlandıktan sonra sistemi

devreye alıp kullanabilirsiniz.

18.1.8.5. Koruyucu Çözeltinin MF/UF Membranlarından

Temizlenmesi Prosedürü

Yeni modüllerin kurumasını ve mikrobiyolojik kirliliği önlemek için

modüllerin içerisine içme suyu kalitesinde su/gliserin/sodyum bisülfit

çözeltisi 874,25:25:0,75 %wt) doldurulmaktadır. Sistem devreye

alınmadan önce aşağıdaki şekilde modül içerisindeki bu çözelti

membran gözeneklerinden temizlenmelidir:

Ürün suyu tankı tamamen boşaltılıp içerisindeki kirleticiler

temizlenmelidir.

Filtrasyon modu, modülleri filtrasyon modunda 50 lt/m2.st akı

değerinde en az 20 dakika çalıştırılmalıdır. (Besleme hattından

kaynaklanabilecek ve modüllerde hasara neden olabilecek su

darbelerinin oluşmasını önlemek için modüller yavaşça

doldurulmalıdır). Filtrasyon hattı üzerinde hiçbir vananın kapalı

1284

olmadığından emin olunmalıdır. Modüllerin üretim hattından

elde edilen su, ürün suyu tankına doldurulmadan önce deşarj

edilmelidir.

Yıkama modunda sistem, 80-100 lt/m2.st akı değerinde en az 10

dakika sistem çalıştırılmalıdır.

Filtrasyon modunda sistem, 80 lt/m2.st akı değerinde en az 15

dakika çalıştırılmalıdır. Filtrasyon hattı üzerinde hiçbir vananın

kapalı olmadığından emin olunmalıdır. Modüllerin üretim

hattından elde edilen su, ürün suyu tankına doldurulmadan önce

deşarj edilmelidir.

Ürün suyu tankının tamamen boşaltılıp içerisindeki yabancı

maddelerin ve tortuların temizlendiğinden emin olunmalıdır.

Ürün suyu tankı tekrar doldurulmalıdır.

Ters yıkama modunda, 150-250 lt/m2.st akı değerinde en az 60

saniye çalıştırılmalıdır. Ters yıkama işlemini ürün suyu tankı

tamamen boşalıncaya kadar devam edilebilir.

Filtrasyon modunda sistem 80-100 lt/m2.st akı değerinde en az

15 dakika çalıştırılmalıdır. Filtrasyon hattı üzerinde hiçbir

vananın kapalı olmadığından emin olunmalıdır.

Ters yıkama modu var ise sistem, üstten ters yıkama modunda

150-200 lt/m2.st akı değerinde en az 60 saniye çalıştırılmalıdır.

İşlemi ürün suyu tankı tamamen boşalıncaya kadar devam

ettirebilirsiniz.

Üstten filtrasyon modu var ise sistem, 80-100 lt/m2.st akı

değerinde ürün suyu deposu tamamen dolduruluncaya kadar

çalıştırılmalıdır.

18.1.8.6. MF/UF Sisteminin Dezenfeksiyon İşleminin Yapılması

Modüllerin içerisindeki çözeltinin temizlenmesi ve su ile doldurulması

prosedüründen sonra, tüm sistem dezenfekte edilmelidir. Gerekli

görülmesi durumunda dezenfeksiyon işlemi birkaç defa

tekrarlanmalıdır.

1285

Dezenfeksiyon kimyasalı olarak %12-15’lik sodyum hipoklorit

kullanılmalıdır. Kullanılan kimyasallar ile ilgili oluşabilecek zararlı

etkilerinden korunmak için aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir:

Dezenfeksiyon işleminin doğru yapılabilmesi için 100 mg/lt aktif

klor çözeltisi ile sistemdeki tüm boruları, vanaları, numune

musluklarını gibi diğer ekipmanları ve ürün suyu tankını

aşağıdaki talimatları takip edilerek dezenfekte edilmelidir:

o Ürün suyu tankı hacmine göre hesaplanan miktarda serbest

klor tanka dökülmelidir.

o Alttan ters yıkama modunda 150 lt/m2.st akıdeğerinde en az

30 saniye ters yıkama yapılarak filtrasyon hattının

dezenfeksiyonu sağlanmalıdır. Alternatif olarak sistem CEB

modunda çalıştırılıp 100 mg/lt serbest klor olacak şekilde

klor dozajı yapılmalıdır.

o Üstten ters yıkama modunda (mevcut ise) 150 lt/m2.st akı

değerinde en az 30 saniye ters yıkama yapılarak filtrasyon

hattının dezenfeksiyonu sağlanmalıdır. Alternatif olarak

sistem CEB modunda çalıştırılıp 100 mg/lt serbest klor

olacak şekilde klor dozajı yapılabilir.

o Filtrasyon borusu üzerinde bulunan tüm numune alma

vanaları ve diğer vanalar açılıp, dezenfekte edilmeleri

sağlanmalıdır.

Ham su hattındaki tüm vanaların kapalı olduğundan emin

olunmalıdır.

NaOCl çözeltisinin etkileşim süresini tamamlaması için en az 30

dakika beklenilmelidir. Eğer serbest klor miktarı 5 mg/lt’nin

altına düşerse klor dozajı tekrar yapılıp, yeni klor eklenmelidir.

Ters yıkama modunda 150-250 lt/m2.st akı değerinde en az 60

saniye sistem çalıştırılmalıdır.

Filtrasyon modunda sistem, 80-100 lt/m2.st akı değerinde en az

10 dakika çalıştırılmalıdır.

Ters yıkama modunda sistem, 150-250 lt/m2.st akı değerinde en

az 60 saniye çalıştırılmalıdır.

1286

Filtrasyon modunda sistem, 80-100 lt/m2.st akı değerinde ürün

suyu deposu doluncaya kadar çalıştırılmalıdır.

Ürün suyu tankı tamamen boşaltılmalıdır (Tortu vb

kalmadığından emin olunmalıdır).

Filtrasyon modunda sistem, 80-100 lt/m2.st akı değerinde en az

10 dakika veya ürün suyu deposu doluncaya kadar

çalıştırılmalıdır.

Ürün suyu tankı tamamen boşaltılmalıdır (Tortu vb

kalmadığından emin olunmalıdır).

Filtrasyon modunda sistem normal tasarım parametrelerine

göre çalıştırılmalıdır.

Ürün suyu hattından mikrobiyolojik analiz için numuneler

alınılmalıdır. Eğer sonuçlar tatmin edici çıkmaz ise 1-12

adımlarının tekrarlanması gerekmektedir.

18.1.8.7. Uygun İşletme Şartları

Tüm MF/UF Sistemleri aşağıda belirtilen şartlara uygun olarak

işletilmelidir:

Ön filtrasyon, < 300 mikron olmalıdır. Ham su içerisinde

modüllere zarar verebilecek yabancı maddeler olması ihtimaline

karşın 300 mikron filtrasyon hassasiyetine sahip hassas filtre

MF/UF sistemi öncesinde kullanılmalıdır.

Membranlara zarar verebilecek, plastik, metal talaşı, kum vb gibi

partiküllerin membranlara ulaşması önlenmelidir.

Ön filtrasyonu yapılmış ham suyun MF/UF sistemine girmeden

önce kalitesi gözlenerek kayıt altına alınmalıdır. Bu kayıtların

tutulması, olası ham su değişikliklerinin membranlara etkisini

değerlendirmede önemlidir.

Müsaade edilen çalışma sıcaklık aralığı 0 °C ile 40 °C arasındadır.

Sıcaklık değişimleri maksimum 1°C/dakika olmalıdır.

Ham suda müsaade edilen pH değerleri:

o İşletme esnasında: 3 – 10

1287

o Kimyasallı yıkama esnasında: 1 – 13

Fe, Mn, CaCO3 gibi maddelerin işletme şartlarından kaynaklı

olarak membrana gelip çökelmesi önlenmelidir.

Oluşabilecek tüm hava ve su darbeleri önlenmelidir.

Dezenfeksiyon ve yıkama kimyasalları aşağıda verilmiştir:

o NaOCl (Aktif olarak) maks. 200 mg/lt (ppm) veya 200.000

ppm-saat

o H2O2 maks. konsantrasyon 500 mg/lt

o NaOH maks. pH 13

o HCl, H2SO4, sitrik asit min. pH 1

Kabul edilebilir fark basınç değerleri (TMP) aşağıda verilmiştir:

o Filtrasyon esnasında maks 1,5 bar

o Ters yıkama esnasında maks 30 bar

o Hava ile sağlamlık testi esnasında maks 1,0 bar hava basıncı

Membranların belirtilen şartlar dışında maksimum limitlerdeki

sıcaklık, pH, kimyasal konsantrasyonları ve basınç değerinde

çalıştırılmaları veya kimyasal yıkama yapılması membranların

ömrünün kısalmasına ve/veya tamamen kullanılamaz hale

gelmesine neden olabilir. Kabul edilen membran fark basınç

değerleri membranların stabil çalışması için limitleri

göstermemektedir. Membran yüzeyinde oluşabilecek çökelme

tabakalarının önlenmesi ile membranların daha uzun ömürlü

olmaları sağlanabilir. MF/UF membranın patlama (infilak)

basıncı 10 bar’ın üzerindedir.

Modüllerin ve membranların, kimyasal veya fiziksel bozulmasına

neden olabilecek yağ, gres veya diğer maddelerin (organik veya

inorganik menşeili) membrana gelmesi önlenmelidir. Membran

veya modülün polar, organik çözeltiler, klorlu çözeltiler ve

konsantre asit ile teması önlenmelidir. Yukarıdaki sebeplerden

dolayı meydana gelen modül veya membran arızaları yüklenici

garantisi altına girmemektedir.

MF/UF öncesi koagülant eklenmesi: Ham su içerisinde bulunma

ihtimali olan DOC = Çözünmüş organik karbon (tipine ve

konsantrasyonuna bağlı olarak) giderimi için suya koagülant

dozajı yapılabilir (FeCl3, Al2(SO4)3, polialüminyumklorid).

1288

Koagülantlar ile membranın performansı artabilir ve

performansı sabitlenebilir. Ayrıca ürün suyundaki DOC ve fosfat

miktarı düşürülebilir.

Ham su sıcaklığına bağlı olarak, koagülant maddenin

membranlara girmeden önce işlevini tamamlaması için

gerekecek etkileşim süresi belirlenmeli ve buna uygun bir sistem

tasarımı yapılmalıdır. Koagülant, maddenin membranlara ve

ürün suyuna ulaşması istenilen bir durum değildir. Bu sebeple

gerekli temas süresi sağlanmalıdır. Flokülasyon amacı ile

kullanılan polielektrolitler vb. organik yapılı flokülantlar

membranların üzerinde temizlenemeyen tıkanıklıklara neden

olabilir. Bu konuda dikkatli olunmalıdır.

Sızdırmazlık Testi: MF/UF sistemini genel kontrolleri arasında

tüm sökülebilen parçaların (flanş, vanalar, vb) ve modüller

üzerindeki kelepçelerin, viktolik kaplinlerin, o-ring ve contaların

sızdırmazlığının kontrol edilmesi gerekmektedir.

Sıvı kaçağı yaşanması, özellikle korozif sıvıların, ekipmanlar

üzerinde korozyona neden olabilir.

Sıvı kaçağı olması durumunda, kaçağın meydana geldiği yerin

sızdırmazlığı sağlanmalı ve kirleticinin temas ettiği bölgeler

tuzsuz su ile temizlenmeli, kurutulmalıdır.

18.1.8.8. İşletme Koşullarının Kayıt Altına Alınması

İşletme koşullarının kayıt altına alınması garanti hakkının elde edilmesi

için zorunludur. Sistemin devreye alınmasından itibaren tüm işletme

şartları, çalışma süresi, sistemin işletilmesinde kullanılan işletme

modları ve bu modların süreleri kayıt altına alınmalıdır.

Membranların işletme şartlarının kayıt altına alınmasının amacı,

sistemin kontrolü, optimizasyonunun yapılması ve garanti onayı için

önemlidir ve bu gibi durumlarda eskiye ait kayıtların da incelenmesi

doğru müdahalelerin yapılması için gereklidir. Aşağıda kayıt altına

alınacak hususlar belirtilmiştir:

1289

pH-değeri ve sıcaklık değeri (Direkt olarak MF/UF sistemi

girişindeki değerler).

MF/UF öncesinde koagülasyon dozajı yapılıyor ise koagülantın

konsantrasyonu, temas süresi, çeşidi ( tipi, üreticisi).

MF/UF öncesindeki bulanıklık ve askıda katı madde değeri.

Filtrasyon esnasında MF/UF üretim debi değeri.

Filtrasyon esnasında MF/UF membran fark basınç değeri (TMP)

ve giriş – çıkış noktalarındaki basınç değeri (Besleme/Üretim).

Ters yıkama esnasında MF/UF üretim debisi.

Ters yıkama esnasında MF/UF membrane fark basınç değeri

(TMP) ve giriş – çıkış noktalarındaki basınç değerleri.

Ters yıkamada asit veya kostik kullanılması durumunda, MF/UF

girişindeki pH değeri ve sıcaklık değeri.

Kullanılan kimyasallar:

o Dezenfeksiyon kimyasalları (Tipi, konsantrasyonu, üreticisi,

temas süresi, pH değeri)

o Ters Yıkama kimyasalları (Tipi, konsantrasyonu, üreticisi,

temas süresi, pH değeri)

Modüllerde hasar meydana gelmesi durumunda, modülün

MF/UF’deki pozisyonu ve seri numarası belirtilmelidir.

Maksimum izin verilen işletme basıncının (Teknik

dökümanlarda belirtilen) aşılmadığının onaylanması için her bir

MF/UF’nin giriş ve çıkışında yerleştirilmesi mecburi olan

maksimum basınç indikatörlü analog basınç göstergesi seri

numarası ve kayıtları ibraz edilmelidir.

Yukarıda belirtilen verilerin kayıtları veri toplama ve kayıt cihazları ile

toplanıp kanıtlanmalıdır (İşletme protokolü). Kayıtlar en az 3 saniyede

bir kez alınmalıdır (Filtrasyon esnasında en az 3 dakikada bir kez

alınması yeterlidir). Bu sayede işletme modu değişimlerinde pompaların

ve vanaların pozisyonlarının değişiminin etkileri kayıt altına alınabilir.

Membranların optimizasyonu için bu kayıtlar mümkün olduğunda kısa

aralıklarla tutulmalıdır.

1290

18.1.8.9. Kısa ve Uzun Süreli Duruşlarda Alınması Gereken

Önlemler

Membranlar ilk kullanımdan sonra her zaman ıslak olarak tutulmak

zorundadır. Sistemi durdurduğunuzda veya membranları depolama

ihtiyacınız olduğunda membranlarda mikrobiyolojik kirlilik oluşmaması

için ıslak membranlar biyosit/dezenfeksiyon çözeltisi ile

temizlenmelidir. Farklı süreler için uygulanacak değişik prosedürler

takip edilmelidir.

24 saate kadar olan duruşlarda sistem, minimum 230 lt/m2.st akı

değerinde 60 saniye ters yıkama yaptırılması yeterli olacaktır. Ek bir

işleme ihtiyaç duyulmamaktadır.

24 saatten daha uzun süreli duruşlarda, günlük olarak en az 50 lt/m2 .st

akı değerinde ve en az 10 dakika sistem çalıştırılmalıdır. En az 230

lt/m2st akı değerinde ve 2 mg/lt aktif klor içeren NaOCl çözeltisi ile en

az 60 saniye ters yıkama yaptırılmalıdır. Modüllerin tamamına klorun

ulaşması için gerekli hacmin iki katı su ile ters yıkama işlemi iki kez

tekrar edilmelidir.

7 günden daha uzun süreli duruşlarda, dezenfeksiyon işlemlerini

uygulamadan önce membranların üzerinde birikmeye ve tabaka

oluşmasına neden olabilecek tüm organik ve inorganik kirleticilerden

temizlenmesi gerekmektedir. Yıkama prosedüründen sonra

membranlara %0.75’lik sodyum metabisülfit çözeltisi ters yıkama

modlarında dozlanmalıdır. Bu işlem esnasında minimum MF/UF ürün

suyu kalitesinde su kullanılmalıdır. Sodyum metabisülfit çözeltisi

membranın içerisinde tutulmalı ve her 4 haftada bir çözelti

yenilenmelidir.

Tüm bu şartlarda modüller su dolu olarak tutulmalıdır. Kullanılmış

modüller depolanmadan önce temizlenmelidir. Temizlenen modüller

sistemden çıkartılıp içerisine TO ürün suyu/gliserin/sodyum bisülfit

çözeltisi (74,25:25:0,75 wt%) doldurulmalı ve daha sonra bağlantıları

1291

plastik ile kapatılıp izole edilmelidir. Tercihen TO ve demineralize

sistemi ürün suyu kalitesindeki su ile bu çözelti hazırlanmalıdır. Bu

işlemden sonra modül bağlantıları kapatılmalı ve plastik ile izole

edilmelidir ve modüller içerisindeki çözelti 3 ay’da bir değiştirilmelidir.

18.1.8.10. Bakım

Güvenlik bilgileri aşağıda verilmiştir:

Tüm bakımlar kalifiye personel tarafından yapılmalıdır.

Tüm bakım işlemleri esnasında sistemin kapalı olması ve

yanlışlıkla açılmasının önlenmesi için gerekli tüm tedbirler

alınmalıdır.

Tüm bakım işlemleri esnasında sistemin ana güç beslemesinin

kapalı olması ve yanlışlıkla açılmasının önlenmesi için gerekli

tüm tedbirler alınmalıdır.

Koruyucu giysiler mutlaka giyilmelidir.

Bakım sonrası tüm bakım ekipmanları uygun yerde ve uygun

şekilde depolanmalıdır.

Genel bilgiler aşağıda verilmiştir:

Problemsiz işletim için, bakımlar belirli periyodik zamanlarda

yapılmalı ve yapılan tüm işlemler kayıt altına alınmalıdır.

Tüm veriler sistem operatörünün kendisi tarafından alınmalıdır.

Bakım sözleşmesi imzalanması, sistemin tüm sorumluluğunun

firma tarafından üzerine alınmasını sağlayacaktır.

Kontrol çizelgeleri sisteme yakın bir yerde muhafaza edilmeli ve

sürekli olarak veriler alınmalıdır. Bu sayede sistemde

oluşabilecek en küçük arızalar anında tespit edilebilecek ve

sistemin diğer parçalarına zarar vermeden sorun

giderilebilecektir.

1292

18.1.8.11. Periyodik Bakımlar

Sistemdeki bakım zamanı gelmiş olan şartların çoğu mevcut alarm

mekanizmaları tarafından algılanacaktır. Ancak alarm durumunun

gerçekleşmesi, daha ani ve külfetli müdahaleleri gerektireceğinden,

alarmın gerçekleşmesini beklemeden aşağıda özetlenen hususların rutin

olarak kontrol edilmesi faydalı olacaktır. Yapılan bakım uygulamaları ile

ilgili bir form hazırlanarak kayıt tutulması ve yapılan bakımlarla ilgili

notların bu formda saklanması tavsiye edilmektedir. Sık karşılaşılan

problemler ve bunların önüne geçilmesi için yapılması gereken bakım

çalışmaları bu form yardımıyla daha kolayca belirlenebilir.

Günlük bakımda dikkat edilecek hususlar:

• Tesisteki statik ve dinamik elemanları kontrol edilmelidir.

• Herhangi bir su kaçağı olup olmadığı kontrol edilmeli ve varsa

kaçakları giderilmelidir. Giderilmeyen kaçak ve arızalar, vardiya

defterine yazılmalıdır.

• Dozaj pompalarının emme ve basma yaptığı kontrol edilmelidir.

• Pompaların çektiği akımları ölçerek etiket değeri ile

karşılaştırılmalıdır.

• Ürün suyu debisi ve basınçları kontrol edilmelidir.

• Sistemde ilgili yerlerde bulunan manometreler üzerinden

basınçlar kontrol edilmelidir.

• MF/UF cihazı giriş sıcaklığı ve pH’sı kontrol edilmelidir.

• Kimyasal sarfiyatlar kontrol edilmelidir.

Haftalık bakımda dikkat edilecek hususlar:

• Günlük bakımdaki işlemler tekrar edilmelidir.

• Rekor, nipel, manşon bağlantıları kontrol edilmelidir. Varsa

sızıntıları ve kaçakları giderilmelidir.

• İlgili kimyasal tanklarına harcanan miktarda kimyasal

eklenmelidir.

1293

• Kimyasal depolama tanklarının içlerinin temiz olduğu kontrol

edilmelidir.

Aylık bakımda dikkat edilecek hususlar:

• Günlük ve haftalık bakımdaki işlemler tekrar edilmelidir.

• Elektrik panellerine basınçlı hava tutarak temizlenmelidir.

• Analizörleri kalibre edilmelidir.

• Dozaj pompaları, emme ve basma filtreleri, çek vanalar kontrol

edilmeli ve temizlenmelidir.

Senelik bakımda dikkat edilecek hususlar:

• Haftalık ve aylık bakımdaki işlemleri tekrar edilmelidir.

• Elektrik kumanda aksamı ve cihazları kontrol ederek

temizlenmelidir.

• Vardiya defterine kayıtlı kusur ve arızalı parçalar

yenilenmelidir.

• Genel temizlik ve boya işleri yapılmalıdır.

• Boyalı yüzeylerin boyası gerekirse yenilenmelidir.

• Ekipmanların sabitlenmesi ve seviye hizalaması, ekipman

imalatçıların talimatları doğrultusunda kontrol edilmelidir. Bu

işlem özelliklle pompa ve elektrik motorları için yapılmalıdır.

• Basınçlı borularda 5 yılda bir onaylı kuruluşlar tarafından

tahribatsız muayene (NDT) yapılmalıdır. Tahribatsız muayene

çeşitlerinden birkaçı röntgen, ultrasonik test, manyetik parçacık

testidir.

18.2. Nanofiltrasyon (NF) ve Ters Osmoz (TO) Sistemlerinin

İşletilmesi

Nanofiltrasyon (NF) ve ters osmoz (TO) sistemlerinin ne kadar iyi

çalıştığını anlamak için uygun veriyi almak, uygun analitik teknikleri

kullanmak, toplanan verileri yorumlamak, NF/TO sistemini korumak

1294

için bakım yapmak ve ön arıtma sistemlerini uygun ve çalışır şekilde

tasarlamak gerekmektedir. Bu bölüm hem toplanması gereken verileri

hem de bu verileri nasıl yorumlayacaklarını, NF/TO ve ön arıtma

sistemlerinin iyi performans göstermesini sağlamaya yardımcı olacak

bir koruyucu bakım çizelgesini kapsamaktadır.

İyon değişimi gibi "geleneksel" deiyonizasyon teknolojilerinin

performansı iyi bilinmektedir. Bununla birlikte, NF/TO sisteminde,

operatör ve mühendislerin bu teknolojiyle ilgili uzun bir geçmişi yoktur

ve birçokları, deneyimle gelen performans anlayışından yoksundur. Bir

NF/TO sisteminin izlenmesi basit değildir. Gözlenen performans, her

zaman, gerçekte, membran sisteminde neler olduğunu göstermeyebilir.

Bu bölümde bir NF/TO sisteminin işletilmesinde dikkat edilecek

hususlardan bahsedilmiştir.

18.2.1. Veri Analizi

Tablo 18.3'de listelenen parametreler, gözlenen ürün akışını doğrudan

etkilemekte ve bir NF/TO membranından geçen tuz geçişini

gözlemektedir. Membran performansını etkileyen ek faktörler,

membranın kirlenme derecesi ve çökelme oluşumunu içermektedir. Bu

faktörler, sıcaklık, konsantrasyon ve basıncın yaptığı gibi gözlenen ürün

akışını ve gözlenen tuz geçişini doğrudan etkilemektedir. Çalışma

koşulları sürekli değiştiği için ürün akışını başka zamanlarda alınan

ürün akışları ile karşılaştırmak mümkün değildir.

18.2.2. Koruyucu Bakım

Koruyucu bakım, NF/TO operasyonları için kritik öneme sahiptir. Tıpkı

NF/TO ön arıtmasının ek maliyet gerektirdiği gibi, personel için ek

zaman ve kimyasal maliyeti gerektirebilmektedir. Ancak uzun vadede,

koruyucu bakım kendisi için daha uzun membran ömrü de dâhil olmak

üzere NF/TO işletmeleri için maliyeti azaltmaktadır. Başarılı bir NF/TO

1295

operasyonu ciddi şekilde koruyucu bakım gerektirmektedir. Bu nedenle

KB düzenli olarak yapılacak şekilde planlanmalıdır.

Tablo 18.3 Yazılımı için gereken tipik giriş verileri programları

Giriş Verisi Ham Su Besleme Süzüntü Giderim

Gün ve Zaman x

Akı x x

Basınç x x

İletkenlik x x x

Bulanıklık x x

Redox Potansiyeli x

Kil yoğunluk indeksi (SDI) x x

Tablo 18.4, genel bakım için önerilen bir koruyucu bakım programını

listelemektedir.

Tablo 18.4 Genel koruyucu bakım - zaman çizelgesi (Arza, Nalco, Ecolab

Şirketi Anne'den uyarlanmıştır)

Koruyucu bakım unsurları

Gü

nlü

k

Ha

fta

lık

Ay

lık

Dö

ne

mli

k

Günlük kayıtlar x

Normalleştirme x x*

SDI x x*

Su analizi (besleme, süzüntü ve giderme verimi) x

Kütle dengesi x

5 mikron ön filtre kontrolü x**

Kritik sensörlerin kontrolü ve kalibresi x

Sensörlerin kontrolü ve kalibresi x

Ön arıtma kontrolü ( Fiziksel işlemler) x

Kimyasal besleme pompası kontrolü x

Pompa bakımı (hepsi) x

Membran temizliği x

* Devreye alma ve sistem dengesinden sonra, **İki haftada bir

1296

Tablo 18.4'de listelenen görevler, sistem performansı açısından kritik

öneme sahiptir ve membran temizlemeleri de dâhil olmak üzere toplam

işletme maliyetlerini minimuma indirmektedir. Aşağıda koruyucu bakım

için yapılması gerekenlerle ilgili daha detaylı bilgi verilmiştir:

Günlük veriler: Veri toplamak belki de koruyucu bakımın en

temel yönüdür. Veriler olmadan problemin koşullarını

belirlemenin yolu yoktur.

SDI: Kil yoğunluk indeksi testleri, çalışmaya başladıktan sonra

günlük olarak yapılmalıdır. Ancak sistem dengeye ulaştığında

haftalık okumalar yapılabilir. Besleme suyu bir yüzey kaynağı ise

hava koşullarından (örneğin yoğun yağışlar) kaynaklanan

değişiklikleri yakalamak için SDI'nın günlük olarak alınması

gerekebileceğini unutmamak gerekmektedir.

Kütle dengesi: Kütle dengesi, kirleticilerin membranlar üzerine

birikip, bırakılmadığını belirlemek için bir NF/TO sisteminde

sorun giderme için etkili bir yoldur. Bu şekilde yüzeyde birikme

olup olmadığı ile ilgili olarak bilgi sahibi olunabilir.

Kartuş filtrelerin kontrolü: Kartuş ön filtreleri "iki haftada bir

basınç düşmesi için kontrol edilmeli ve düzgün bir şekilde

yerleştirildiğinden emin olunmalıdır. Yüksek basınç düşüşü,

filtrelerin değiştirilmesi gerektiğini göstermektedir. Filtrelerin

düzgün oturmaması, partiküllerin filtreleri atlayarak

membranların kirlenmesini veya aşınmasını (ve tahrip

edilmesini) sağlamaktadır.

Kritik sensörlerin temizlenmesi ve kalibre edilmesi: Kritik

araçlar, TO besleme suyunun kabul edilebilir olup olmadığından

emin olmak için kullanılan ORP ve pH sensörlerini içermektedir.

Tüm sensörlerin temizlenmesi ve kalibre edilmesi: Cihazlar

düzenli olarak kalibre edilmelidir. Yanlış sensör okumaları TO

sisteminin nasıl çalıştığına dair yanlış bir resim sunacaktır.

Kimyasal besleme pompalarının kalibre edilmesi: Gerekli

kimyasal dozajın beslendiğinden emin olmak için kimyasal

besleme sistemleri düzenli olarak kalibre edilmelidir.

1297

Ön arıtma ünitesi işlemlerinin kontrol edilmesi: Filtrelerin,

yumuşatıcıların, tankların ve diğer ön arıtma sistemlerinin

bütünlüğü kontrol edilmelidir. Her birinin performansı da

değerlendirilmeli ve gerektiğinde değişiklikler yapılmalıdır.

Membran temizliği: TO membranları normalleştirilmiş

performansa göre temizlenmelidir. Ön arıtma sistemi yeterli ise

temizleme her üç aydan daha sık yapılmamalıdır.

18.2.3. Kapalı İken (Çevrimdışı) (Off-Line) İşletme

NF/TO sistemi kapalıyken yapılacak işlemler bu bölümde verilmiştir. Bir

NF/TO sisteminin iyi çalışmasını sağlamak için kapalı iken işletme ve

bakım prosedürü, sürekli çalışma hali kadar önemlidir. Bu bölümde

kapsanan çevrimdışı işlemler, sistemin yıkanması ve membran

temizlemedir.

18.2.3.1. Sistemin Hızlı (Flush) Yıkaması

Sistem hızlı yıkamaları, genellikle bir NF/TO sistemi çevrimdışı

olduğunda, çevrimiçi olduğunda ve bekleme modunda olduğunda

kullanılmaktadır. Çevrimdışı ve bekleme halindeki yıkamalarının amacı,

membranın yüksek konsantrasyonlarda besleme/konsantre tarafındaki

birikmiş türlerinden arındırmak veya çalışma süresince membran

üzerine yerleşmiş olabilecek malzemeleri karıştırmak ve onları

yıkamaktır. Yıkama suyu genellikle atık hattından gönderilmektedir.

Basınç kabının konsantre ucundaki membranların hasar görmesini

(delaminasyon) önlemek için besleme hattını açık tutmak yıkama

sırasında önemlidir. Delaminasyon, geçirgenlik basıncının membran

besleme tarafının basıncından daha yüksek olduğunda ortaya

çıkmaktadır. Kirlenme koşullarında, besleme tarafındaki basınç düşüşü,

"temiz" koşullar altında bir 6 modül basınçlı kap için 1.5-2 bardan

önemli derecede daha yüksek olabilir. Bu gibi durumlarda,

delaminasyon meydana gelebilmektedir.

1298

18.2.3.2. Membran Yıkama Prosedürleri

Membran temizliği membran işlemlerinin en önemli özelliklerinden

biridir. NF/TO sisteminin ön işleme ve hidrolik tasarımının ne kadar iyi

olmasına bakılmaksızın, membranlar sonunda bozulmakta ve/veya

tıkanmaktadır. Membranları kirlilikten uzak tutmak için zamanında ve

etkili bir temizlik gerekmektedir ve böylece daha uzun temizleme

aralıkları ve daha uzun membran ömürleri elde edilebilmektedir. Bu

durumda, maliyet tasarrufu sağlanmaktadır.

Membranlarda, süzüntü debisinin % 10-15 oranında azalması veya

basıncın % 10-15 arasında artması halinde kimyasal yıkama yapılması

gerekmektedir. İdeal yöntem ise performans değişimi % 10 olduğunda

kimyasal yıkama programı yapılmalı % 15’e ulaşınca kimyasal yıkama

yapılmalıdır. Kimyasal yıkama için çok uzun süre beklenmesi geri

döndürülemez tıkanmaya neden olabilmektedir. Şekil 18.8’de süzüntü

debisindeki düşüşün % 15’den büyük olması durumunda kimyasal

yıkamanın verimini gösteren bir karşılaştırma grafiği verilmiştir. İyi bir

ön arıtmaya sahip membran filtrelerin senede 4 defa yıkama yapılması

beklenmektedir. Su kalitesine bağlı olarak daha da az olabilir. Genellikle

membranlar tuz tutunumundaki düşüşten kaynaklı yıkamaya

alınmamaktadır. Bu durum daha çok mekanik problemlerden

kaynaklanmaktadır. Ancak membran üzerine çökelmeden kaynaklı tuz

tutunumunda düşüş yaşandığında yıkama için ilk gösterge süzüntü

debisidir.

Membran yüzeyinde biriken kirleticilerin uzaklaştırılması için

uygulanacak kimyasal yıkama prosedürleri aşağıda sıralanmıştır:

Kimyasal çözeltinin hazırlanması: Eğer kimyasal çözelti sıvı

formda ise sadece pH ayarı yapmak yeterli olacaktır. Çözelti toz

halinde ise karıştırma gerekmektedir.

NF/TO modüllerine çözeltinin beslenmesi: NF/TO

sistemlerinde her bir kademenin kimyasal olarak yıkanması

önemlidir. İlk kademede oluşan kirleticilerin ikinci kadmeye

1299

taşınmaması gerekmektedir. Çözelti her bir basınç kabı için 0,7

ile 1,14 m3/st arasında ilk beslemesi yapılmalıdır (Beardsley,

2008). 8 basınç kabından oluşan tek bir kademeye beslenen

çözelti 9 m3/st’den daha fazla debide olmamalıdır.

Kimyasal çözeltinin sirkülasyonu: Çözeltinin membran

modüllere ilk beslemesi yapıldıktan sonra sirkülasyon oranı her

bir basınç kabı için 9 m3/st civarında olmalıdır. Sirkülasyon

yapılırken süzüntü oluşmaması için mümkün olduğu kadar

düşük basınçta sirkülasyon yapılmalıdır. Çözelti renginin

değişimi gözlendiğinde çözelti değiştirilmelidir. Sirkülasyon her

bir yıkama için 40 ile 60 dakika boyunca sürdürülmelidir.

Membranlar içinde bekletme süresi: Kimyasal çözeltinin

membran yüzeyindeki çökeltileri temizleyebilmesi ve çözeltinin

biyofilme etki edebilmesi için çözelti basınç kabı içerisinde

bekletilir. Bu süre içerisinde çözeltinin membran tarafından

emilmesi sağlanır. Çoğu durumda 1 saatlik bekleme süresi

yeterli olmaktadır. İnorganik çökeltilerin uzaklaştırılması için

bir gece beklemekte uygulanan yöntemler arasındadır. Uzun

bekleme sürelerinde çözelti belli sürelerde sirkülasyon oranının

% 10’u kadar sirküle edilir ve sıcaklığın sabit kalması sağlanır.

Verimli bir yıkama için gerekli pH ayarlamaları ve sıcaklık

önerileri üretici firma tarafından sağlanmaktadır.

Yüksek debili sirkülasyon: Çözelti bekleme süresi sonrasında

her 8 inç’lik basınç kabı için 9 m3/st - 12 m3/st civarında sirküle

edilmelidir. Daha yüksek sirkülasyon basınç düşüşlerine neden

olabilir. 6 elementli 8 inç’lik basınç kabı için sirkülasyon oranı 12

m3/st değerini geçmemelidir.

Flaş yıkama: Membranlar kimyasal yıkama sonrası şebeke suyu

veya ters osmoz süzüntü suyu ile hızlı yıkama yapılmalıdır.

Minimum hızlı yıkama sıcaklığı 20 oC olmalıdır.

Kimyasal yıkama verimini etki eden faktörler ise aşağıda sıralanmıştır:

Kullanılan kimyasal formülasyonu ve çeşidi kimyasal yıkamanın

verimini değiştirmektedir. Yıkama kimyasallarının

1300

konsantrasyonu da önemli parametrelerden biridir (Ailin ve

Elimelech., 2004).

Yıkama kimyasalları daha yüksek sıcaklıklarda membran

yüzeyindeki kirleticilere daha hızlı ve etkili şekilde etki

etmektedir. Bu durum yıkama verimini artırmaktadır.

Yıkama çözeltisinin pH değerinin ekstrem koşullarda olması

membranların yıkanmasındaki verimi artırmaktadır. Ancak

sıcaklık ve pH‘daki sınırlamalara uyularak membranların veya

modüllerin zarar görmesi engellenmelidir (Beardsley, 2008).

Sirkülasyon hızı membranlardaki kirleticilerin uzaklaştırılması

için kimyasal çözeltinin etkinliğini artırmaktadır. Daha yüksek

sirkülasyon oranları genellikle membran yüzeyinden

uzaklaştırılması zor inorganik çökeltilerin uzaklaştırılması için

kullanılmaktadır.

Yıkamanın toplam başarısını artırmak için çözelti membran

modüller içerisinde yeteri sürelerde bekletilmelidir. Yeterli

bekleme süresi çözeltinin çökelti tabakalarına etki etmesini

sağlayacaktır. 2 kademeli bir TO sisteminin kimyasal yıkaması

minimum 10-12 saat olarak programlanmalıdır.

1301

Şekil 18.8 Zamanında yapılan yıkamalar ile zaman aşımına uğramış

yıkamalar arasındaki performans karşılaştırması (Kucera, 2015)

Bazı üretici firmaların kimyasal yıkama için tercih ettikleri kimyasallar

ve konsantrasyonları Tablo 18.5’te verilmiştir.

18.2.4. Yüksek Basınçlı Modüllerde Sağlamlık Testleri

18.2.4.1. Vakum Sönümlenme Testi (Vacuum decay test - VDT)

VDT membranın her iki tarafında hava verilmesi ile gerçekleştirilir.

Sistemdeki tüm membranın tamamen ıslanması için, test yapılmadan

önce sistem normal basınçta çalıştırılmalıdır.

1302

Tablo 18.5 Kimyasal yıkamalarda tercih edilen kimyasallar ve

konsantrasyonları (Beardsley, 2008; Hydranautics, 2003)

Kirletici Dow-FilmTec Hydranautics*

Sülfat çökelmesi % 0,1 kostik, pH 12, 30 oC

% 2 sodyum tripolifosfat

(TPP) pH 10, 40 oC

Karbonat

çökelmesi

% 0,2 hidroklorik asit,

pH 2, 30 oC

% 0,5 hidro klorik asit, pH

2,5, 45 oC

Silika çökelmesi % 0,1 kostik, pH 12, 35 oC

% 0,1 Kostik, pH 11,5, 35 oC

Demir

çökelmesi

% 1 sodyum sülfat, pH

5, 30 oC

% 1 sodyum fosfat, pH

11,5, 35 oC

Organik

tıkanma

% 0,1 kostik, pH 12, 30 oC,

Sonrasında % 0,2

hidroklorik asit pH 2,

45 oC

% 0,1 kostik + % 0,03

sodyum dodesiylsülfat

(SDS), pH 11,5 35 oC

Biyofilm % 0,1 kostik pH12, 30 oC

% 0,1 kostik + % 0,03

sodyum dodesiylsülfat

(SDS), pH 11,5 35 oC

*Sadece CPA membranları için

VDT, NF/TO modüllerini ve sistemleri test etmek için yaygın olarak

kullanılır. VDT testindeki adımlar şunlardır:

Membranın besleme tarafındaki sıvı boşaltılır ve atmosfere açık

kalmasına izin verilir.

Bir veya daha fazla membran modülüne bağlı süzüntü

manifolduna, vakum basıncı göstergesi, izolasyon vanası,

vakumda bükülmeyecek bir su tutucu ve bir vakum pompası

bağlanır (Şekil 18.9).

Süzüntü başlığına bir başka yalıtım vanası (B) eklenmesi,

membran sisteminin çalışmasını bozmadan ekipmanın kolay

bağlantısını sağlar.

1303

A ve B izolasyon vanaları açılır ve basınç göstergesi sabit bir

vakum gösterene kadar modülün süzüntü tarafının boşaltılması

için vakum pompası çalıştırılır. Bu işlem sırasında çıkan su tuzlu

su tutucuda toplanır.

Daha sonra izolasyon vanası (A) kapatılır. Kronometre çalıştırılır

ve ilk vakum kaydedilir (Pi).

Belirlenen süre sonunda (60 sn tipik olarak seçilebilir, 120, 180

veya 300 sn daha hassas bir test oluşturacaktır), nihai basınç (Pf)

ve süre (t) kaydedilir.

Test basıncı, Şekil 18.10’da verilen grafiğe göre seçilmektedir.

Membranın yüzey temas açısına göre seçilecek vakum test

basıncı test süresince uygulanmaktadır. Şekil 18.10, test basıncı

ve hasarlı gözenek çapı arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

Vakum sönümlenme oranı, Denklem 18.4 ile hesaplanmaktadır

(ASTM, 2015):

𝑉𝐷𝑅ö𝑙çü𝑙𝑒𝑛 =𝑃𝑓 − 𝑃𝑖

𝑡 (18.4)

Burada,

VDRölçülen : Ölçülen vakum sönümlenme oranını, kPa/dk

Pi : Vakum dengelendikten sonra okunan basıncı, kPa

Pf : Son okunan vakum değerini, kPa

t : Pi ‘den Pf ‘ye kadar geçen süreyi, dakika

ifade etmektedir.

1304

Şekil 18.9 Vakum sönümlenme testi – VDT akım şeması

Şekil 18.10 Test basıncı ve modül içerisindeki kusurlu alan boyutu

arasındaki ilişki

Vakum basıncı, genellikle saptanmak istenen minimum hasarlı gözenek

çapından veya tutulması gereken partiküllerden daha küçük olacak

şekilde seçilir. Hidrofilik membranlar için düşük bir basınç kullanılabilir.

0123456789

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Eşd

eğer

ku

sur

bo

yutu

(m

ikro

met

re)

Test Basıncı (kPa)

cosƟ=1

1305

Örneğin, temas açısı 60 derece ise (polipropilen, polisülfon veya PVDF

için) 3 µm büyüklüğünde deliklerin 50 kPa'lık bir test basıncında

saptanabileceğini gösterir. Daha büyük bir kusur için, örneğin içi

boşluklu fiber bir membran modülündeki kırık fiberlerin tespiti gibi,

daha da düşük bir test basıncı kullanılabilir (ASTM, 2015).

18.2.4.2. Kabarcık Noktası Testi (Bubble Point Test)

Kabarcık noktası testi, membranın kabarcıklanma noktası basıncını

belirlemek için tasarlanmış bir testtir. Teorik olarak, kabarcık noktası

basıncı, membran içindeki hataların varlığı ile azalmaktadır. Bir

kabarcık noktası testi yapıldığında, test edilecek modül önce raftan

çıkarılır. Modülün iç kısmındaki kalan sıvı boşaltılır ve basınçlandırılır.

Membran yüzeyleri eşit şekilde ıslanmalıdır. Seyreltilmiş çözelti,

modülün ucundaki membran fiberlerinin açık uçlarına uygulanır.

Kabarcık noktası basıncına ulaştığında, sıvı bir veya daha fazla geçiş

yolundan dışarı atılır ve hava akışına yol açar. Sonuç olarak, çözeltide

sürekli bir kabarcık akışı görülmelidir. Böylece, çözeltide kuvvetli

kabarcıkların oluşumu spesifik olarak sızıntıya sebep olan fiberlerin

yerini bulmak için izlenebilir (Guo ve diğ., 2010).

18.2.5. NF/TO Sistemi İle İlgili Sıkça Sorulan Sorular

Aşağıda NF/TO sistemleri ile ilgili olarak sorulan nazı sorular ve

cevapları verilmiştir:

İleri osmoz (İO) ile ters osmoz(TO) arasında ne fark vardır?

İleri osmoz, suyun membrandan geçmesi için membranın iki tarafındaki

osmotik basınç farkına ihtiyaç duymaktadır. Ters osmoz prosesinde ise

bu sürücü kuvvet hidrolik basınçtır. İO’da, membranın süzüntü tarafında

bir çekme çözeltisi bulunur. Böylece besleme tarafındaki su osmotik

basınç farkından dolayı bu yöne doğru çekilir. Daha sonra bu çekme

1306

çözeltisi suyu geri kazanmak için arıtılır (membran distilasyonu ya da

TO ile olabilir) ve çekme çözeltisi tekrardan kullanılır (Kucera, 2015).

SDI ve bulanıklık arasında nasıl bir ilişki bulunur?

Kil yoğunluk indeksi (SDI) ve bulanıklık arasında zayıf bir bağ vardır.

Genel olarak, besleme suyunun bulanıklığı ne kadar yüksekse, SDI’da

yüksek olmaktadır. Bununla birlikte, tersi her zaman doğru değildir.

Düşük bulanıklık (<1 NTU) halen yüksek SDI'ye (>5) karşılık gelebilir.

Özellikle nihai kaynak yüzeysel su olduğunda, besleme kaynağı olarak

içme suyu kullanıldığında gözönüne alınması önemlidir. Şehirlerdeki

sular genellikle 1 NTU’dan küçük bulanıklığa sahiptirler ama sıklıkla SDI

değerleri 5’ten büyük olabilir. Bu nedenle, şehir su kaynaklarına TO’nun

ön arıtımı olarak multimedya filtreleri yerleştirmek çoğu zaman

gereklidir (Kucera, 2015).

NF/TO membranları ne zaman temizlenmelidir?

NF/TO membranlarının temizlenmesi genel olarak, normalleştirilmiş

süzüntü akısına ya da basınç düşüşüne göre yapılmaktadır.

Normalleştirilmiş süzüntü akısı %10-15 arası düştüğünde ya da basınç

düşüşü başlangıca göre %10-15 arttığında, temizleme zamanı gelmiştir

denilebilir. Membranların temizlenmesi için uzun zaman beklemek bazı

kalıcı tıkanmalara neden olacaktır. Çok sık temizlemek (temizleme

zamanı gelmeden) membran ömrünü kısaltır çünkü temizleme şartları

(pH ve sıcaklık) ve kimyasallar membrana zarar verir. Bu nedenle,

performansa bakmaktan ziyade bir takvim çizelgesine dayanarak

yapılan temizlik önerilmez, zira kaçınılmaz olarak membranlar ya çok

sık temizlecek ya da yeterince sık temizlenmeyecektir (Kucera, 2015).

Bir NF/TO sisteminin temizlenmesi ne kadar zaman alır?

Tipik bir 2 kademeli NF/TO membran dizininin temizlenmesi,

temizleme kimyasal çözeltilerinin ısıtılma süresine bağlı olarak 10-12

saat kadar sürebilir. Uzun bir sıvıda bekletme süresi gerekiyorsa,

1307

bekletme süresi de dahil olmak üzere 24 saate kadar sürebilir. Bir

membran dizininin her kademesi, diğerinden bağımsız olarak

temizlenmelidir ve böylece bir kademeyi tıkayan ya da kirleten

maddeler diğerini kirletmez, bu nedenle tüm sistemi temizlemek bir

veya iki gün sürebilir (Kucera, 2015).

Düşük pH ve yüksek pH’lı temizlik prosedüründen hangisi önce

yapılmalıdır?

Yüksek pH temizlemesinin önce yapılması önerilir. Asit temizleyicileri

genelde silis, organik maddeler ve membranlardaki biyofilm ile

reaksiyona girerek bu kirlenme ve çökelek oluşumu problemlerini daha

da kötü hale getirmektedir. Asit temizleme işlemi, membranda yalnızca

kalsiyum karbonat veya demir oksitlerin bulunduğu biliniyorsa ve

biyolojik kirlenme mevcut değilse, önce kullanılmalıdır (Kucera, 2015).

Temizlik işlemi başlangıç performansını geri getirmezse ne

yapılmalıdır?

Performansın başlangıcın yüzde birkaçında dönmesi kabul edilebilir.

Bununla birlikte, performans % 2-3'ten daha düşük bir seviyeye düşerse

ek temizlik önerilir. Tablo 18.5’de spesifik kirleticiler ve çökelti

oluşturucular için temizleme çözeltileri verilmiştir. Bu ilave temizleme

çözeltileri performansı iyileştirmezse, saha dışı temizlik önerilmektedir.

Saha dışı temizlik hizmetleri sağlayıcıları çeşitli temizlik çözeltilerine

erişebilir ve etkili olanı bulmak için farklı varyasyonlar deneyebilirler.

Saha dışı temizlik etki etmezse, kirlenme, çökelek oluşumu veya

membranın bozunma sorunu muhtemelen geri döndürülemez

boyuttadır. Ön arıtma sistemlerindeki gelişmeler ve normalleştirilmiş

veriler temizleme gerektiğini belirttiğinde temizleme uygulanması,

gelecekteki geri dönüşsüz tıkanmaları ya da membran bozunmalarını

azaltacaktır.

1308

Membran temizleme sırasında oluşan süzüntü ile ne yapılmalıdır?

Temizleme prosesi sırasında NF/TO sistemi süzüntü oluşmayacak kadar

düşük basınçta çalıştırılmalıdır. Eğer süzüntü oluşuyorsa, yüksek basınç,

temizleme çözeltisini ve kirleticileri membrandan geçmeye zorlar. Böyle

bir durumda, basınç düşürülmeli (debiyi koruyarak) ve süzüntü

temizleme tankına geri gönderilmelidir.

Membranları temizledikten sonra süzüntü iletkenliği neden

yüksek olur?

Membranlar yüksek bir pH’da temizlendikten sonra süzüntü iletkenliği

tipik olarak daha yüksek olur. Temizleme esnasında kullanılan yüksek

pH, membran polimerini gevşetir ve böylece çözünmüş katıları daha

geçirgen hale getirir. Bu geçici bir durumdur, iletkenlik birkaç saat ila

birkaç gün arasında nominal değere dönmelidir. Tersi durum, düşük

pH’lı temizleme için geçerlidir. Membran düşük pH’da temizlendikten

sonra süzüntü iletkenliği nominalden düşük olacaktır (Kucera, 2015).

NF/TO membranlarını doğrudan dezenfekte etmek için hangi

kimyasallar kullanılabilir?

Membranlardaki canlıları direkt yok etmek için DBNPA (2,2-dibromo-3-

nitrilo-propionamide) oksitleme yapmayan iyi bir biyosittir. Temiz

membranlar için, haftada 2-3 kez 30 dakika boyunca 30-50 ppm’lik

dozların uygulanması tavsiye edilir. Daha şiddetli tıkanmalar için,

haftada 2-3 kez 60 dakika boyunca 100 ppm’lik doz uygulanabilir.

Alternatif olarak, DBNPA yaklaşık 2-3 ppm'de sürekli olarak

beslenebilir. Şu da bilinmelidir ki, biyolojik tıkanma kontrolden

çıktığında, DBNPA'nın çalışması çok zor olacaktır. Çünkü oksitleyici

değildir ve biofilme nüfuz edemez. DBNPA, en iyi şekilde önleyici olarak

kullanılır. İzotiyazolon (isothiazolone), DBNPA'ya kıyasla daha uzun bir

temas zamanı gerektirdiğinden temizleyici olarak kullanılabilir.

İzotiazolon ile temizleme işleminde, membranla temas süresinin en az 4

saat olması gerekir. İzotiazolon da sürekli bir şekilde beslenebilir

1309

(Majerle, 2014) ve membranı mikrobiyal büyümeden korumak için

mükemmel bir yöntemdir. İzotiyazolonun önerilen kullanma yöntemleri

doğrudan yöntem ve temizleme sonrası yöntemidir (Majerle, 2014):

Doğrudan yöntem:

Maksimum giderim için membran, 100 ppm'lik izotiyazolonun

bir hafta süreyle sürekli olarak beslenmesiyle işletilir.

Bir hafta süre ile doz 10 ppm’e düşürülür.

Doz tekrar 3-5 ppm'lik bir bakım dozajına düşürülür. Mikrobiyal

popülasyon, dozajın büyümeyi kontrol edecek kadar yüksek

olduğundan emin olmak için bakım süresince dikkatle

izlenmelidir.

Temizleme sonrası yöntemi:

Bakterileri gidermek için membranlar iyice temizlenir. Standart

temizleyiciler ve DBNPA kullanılır.

1 hafta boyunca 5 ppm civarında İzotiazolon beslemesi yapılır.

Biyolojik aktivitenin dikkatli bir şekilde izlenmesi şartı ile doz

yaklaşık 1-3 ppm'lik bir bakım dozuna düşürülür.

Bir NF/TO sistemi kurulduktan sonra nasıl başlatılır?

Bir NF/TO sisteminin başlatılması, özellikle de yeni membranlar

takıldığında, suyun ani dalgalanmasından dolayı membran modüllerinin

ezilmesini önlemek için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Öncelikle,

herhangi bir şey başlatılmadan önce, ekipman satıcısı tarafından

sağlanan başlatma prosedürleri tamamen okunmalı ve anlaşılmalıdır.

Ardından membranlara ani dalgalanmalardan gelebilecek zararı

önlemek için, konsantrasyon ve süzüntü vanaları ilk çalıştırma sırasında

tamamen açık olmalıdır. Konsantre vanası kapalı haldeyken ve istenen

geri kazanım elde edilince açmak gibi bir uygulama ile NF/TO sistemi

hiçbir zaman çalıştırılmamalıdır. NF/TO besleme pompası, yavaşça

başlatılmalı, basıncı belli bir bir oranda arttırmalı ve bu artış saniyede

1310

0,7 bardan fazla olmamalıdır. Değişken frekanslı bir sürücü

kullanılıyorsa, yavaşça başlatılacak şekilde ayarlanabilir. Sürücü bu

şekilde değilse ve bir santrifüj pompa kullanılıyorsa, konsantre vanası,

basıncın kabul edilebilir bir oranda arttığından emin olunarak, arzu

edilen geri kazanım ve besleme basıncına ulaşılana kadar yavaşça

açılmalı ve yavaşça kapatılmalıdır (Kucera, 2015).

NF/TO membranları için bir raf ömrü var mıdır?

Raf ömrü, membranın depolandığı zamanki durumuna bağlıdır. Orijinal

açılmamış torbalarında saklanan yeni membranlar yaklaşık 1 yıl raf

ömrüne sahiptir (Beardsley, 2008; Epple, 2008). Membran garantileri

tipik olarak sistemin devreye alınmasında veya sevkiyattan bir yıl sonra

(hangisi önce gelirse) başlar (Beardsley, 2008). Fabrikadan

nakledilmeden önce ıslak olarak test edilen membranlar, biyolojik

büyüme ve pH açısından her üç ayda bir kontrol edilmelidir. Biyolojik

aktivite bulunursa (koruyucu çözelti berrak değildir), altı ay

depolandıktan sonra veya koruyucu çözelti pH değeri 3'ün altına

düştüğünde, modüller aşağıda tarif edildiği gibi taze koruyucu çözeltide

muhafaza edilmelidir. Islak olarak test edilmemiş membranlar ("kuru"

membranlar) düzenli olarak biyolojik büyüme açısından kontrol

edilmelidir. Eğer büyüme görülürse, aşağıda anlatıldığı gibi bir koruyucu

çözelti içine batırılmalıdır.

Kullanılmış membranlar membran kabından çıkarılabilir ve saklanabilir.

Depolama öncesi temizlenmelidirler. Basınç kabından çıkarıldıktan

sonra, her membran modülü, NF/TO süzüntüsü gibi deiyonize su ile

karıştırılmış % 1'lik bir kobaltsız aktif sodyum metabisülfit çözeltisi

içine batırılmalıdır. Daha fazla dezenfeksiyon ve koruma için, 72 saatten

fazla süredir faaliyet gösteren membranlar için formaldehitin % 0,2 ile

% 0,3'lük bir çözeltiye batırılmasını önermektedir (Toray, 2004).

Formaldehitte depolamanın kalıcı akı kaybına neden olabileceği

belirtilmektedir. Formaldehit insanlar için zehirlidir ve bu nedenle gıda

ile ilgili uygulamalar için önerilmez. Sodyum metabisülfit dışındaki

koruyucuları kullanmadan önce membran üreticisine danışılmalıdır.

1311

Modüller bir saat boyunca dikey bir pozisyonda çözeltiye batırılmalıdır.

Batırma işleminden sonra, modülün üzerindeki çözeltinin bir süre

damlayarak uzaklaşmasına izin verilmeli, ardından oksijen bariyerli

plastik bir torbaya koyulmalıdır. Modüldeki nem yeterli olduğundan

torbayı koruyucu çözelti ile doldurmaya gerek yoktur. Bu yöntemle

modüller altı ay boyunca depolanabilir. Depolanan membranlar,

biyolojik büyüme ve pH için her üç ayda bir kontrol edilmelidir.

Biyolojik aktivite bulunursa, altı ay depolandıktan sonra veya koruyucu

çözeltinin pH değeri 3'ün altına düşerse, modüller taze koruyucu bir

çözeltiye daldırılmalı ve yeni bir oksijen bariyerli torbaya alınmalıdır.

Membranlar, tekrardan sisteme dönmeden önce yüksek pH'lı bir

çözeltide temizlenmelidir.

Membran modülleri daima doğrudan güneş ışığının olmadığı serin,

karanlık bir yerde saklanmalı ve donmaya karşı korunmalıdır. Islak

olarak test edilen membranlar, sodyum metabisülfit koruyucu çözeltinin

donmasını önlemek için yaklaşık 5 °C'den daha düşük bir sıcaklıkta

depolanmamalıdır. Kuru membranlar donma sıcaklıklarından

etkilenmeyecektir (Bir kez ıslandıktan sonra membranın kurumasına

izin verilmemesi gerektiği unutulmamalıdır çünkü geri dönüşsüz akı

kayıpları meydana gelebilir.).

Bir NF/TO besleme suyu analizinde hangi maddeler analiz

edilmelidir?

Tablo 18.6’da verilen maddeler NF/TO besleme suyu analizi için

önerilmektedir. Bu aynı türler, NF/TO membranları için bir kütle

dengesinin kurulabilmesi için süzüntü ve konsantre için olan analizlere

de dahil edilebilir. Bazı durumlarda, katyonların filtrelenmiş ve toplam

analizleri yararlıdır. Ancak diğer durumlarda, toplam bir analiz

yeterlidir. Tipik olarak, demir, mangan, florür ve silika içeren sular için

hem toplam hem de filtrelenmiş analizlerden yararlanır (Kucera, 2015).

1312

Tablo 18.6 NF/TO analizlerinde test edilmesi önerilen parametreler

Katyonlar* Anyonlar Alkanite Diğer

Yerinde

yapılan

testler

Alüminyum Klor Bikarbonat Orto-fosfat pH

Baryum Flor Karbonat Uzaklaştırılamayan

organik

bileşikler(TOK)

Kil

yoğunluk

indeksi

Bor Nitrit Gerçek renk

Kalsiyum Nitrat İletkenlik

Demir Sülfat Toplam çözünmüş

katılar

Mağnezyum Toplam askıda

katılar

Mangan Bulanıklık

Fosfor Silika**

Sodyum

Stronsiyum *Bazı durumlarda, filtre edilmiş ve toplam katyon analizleri önemlidir.

**Reaktif ve toplam silika bazı zamanlarda önemli olabilmektedir.

18.3. Membran Biyoreaktör (MBR) Sistemlerinde İşletme ve Bakım

18.3.1.Ön Arıtma

MBR sistemlerinde kararlı işletme performansı elde edilebilmesi için ön

arıtmanın iyi düzeyde yapılması gerekmektedir. Membran modülleri

özellikle saç, plastik ve fiberli metaryallerden korunmalıdır. Bu nedenle

sistemde kaba ve ince ızgaralara ek olarak perfore eleklerde bulunması

gerekmektedir. Tipik bir ön arıtma akışı aşağıdaki maddelerde

verilmektedir:

6-10 mm aralığında mekanik temizlemeli bir kaba filtre

Kum ve çakıl gibi malzemeleri almak için kum tutucu

1313

1-2 mm açıklığa sahip perfore malzemeden imal edilmiş ince bir

elek

Operatörler özellikle ön arıtma sistemlerinin doğru şekilde

çalışmasından sorumludurlar. Izgara temizleme mekanizmaları

periyodik olarak bakımı yapılarak sistemin devamlılığı sağlanmalıdır.

Kum tutucuların altında biriken çakılların sıyrılması için kullanılan

mekanik aksamın bakımları aksatılmamalıdır.

Atıksu arıtma prosesinde herhangi bir kimyasal eklenti (polimer,

koagülant, köpük önleyicileri) yapılması durumunda, membranlar için

kullanımının uygun olup olmadığı teyit edilmelidir. Ham atıksu

içerisinde bulunan yağ ve gres konsantrasyonu emüilsüfiye kısım için

150 mg/lt , biyolojik olarak parçalanmayan ve serbest yağ formunda

bulunan kısım için ise 10 mg/lt’yi geçmemesi gerekmektedir. Eğer

gerekliyse ön arıtma bu açıdan modifiye edilmelidir (KOCH, 2015).

18.3.2. Biyolojik Proses

18.3.2.1. Anoksik Bölge

Anoksik bölge temel olarak denitrifikasyon prosesinin gerçekleşmesi

için kullanılmaktadır. Oksijenin yokluğunda biyokütle organik

maddeleri bağlı oksijeni (NO3) kullanarak oksitler. Anoksik koşulların

salanabilmesi için bu bölgede oksijen konsantrasyonu 0-0,5 ppm

aralığında olması gerekmektedir. En doğru izleme ise ORP ile yapılabilir.

Anoksik bölgede ölçülen ORP değerinin +- 50 mV olması gerekmektedir.

18.3.2.2. Aerobik Bölge

Aerobik bölge karbon gideriminin ve nitrifikasyonun gerçekleştiği

kısımdır. Bu bölgede çözünmüş oksijen konsantrasyonunun 2-4 mg/lt

aralığında olması istenmektedir. Bu nedenle blower kapasitesi ve

1314

difüzörlerin veriminin yeterli seviyede olması önem arz etmektedir.

İşletme boyunca difüzörlerin sağlamlığı, blowerların uygun kapasitede

çalışmaları aerobik havuzun stabil çalışmasını etkilemektedir. Aerobik

havuzdaki çamur yaşının MBR sistemleri için 20 gün civarında tutulması

tavsiye edilmektedir. Ancak sıcak havalarda 12 gün’lük çamur yaşı

değerinde dahi aynı verimde sistem işletilebilmektedir. Tank

içerisindeki AKM konsantrasyonu optimum koşullarda 10000 mg/lt’de

olması yeterli olacaktır. Havalandırma havuzu içerisindeki biyokütle

cazibe ile veya pompalanmak suretiyle membran tankına

aktarılabilmektedir. Membran tankındaki biyokütle ise havalandırma

havuzuna geri gönderilerek sabit AKM değeri elde edilmeye

çalışılmaktadır.

18.3.2.3. Membran Filtrasyon Ünitesi

Genellikle ayrı bir membran tankına yerleştirilen membranlar bir

pompa ile vakum oluşturularak suyun membranlardan geçmesi

sağlanmaktadır. Temiz su membrandan geçerken biyokütle havuz

içerisinde kalmaktadır. Bu nedenle aerobik bölgeye geri devir yapılması

gerekmektedir. Membran tankında aerobik havuz gibi doğrudan oksijen

kontrolü yapılmamaktadır. Membran yüzeyinde yeteri kadar kesme

kuvveti oluşturabilmek için verilen hava miktarı membran tankındaki

oksijen seviyesini 4-6 mg/lt düzeylerine çıkarmaktadır. Membran

tankındaki AKM konsantrasyonunu sabit tutmak için yapılan geri devir

bu nedenle aerobik havuza yapılması gerekmektedir. Membran

tankından anoksik bölgeye yapılan geri devir anoksik koşulları

bozacağından dolayı geri devrin aerobik bölmeye yapılması

önerilmektedir.

18.3.3. İşletme Modlarının Ayarlanması

Genelde üreticiden üretici değişiklik gösteren filtrasyon dönügüsü,

filtrasyon ile rahatlama (bekleme) veya süzüntü ile geri yıkama arasında

1315

geçen zamandır. Bazı üreticiler periyodik bakım yıkamasının da

döngüler içerisine dâhil edilmesini önermektedir. Şekil 18.11’de MBR

işletme modlarının şematik görüntüsü verilmiştir.

Şekil 18.11 MBR sistemlerinde işletme modları

Filtrasyon modunda sistem debi kontrolü giriş debisinin ölçümü,

membran veya biyolojik tankdaki su seviyesi veya dengeleme

havuzundaki su seviyesine göre kontrol edilmektedir. Süzüntü debisi bir

pompa aracılığıyla kontrol edilmektedir. Yer çekimi prensibi ile çalışan

sistemlerde ise PLC tarafından açılıp kapanan vanalar vasıtasıyla

süzüntü debisi kontrol edilmektedir. Genellikle, maksimum süzüntü

debisi değeri TMP ile sınırlandırılmaktadır. Bu şekilde membranların

yüksek TMP ile zarar görmesi engellenmeye çalışılmaktadır. Genellikle

MBR sistemlerinde TMP değerinin 600 mbar’ı geçmemesi

istenmektedir.

Rahatlatma (bekleme) modunda filtrasyon tamamen durdurulur.

Membranların hava ile yüzeylerinin sıyrılması için havalandırmaya

devam edilir. 10-30 saniye süre için her 15 dakika da bir defa

membranların yüzeyinde biriken kek tabakası uzaklaştırılmaya çalışılır.

Bu şekilde bir sonraki filtrasyon döngüsünde TMP değerinin stabil

tutulması için rahatlama modu kullanılır.

Geri yıkama ve kimyasal geri yıkmada süzüntü hattından membranlara

süzüntü pompalanır. Temiz su içten dışa doğru çıkarak membran

yüzeyinde bulunan kek tabakası uzaklaştırılır. Aynı hat üzerine kimyasal

dozaj da eklenerek kimyasal geri yıkama işlemi gerçekleştirilir. Geri

yıkama yine filtrasyon döngüsü içerisinde yer almaktadır. Rahatlatma ve

1316

filtrasyon adımları sonrasında uygulanması gereken bu adım ile yine

TMP değeri işletme boyunca sabit tutulmaya çalışılmaktadır.

18.3.4. Havalandırma Sisteminin Ayarlanması

MBR sistemlerinde membranların yüzeyinde biriken kek tabakasını

kontrol altında tutabilmek için hava kullanılmaktadır. Havalandırmanın

miktarı sıklığı ve periyodunun, sistem işletilmeye başlanması ile birlikte

optimize edilmesi gerekmektedir. Genel itibariyle sabit veya kesikli

havalandırma kullanılmaktadır. Kesikli havalandırma sistemlerinde

havalandırma belirli bir süre kapatılır, daha sonra havalandırma aktive

edilerek belirli periyotta havalandırma yapılır. Düşük akıda çalışan

sistemlerde maksimum hava miktarında en fazla 90 sn bekleme olacak

şekilde havalandırma ayarlanabilir. Yüksek akıda çalışan sistemlerde ise

membranlara verilecek spesifik hava miktarı minimum tutularak en

fazla 20 sn havalandırma kesilir. Havalandırma süresi maksimum 120

sn civarında tutulabilir.

Sabit havalandırma sistemlerinde ise membran için üreticinin belirttiği

spesifik hava miktarında sürekli havalandırma yapılmaktadır. MBR

sistemlerinin işletilmesinde dikkat edilmesi gereken nokta ise

havalandırma yapılmadan filtrasyona başlanmamalıdır. Hava olmadan

yapılacak filtrasyonda TMP hızla artarak membranların tıkanmasına

neden olacaktır.

18.3.5. Membran Tankının İzlenmesi ve Otomasyon

Sistemin bir otomasyon programı ile izlenmesi, potansiyel problemlerin

belirlenmesi, havalandırma sisteminde ve membranlardaki tıkanma

problemlerinin operatör tarafından fark edilmesini sağlamaktadır.

Membran tankının izlenmesi için uygulanacak otomasyon da önemli

noktalar aşağıdaki gibi sıralanabilir:

1317

Blower sistemi basma hattında en az 0-600 mbar basınç

transmitteri bulunması gerekmektedir. Opsiyonel olarak hava

debimetresi de hat üzerine eklenebilir.

Hava basıncının trendi SCADA üzerinde izlenebilmelidir.

Normal koşullar altında hava basıncı, 270-280 mbar’a ek olarak

membranların üzerindeki su seviyesi olacaktır. Uyarı alarmı

toplam hava basıncının 50-100 mbar fazlası olacak şekilde

ayarlanmalıdır.

Havalandırma sistemindeki basınçta meydana gelecek bir artış

havalandırıcılarda meydana gelen bir tıkanıklığı göstermektedir.

Bu nedenle nedeni hemen araştırılmalı ve gerekli önlemler

alınmalıdır.

18.3.6. Membranların Havalandırılması

MBR sistemlerinin işletilmesinde operatör eğitimi ve doğru izleme

yapılması kritik faktörlerdir. Birçok durumda problemin nedeninin

bulunması kolaydır. Blower kapasitelerinin yeterli olmasına rağmen

yetersiz havalandırmanın 4 ana nedeni bulunmaktadır:

Verimsiz çalışan ön arıtmadan kaynaklı modülde meydana gelen

tıkanıklıklar

Membranların havalandırılmadan filtrasyon yapılması veya

yetersiz hava verilmesi

Membranların sabit olarak havalandırılması ve aeratörlerin

temizlenmemesi

Sıcaktan kaynaklı havalandırma vanalarında kaçakların

meydana gelmesi

Bahsedilen bütün bu nedenlerden dolayı havalandırma sistemi

tıkanacak ve membranların yetersiz havalandırılmasına neden olacaktır.

1318

18.3.7. Membranların Temizlenmesi

Membranların kullanımına bağlı olarak zamanla yüzeylerinde biyofilm

ve çökeltiler oluşmaktadır. Biyofilm tabakasının kalınlığı arttıkça

membranların giderim verimi artacak ancak akı olarak performanslarını

kaybederek TMP değerleri yükselecektir. Aynı zamanda inorganik

çökeltilerden dolayı membran yüzeyinde meydana gelecek tabakada

aynı şekilde TMP değerlerinin artmasına neden olacaktır. Bu durumda

tıkanmanın tipine bağlı olarak NaOCl veya sitrik asitle yıkamaya gerek

olacaktır. Kullanılan kimyasallar, yıkama sıklığı ve yıkama tipleri

hakkındaki bilgiler aşağıda verilmiştir.

18.3.7.1. Temizleme Kimyasalları

Membran yıkanması işleminde NaOCl membran yüzeyinden biyofilm

tabaksının ve organik maddelerin uzaklaştırılması için kullanılır. Sitrik

asit ise membran yüzeyinde çökelti oluşturan metal tuzları, demir,

kalsiyum tuzlarının uzaklaştırılması için kullanılır.

Asit yıkamada sitrik asite ek olarak hidroklorik asit (HCl) ve oksalik

asitte kullanılabilir. Tablo 18.7’de yıkama tipleri ve kimyasallar için

kullanılan tipik konsantrasyonlar verilmiştir.

18.3.7.2. Yıkama Sıklığı

MBR sistemlerinde yıkama sıklığı birçok faktöre bağlı olarak değişkenlik

göstermektedir. Bu faktörler:

İşletme sıcaklığı

Atıksu tipi

Ön arıtma verimi

Suyun partiküler dağılımı

Biyolojik arıtmanın tamamlanma miktarı

1319

Süzüntü akısı değeri

Atıksuyun çökelme eğilimi

Membranların yeni veya eski oluşu

Normal işletme koşullarında membran yüzeyi çözünmeyen organikler,

tuz çökeltileri ve biyokütle ile tıkanmaya başlayacaktır. Yüzeydeki bu

birikme yetersiz havalandırma ve düzensiz geri yıkama ile membran

performansının azalmasına neden olacaktır. Aynı zamanda prosesdeki

sıcaklık düşüşlerinden kaynaklanan akı azalması da not edilmelidir.

Ancak bu durum membran tıkanmasının göstergesi değildir.

Yıllar içinde araştırmacıların yaptığı çalışmalarda düşük NaOCl

konsantrasyonunda (125-250 mg/lt) günlük kimyasal yıkamanın

yapılması önerilmektedir. Haftada 1 veya 2 defa ise asit yıkama

önerilmektedir. Yıkama sıklıkları ve konsantrasyonları ile alakalı

değerler Tablo18.7’da özetlenmiştir.

Günlük yapılan bakım yıkamaları ile membranların geçirgenlikleri sabit

tutulamaz. Geçirgenlik zamanla azalma eğilimde olacaktır. Bu nedenle

üreticiler yılda 1 veya 2 defa olmak üzere kurtarma yıkaması

yapılmasını önermektedir. İlk kurtarma yıkaması kış aylarından önce su

sıcaklığının hala yüksek olduğu dönemde (Ekim-Kasım ayı) yapılmalıdır.

Bu yıkama, soğuk dönemde MBR sisteminin daha esnek çalışabilmesini

sağlayacaktır. İkinci yıkama ise bahar aylarında yapılması

önerilmektedir. Yaz aylarında atıksuyun sıcaklığının yüksek olması

bakım yıkamalarının etkisini artıracaktır.

18.3.7.3. Yıkama Tipleri

Membran performansının sabit tutulabilmesi için aşağıda sıralanan 4

farklı temizleme yöntemi vardır:

Süzüntü ile geri yıkama yapılarak mekanik temizleme

Membranların havalandırma ile mekanik temizlenmesi

1320

Bakım yıkamaları ile kimyasal temizlik

Kurtarma yıkamaları ile kimyasal temizlik

Tablo 18.7 Standart işletme şartları için kimyasal yıkama

Kimyasal Fonksiyonu Hedef

Değer Akı Süre

Bakım Yıkaması (CEB)

Sodyum

Hipoklorit, %

12

Organik

temizlem

e ve

biyofilm

giderme

125 mg/lt

pH 8-10,5 6

lt/m2.s

t

30 dakika,

günlük,

havalandırmas

ız

Sitrik Asit, %

50

İnorganik

tıkanma

ve

çökelme

giderme

pH 2-3

min. 1000

mg/L

(pH ayarlaması

için HCl

gerekmektedir.

)

6

lt/m2.s

t

30 dakika

haftada 1 veya

12 haftada 1

havalandırmas

ız

Kurtarma Yıkaması (CIP)

Sodyum

Hipoklorit, %

12

Organik

temizlem

e ve

biyofilm

giderme

500-2500

mg/lt

pH 8-11

1) 15 oC<T<25 oC

2) 25 oC<T<40 oC

1) 8-16 saat

2) 4-8 saat

kesikli

havalandırma

Sitrik Asit, %

50

İnorganik

tıkanma

ve

çökelme

giderme

pH 2-3

min. 1000

mg/lt

1) 15 oC<T<25 oC

2) 25 oC<T<40 oC

1) 6-12 saat

2) 4-8 saat

kesikli

havalandırma

1321

Membran kullanım ömrünün ve performansının maksimize edilmesi için

yıkama programlarına uyulmalıdır. Her yıkama sonrası değerler kayıt

edilerek zaman içerisinde yapılan yıkamaların verimleri hakkında bilgi

sahibi olunmalıdır. Sistemi işleten operatörler sistemin çalıştığı bölge

şartlarına uygun olarak yıkama sürelerini ve sıklıklarını optimize

etmmelidirler. Bu açıdan yıkama öncesi ve sonrası verilerin kayıt

edilmesi önem sistemin sağlıklı işletilmesin açısından önemlidir.

18.3.7.4. Geri Yıkama

Geri yıkama prosedürü süzüntünün bir depoda toplanması ve

membranlara süzüntü hattından tekrar pompalanması esasına

dayanmaktadır. Geri yıkama membranlara içten dışa doğru

uygulanmaktadır. Temel kural düşük basınçta yüksek debili su

gönderilmesi esasına dayanmaktadır. Geri yıkamalarda kullanılan akı

değeri 15-30 lt/m2.st arasında değişiklik gösterebilir. Süzüntü suyu

membranların içinden dışa doğru geçerken gözeneklerin açılmasına ve

membran yüzeyinde biriken kek tabakasının uzaklaştırılmasını sağlar.

Minimum 15 sn uygulanması gerekmektedir. Geri yıkama sistem verimi

için önemli bir parametredir. Sistemde üretilen suyun tekrar geri

beslenmesinden dolayı üretilen suda kayıp yaşanmakta ve üretilen su

bakımından arıtma verimi düşüş göstermektedir. Bu verim, % 75

değerinin altına düşmemelidir. Geri yıkama ayarlarında yapılan

herhangi bir değişiklik kayıt altına alınmalıdır.

18.3.7.5. Bakım Temizlemesi

Bakım temizlemesi prosedürü süzüntü suyu içerisine kimyasal dozajı

yapılarak belli konsantrasyonda kimyasallı geri yıkama yapılması

esasına dayanmaktadır. Düzenli olarak uygulanan bakım temizlemesi ile

MBR sistemleri daha yüksek akılarda çalıştırılabilir ve kurtarma

yıkamaları arasındaki süre artırılarak membran ömrü uzatılabilir.

Kimyasal geri yıkama 20-45 dakika arasında değişiklik göstermektedir.

1322

Bakım temizlemesi için uygulanacak periyodik kimyasal yıkamaların

programı aşağıdaki şekilde sıralanabilir:

İlk kimyasal: NaOCl (varsayılan) veya Sitrik Asit

İkinci kimyasal: Sitrik asit (varsayılan) veya NaOCl

Dozlama zamanının ayarlanması

Durulama süresi

Bakım yıkaması debisinin ayarlanması

Yıkamanın periyodu

18.3.7.6. Kurtarma Temizlemesi

Belli bir zaman sonrasında, otomatik geri yıkama, membran

havalandırması ve bakım yıkamaları yetersiz gelecektir. Aynı zamanda

maksimum TMP değerine (0,4-0,6 bar) ulaşılmasından dolayı sistemin

işletilmesi mümkün olmayacaktır. Bu nedenle kurtarma temizlemesi

için kimyasal yıkama yapılması gerekmektedir. İki tip kurtarma

prosedürü vardır. Bu yöntemler, sodyum hipoklorit ve sitrik asit

içerisinde bekletmedir. Bakım yıkamasında olduğu gibi organik

maddelerin uzaklaştırılması için NaOCl kullanılır. Metal tuzlarının ve

membran yüzeyindeki çökelmenin uzaklaştırılması için asit kullanılır.

Önerilen prosedür toplam 12-24 saat arasında süren sitrik asit

içerisinde beklemeyi takip eden sodyum hipokloritte bekletmedir.

Sıcaklık bekletme süresi bakımından oldukça önemlidir.

Hipoklorit yıkaması için hazırlanacak çözelti minimum 1000 mg/lt

konsantrasyonunda olmalıdır. Çözelti içerisinde bekletilen membran

modüller devreye alındıktan sonra en az 5 dakika boyunca 20 lt/m2.st

değerinde geri yıkama yapılmalıdır (GEN MBR, 2017).

Sitrik asit yıkaması yapıldığında ise minimum çözelti kosantrasyonu

2000 mg/lt’dir. Genelde, hipoklorit sonrasında uygulanan bu yıkama ile

membran yüzeyindeki çökeltiler uzaklaştırılmaktadır.

1323

18.4. Membran Otopsisi

Eski Yunanca’da kendi manasındaki “auto” ve görme manasındaki “psi”

kelimelerinden türetilen otopsi, kimyasal ve fiziksel incelemelerle

gerçekleştirilen tanısal amaçlı bir incelemedir. Ölümlerin sebeplerinin

araştırılmasından aşina olduğumuz otopsi işlemi membran filtreleri ve

sistemleri için de benzer bir amaçla kullanılmaktadır. Kullanım ömrünü

doldurmuş, çeşitli sebeplerden kullanılamaz hale gelmiş veya olağan

performansından düşük performans gösteren membran filtrelerde bu

karşılaşılan problemlerin sebebini belirlemek için kimyasal ve fiziksel

analizler uygulanması ve tanı konulmasına membran otopsisi

denmektedir.

Tablo 18.8’de yaygın kirleticilerin membran performansı üzerine

olumsuz etkileri verilmiştir. Bu etkiler gözlendiğinde ve tesis işletilemez

hale geldiğinde problemin belirlenmesi için otopsi işleminin

uygulanması faydalı olacaktır.

18.4.1. Membran Otopsisinin Faydaları

Membran otopsisi ile tıkanmış, kimyasal bileşeni bozulmuş, fiziksel

hasara uğramış, filtrasyon görevini iyi bir şekilde yerine getiremeyen,

ömrünü tamamlamış veya tam performanslı çalışmayan bir membran

alınıp incelenerek bu problemleri oluşturan koşullar belirlenmektedir.

Membranda tıkanma problemi varsa tıkanma problemine sebep olan

kirleticiler belirlenip karşılaşılan problemin kaynağı bulunabilmektedir.

Karşılaşılan probleme göre daha iyi önarıtma uygulanması sağlanabilir

ve böylece hem membran performansı arttırılıp hem de membranların

ömrü uzatılabilir. Örneğin membranların tıkanma probleminin

kaynağının silika kirliliği olduğu belirlendiğinde uygun antiskalant

kullanımı ile bu problem önlenebilir.

1324

Tablo 18.8 Yaygın kirleticilerin membran performansı üzerine etkileri

(Dudley, 2007).

Kirletici Tipi Tuz Geçişi Basınç Değişimi Ürün Akısı

Kalsiyum ve

inorganik

tuzlar

% 10-25 artış % 10 -40 artış % 10’dan az

azalma

Metal oksitler

hidroksitler

> 2 kat hızlı

düşüş

> 2 kat hızlı

yükselme

% 20-40 artış

Kolloidler > 2 kat

kademeli

düşüş

> 2 kat kademeli

düşüş

%50 kademeli

azalma

Organik

Maddeler

Artış ya da

azalma

Küçük artış %50’den fazla

azalma

Biyotıkanma > 2 kat hızlı

düşüş

> 2 kat hızlı

yükselme

%50’den fazla

artış

Bazen uygun ön arıtma olsa bile membranlar yine tıkanabilmektedir. Bu

tıkanma kimyasal yıkamanın etkili olmaması kaynaklı olabilir.

Membran üzerindeki baskın olan kirletici tipi belirlendikten sonra en

uygun kimyasal yıkama prosedürü belirlenebilir. Kirlenmiş

membranlardan birer parça alınarak temizleme kimyasalları uygulanıp

en uygun yıkama kombinasyonları belirlenebilir.

Membran sistemlerinde operatör kaynaklı problemler

görülebilmektedir ve membran otopsisi sadece su kimyası ile ilgili

problemleri değil insan kaynaklı problemleri de ortaya

çıkarabilmektedir. Bunlardan en çok karşılaşılanı tıkanan

membranlardaki basınç düşüşü sebebiyle membranların ve modüllerin

zarar görmesidir. Membranların kimyasal yıkaması zamanında

yapılmayıp, gereken akıyı sağlamak için basınç arttırılırsa hem

kirleticiler temizlenmeye karşı dirençli bir tabaka oluşturmakta hem de

fiziksel hasarlar ortaya çıkarmaktadır. Bu tarz hatalar da membran

otopsisi ile belirlenebilir ve böylece operatör hataları minimuma

indirilebilir.

1325

Membran otopsi uygulandıktan sonra ilgili şartlara daha uygun olan bir

membran seçilebilir. Örneğin içten dışa çalışan içi boşluklu fiber

membranlar çok tıkanıyorsa dıştan içe çalışan konfigürasyonlu

membranlar tavsiye edilebilir. Membran otopsisi sadece problemli

membranlara uygulanmak zorunda değildir. Ömrünü normal sürelerde

tamamlayan bir membran alınıp üzerindeki kirleticiler ve etkilenen

özellikler belirlenerek bir sonraki işletme döneminde daha iyi bir proses

yönetimi sağlanabilir. Böylece hem membran ömrü daha da uzatılmış

hem de daha kaliteli bir su elde sağlanmış olur.

18.4.2. Membran Otopsisinde Uygulanan İşlemler

Membran otopsi prosedüründe uygulanan adımlar sırasıyla aşağıda

verilmiştir.

Temsil edici membran ve modüllerin seçimi

Elementlerin kesilerek parçalara ayrılması ve numune alınması

Alınan numunelerin analiz edilmesi

Analiz sonuçlarının değerlendirilmesi

Öncelikle tesiste problemi temsil eden membran ve modüller seçilir.

Seçilen modüller uygun bir şekilde kesilerek içerisinde bulunan

membranlar çıkarılır. Membranlar çıkarılırken minimum

kontaminasyon olmasına dikkat edilmelidir. Özellikle modül kesme

esnasında oluşan parçacıklar ve tozlar membranlara bulaşabilmektedir.

Çıkarılan membranlardan numune alınarak otopsinin analiz kısmına

geçilir. Otopsi de uygulanan prosedürler Şekil 18.12’de verilmiştir.

1326

Şekil 18.12 Membran otopsisinde uygulanan işlemler

Modülün kesilmesi ve numune alınması: Membrana zarar

vermeden ve dış kontaminasyonu engelleyerek profesyonel bir

şekilde gerçekleştirilmelidir. Bu aşamada modül bağlantı

yerlerinden kesilir, dışındaki koruyucu malzemeler çıkarılır ve

membran numuneleri alınır.

Gözle yapılan muayeneler: Bu aşamada modül ve membran

üzerinde genelde alışık olmadık, beklenmedik durumlar aranır.

Membranda defo veya hata var mı? Membranın veya modülün

yapısında bozulmalar var mı? Eğer varsa konsantre çıkışının

contası ve sızdırmazlık parçaları kaçaklar, dağılmalar veya

fiziksel bozulmaların olup olmadığının belirlenebilmesi için iyice

incelenmelidir. Dış kabuk ve bağlantı parçalarının üretim veya

işletme sonucu bir zarar görüp görmediğine bakmak

gerekmektedir.

Mikrobiyal Analizler: Tüm poliamid membranlar eğer okside

edici olmayan bir biyositle temizlenmezlerse belirli bir miktar

biyofilm oluşmasına uygun zemin sağlarlar. Membran üzerinde

bakteri sayımı veya konfokal lazer mikroskop ile inceleme

yapılarak bu durum araştırılmaktadır.

Boya ve Fujiwara Testi: Boya testi membran yüzeyindeki

hasarların tespiti için uygulanır. Boya testinde membranın

katlarına ayrılması, yırtılması, delinmesi ve aşınması gibi fiziksel

1327

hasarlar incelenir. Prosedür tam ölçek veya lab ölçekli

gerçekleştirilebilir. Fujiwara testi, TFC poliamid membranların

aktif yüzeylerinin klor, brom veya iyot gibi oksitleyici halojenler

tarafından zarar görüp görmediğini belirlemek için uygulanır.

SEM ve EDS: SEM ile bir materyalin yüzeyinin morfolojik

özellikleri incelenebilmektedir. Partikül boyutunun, şeklinin,

dokusunun ve topografisinin analizi için kullanılır. EDS (energy

dispersive spectroscope) ise malzemeden çıkan karaktersistik X

ışınlarını ölçer ve madde hakkında bilgi verir.

Performans Testi: Kullanılmış membran ile kullanılmamış

membranın aynı koşullarda test edilmesi membranın

performans azalmasının belirlenmesi için iyi bir karşılaştırma

imkanı sunmaktadır.

Çökelek Analizi: Membran üzerinde biriken çökelek ekstrakte

edilir ve ICP tekniği ile analiz edilir. Bu teknikle sodyum,

magnezyum, alüminyum, fosfor, sülfür, potasyum, kalsiyum,

demir, çelik, bor, baryum, kadmiyum, bakır, mangan, kurşun,

silikon ve çinko gibi maddeler ölçülebilmektedir. Birim alan

başına biriken inorganik madde miktarı tayin edilierek tıkanma

ile ilgili önemli bilgiler elde edilir.

FTIR Analizi: Membran üzerinde biriken protein, karbonhidrat

ve polisakkarit gibi maddelerin gözlenmesine imkan

vermektedir.

18.4.3. Ülkemizde Membran Otopsisi Değerlendirmesi

MEM-TEK’in 2012 yılından bu yana ülkemizde kullanılmış membralar

üzerinde gerçekleştirdiği onlarca otopsi analizinde en çok karşılaştığı

problem silika ve demir kirlenmesi olmuştur. Özellikle antiskalant

kullanılmaması veya yanlış antiskalant seçimi bu problemlere davetiye

çıkarmaktadır. Karşılaşılan bir diğer önemli problem membran

yüzeyindeki aktif tabakanın oksitlenip özelliğini yitirmesidir. Özellikle

suda bulunan serbest klor SBMS ile inhibe edilmezse bu durumun

olması kaçınılmazdır. NF/TO seviyesindeki membranlarda ön arıtma

1328

yetersizliğine bağlı mikrobiyolojik tıkanma vakaları ile de karşılaşılmış

olup, MF/UF seviyesindeki membranlarda ağırlıkla bu mikrobiyolojik

tıkanma vakasına rastlanmıştır. Otopsilerden çıkan bir diğer dikkate

değer sonuçta işletme hatalarıdır. Çoğu operatör işletme bilgisi

yetersizliğinden membranları verimli bir şekilde kullanamamaktadır.

Özellikle ürün suyu akısının her düşüşünde besleme basıncının

arttırılması ve çok yüksek seviyelere çıkarılması hem kirleticinin kalıcı

olmasına hem de modülde kırılma ve delinme gibi fiziksel hasarlara yol

açmaktadır. Membran akısı, basıncı, kimyasal yıkama aralıkları prosese

uygun bir algoritma ile anlık değerlendirilmeli ve uygulanmalıdır.

18.4.4. Membran Otopsisi Uygulama Örnekleri

Şekil 18.13’de bir spiral sargılı modül üzerinde boylamasına çatlaklar

görülmektedir. Kirleticiler membran üzerinde biriktikçe ekstra bir

bariyer tabakası oluşturmaktadır. Bu ek bariyer ise istenilen akının

sağlanabilmesi için daha yüksek sürücü basıncı gerekmesine yol

açmaktadır. Buda daha yüksek işletme basınçlarına sebep olmaktadır.

Eğer etkin kimyasal yıkama yapılmazsa, artan basınç ile beraber bu

tabaka sıkışarak giderilemez hale gelmektedir. Bu kirletici tabakalar ise

çapraz akışa olan direncin artışına sebebiyet vermektedir. Artan direnç

basınç düşmelerine sebep vererek basınç kabının giriş ve çıkışı arasında

bir basınç farkı oluşturmaktadır. Bu basınç düşmesi membran modülü

tarafından absorbe edilip membran modülü üzerinde eksenel bir basınç

kuvvetine çevrilmektedir. Basınç düşmesi yeterince yüksek olursa

membran modülüne bu şekilde zarar verir. Örneğin 14 bar basıncında

işletilen, 6 modül içeren bir basınç kabında 1,7 bar değerinde bir basınç

düşmesi, basınç kabı içerisinde bulunan en sondaki modülde 79,3 bar’lık

bir eksenel yük oluşturmaktadır (Kucera, 2010). Silika ile kirlenen ve

tıkanan bir membrana ait görüntüler ise Şekil 18.14’de verilmiştir. Sol

alt tarafta membranın yüzey SEM görüntüsü verilirken diğer kutularda

membran yüzeyinde bulunan Si ve O elementlerinden alınan sinyallerin

yoğunluk haritası verilmiştir. Sinyallerin yoğun görüldüğü yerler ile SEM

1329

görüntüsü birleştirildiğinde membran üzerinde bulunan tıkanma etkisi

yapan parçaların silika temelli oldukları anlaşılmaktadır.

Şekil 18.13 Modül üzerinde bulunan çatlaklar (MEM-TEK Kütüphanesi)

Fujiwara testi TFC poliamid membranların aktif yüzeylerinin klor, brom

veya iyot gibi oksitleyici halojenler tarafından zarar görüp görmediğini

belirlemek için uygulanmaktadır. Bu test tipik olarak biyokirlenme

engelleme için ön arıtmada kullanılan veya temizleme çözeltisinin

parçası olan serbest klorun verdiği hasarı tanımlamak için

kullanılmaktadır. Oksidatif hasarlar genelde transmembran

basınçlarında büyük değişiklik olmadan ürün suyundaki beklenmedik

iletkenlik yükselmeleri gerçekleştiğinde farkına varılmaktadır.

Membrandaki oksidatif hasar piridin tabakasındaki pembe renk

dönüşümü ile anlaşılmaktadır (Antony, 2010). Şekil 18.15’de Fujiwara

testi uygulanmış bir membrana ait görüntüler verilmiştir. Sol tarafta

bulunan numune şişesinde pembe renk görünümü membranın

oksitlendiğini göstermektedir. Sağ tarafta bulunan kullanılmamış bir

poliamid membrana ait test numunesinde renk değişimi olmadığı

görülmektedir.

1330

Şekil 18.14 Silika ile kirlenmiş bir membrana ait EDS haritalaması

(MEM-TEK Kütüphanesi)

Şekil 18.15 Fujiwara testi uygulanmış numunelere ait görüntüler (Sol

tarafta oksitlenmiş membran numunesi, sağ tarafta kullanılmamış

membran numunesine ait görüntüler bulunmaktadır.) (MEM-TEK

Kütüphanesi)

1331

KAYNAKLAR

Adham, S. S. ve Jacangelo, J. G., (1995). Low Pressure

Membranes: Assessing Integrity, (C).

Antony, A., Fudianto, R., Cox,S., Leslie, G., (2010). Assessing the

oxidative degradation of polyamide reverse osmosis membrane-

Accelerated ageing with hypochlorite exposure, Journal of

Membrane Science, 347, 159–164.

ASTM-D6908-03 (2015). Standard Practice for Integrity Testing

of Water Filtration Membrane Systems 1. ASTM 14 (Reapproved

2010), 1–14. doi:10.1520/D6908-06R10.2.

Ailin, L., ve Elimelech, M., (2004). Organic Fouling and Chemical

Cleaning of Nanofiltration Membranes: Measurements and

Mechanisms, Environmental Science & Technology, 38: 17.

Beardsley, S., (2008). Dow Chemical Company, personal

communication, September.

Bennett, A., (2008). Drinking water: Pathogen removal from

water - technologies and techniques, Filtration and Separation,

45:10, 14–16.

Dow (2007). FilmTec Reverse Osmosis Technical Manual, Dow

Liquid Separations, form no. 609-00071-0705, 2007.

Dudley, L.Y., (2007). Membrane Fouling and Autopsy, Dutch

Membrane and Filtration Society.

Epple, M., (2008). Toray Membrane USA, personal

communication, December 5, 2008.

KOCH (2015). Operation and maıntenance manual, September

2015.

GEN MBR (2017). Operatör El kitabı, Memsis Çevre Teknolojileri

Ar-Ge Ltd. Şti., Haziran 2017.

GEN UF (2017). Operatör El Kitabı, Memsis Çevre Teknolojileri

Ar-Ge Ltd. Şti., Eylül 2017.

Giglia, S. ve Krishnan, M., (2008). High sensitivity binary gas

integrity test for membrane filters, Journal of Membrane Science,

323:1, 60–66.

1332

Guo, H., Wyart, Y., Perot, J., Nauleau, F., Moulin, P., (2010). Low-

pressure membrane integrity tests for drinking water treatment:

A review, Water Research, 44(1), 41-57.

Hydranautics (2003). Foulants and Cleaning Procedures for

Composite Polyamide RO Membrane Elements (ESPA, ESNA,

CPA, LFC, and SWC), Technical Service Bulletin, TSB107.

Johnson, W. T., (1998). Predicting log removal performance of

membrane systems using in-situ integrity testing. Filtration and

Separation, 35:1, 26–29.

Kucera, J., (2010). Reverse Osmosis Design, Processes, and

Applications for Engineers, Wiley Co. ISBN 978-0-470-61 8431.

Kucera, J., (2015). Reverse Osmosis: Industrial Processes and

Applications, Wiley.

Majerle, R., (2014). Personal communication. July 10, 2014.

Toray (2004). "Storage and Preservation;' Service Bulletin RSU-

600.

Kirlenmiş Bir Spiral Sargılı Ters Osmoz Modülü Görüntüsü

Membranlar Kullanılarak Enerji Üretimine Dair İlk Düşünceler ve Çizimleri

1333

BÖLÜM 19

MEMBRAN TEKNOLOJİLERİNİN ENERJİ UYGULAMALARI

İsmail Koyuncu1,2, Mehmet Emin Paşaoğlu1,2, Ergin Taşkan3 ve Halil

Hasar2,3

Basınç geciktirmeli osmoz (PRO) ve mikrobiyal yakıt hücreleri ile enerji

üretimi üzerinde son dönemlerde çok çalışma yapılmaktadır.

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında bulunan bu enerji kaynakları

üzerindeki çalışmalar, ağırlıklı olarak bu proseslerin daha fizibil hale

getirilmesi üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu bölümde hem basınç

geciktirmeli osmoz (PRO) hem de mikrobiyal yakıt hücreleri konusunda

detaylı bir değerlendirme yapılmış, membran teknolojilerinin enerji

uygulamaları ile ilgili olarak bilgi verilmiştir.

19.1. Basınç Geciktirmeli Osmoz (PRO) Prosesi

Osmoz olayı ilk olarak 1748 yılında Abbe Nollet tarafından

araştırılmıştır. O zamanlarda deneylerde kullanmış olduğu membranlar

hayvanlardan ve bitkilerden oluşmaktaydı. İlk sentetik yarı geçirgen

membran, bakır ferrosiyanidin jelatinimisi filminden Traube tarafından

hazırlanmıştır. Ancak, sentetik membran üretiminde kırılma noktası,

1963 yılında Loeb ve Sourirajan tarafından asimetrik selüloz asetat

membran üretimi ile olmuştur. Bu olay membran bilimi için bir dönüm

noktası olmuş ve bir çok çalışmanın önünü açmıştır. 1970’lerin

başlarında Cadotte tarafından kompozit poliamid membranların patenti

alınmıştır.

1 İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İTÜ 2 Prof. Dr. Dincer Topacık Ulusal Membran Teknolojileri Uyg-Ar Merkezi, İTÜ 3 Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Fırat Üniversitesi

1334

Arayüz polimerizasyonu (IP) ile bir destek tabaka üzerine çok ince bir

seçici tabaka oluşturulmasıyla mükemmel bir yapı oluşturulmuştur. O

yıllardan itibaren osmotik membran üretimi alanında çok çalışmalar

yapılmıştır. 1976 yılında Sidney Loeb isimli bilim adamı yenilikçi basınç

geciktirmeli osmoz uygulamasını ortaya çıkarmıştır. O yıllardaki petrol

fiyatlarının düşük olmasından dolayı bu teknolojinin geliştirilmesi için

çok fazla çalışılmamıştır. Ancak, 1980’lerde SINTEF firmasından Dr.

Thor Thorsen ve Dr. Torleif Holt, Norveç’te basınç geciktirmeli osmoz’un

teorik potansiyelini araştırmaya başlamıştır. 1997 yılında bir Norveç

firması olan Statkarft ile birlikte proje geliştirmeye başlamışlar ve 2009

yılında dünyanın ilk basınç geciktirmeli osmoz (PRO) pilot tesisi

kurulmuştur (Lise ve Hagg, 2013).

Sürekli fosil yakıt kullanımına bağımlılık iklim değişikliklerine uzun

vadeli etkiler bırakmaktadır. Fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak

için yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynakları araştırılmalıdır.

Günümüzde en gelişmiş yenilenebilir enerji kaynaklarını güneş,

biyokütle, jeotermal ve su kuvvetleri’dir. Yenilenebilir ve sürdürülebilir

potansiyel başka enerji kaynağı ise suyu tuzdan arındırma ya da tatlı su

ile tuzlu suyun karışımdan enerji açığa çıkarmaktır. Tatlı su ile tuzlu

suların karıştırılmasından enerji eldesine basınç geciktirmeli osmoz

(PRO) adı verilmektedir (Vitousek ve diğ., 1997; Naylor, 1996).

Basınç geciktirmeli osmoz (PRO) iki su kaynağı arasındaki tuzluluk

farkından oluşan basınç ve sonucunda enerji üretimi esasına göre

çalışmaktadır. Osmotik basınç yarı geçirgen bir membrana beslenen

deniz suyunun tatlı suyu membranın diğer tarafına çekmesiyle

sağlanmaktadır. Osmoz sürücülü prosesler, membran yönüne hidrolik

basınç varlığına ve uygulanan hidrolik basıncın konumuna bağlı olarak

üç farklı modda incelenebilir (Şekil 19.1). Doğal olarak oluşan osmoz,

suyun düşük konsantrasyonlu besleme tarafı yoluyla yüksek

konsantrasyonlu çekme tarafına taşınmasına neden olan ileri osmoz

(İO) sürücü kuvvetine sahiptir (Şekil 19.1a). Membran yönüne bağlı

olarak iki farklı işletme mümkündür:

1335

Besleme çözeltisi moduna bakan bir aktif tabaka (AL-FS modu

veya İO modu olarak adlandırılır)

Çekme çözeltisi moduna bakan bir aktif tabaka durumudur (AL-

DS modu veya PRO modu)

AL-FS modu, AL-DS moduna kıyasla daha düşük bir su akısına sahip

olmasına rağmen, membran kirlenmesinden daha az etkilenen ileri

osmoz (İO) proseslerinde daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Yakın

zamanda performansı daha da artırmak için besleme tarafındaki

basıncın uygulandığı basınç destekli osmoz (PAO) ya da basınçlı ileri

osmoz (PİO) ya da basınç-yardımlı İO (PAİO) olarak da adlandırılan bir

çalışma fikri ortaya çıkmıştır. (Şekil 19.2b). 0’dan 10 bar’a kadar değişen

az tuzlu kısma uygulanan bir basınç, su transferini artırırken enerji

tüketiminde değişimlere neden olmaktadır. Bu prosese basınç destekli

osmoz adı verilmektedir. Bununla birlikte bu iki durumun tersi olarak

PRO işlemi sırasında çekme çözeltisi tarafına, besleme ve çekme

çözeltileri arasındaki osmotik basınç farkından daha düşük basınç

uygulanmaktadır (Şekil 19.3c). Bu proses ise basınç geciktirmeli osmoz

olarak adlandırılmaktadır.

PRO prosesinde, seyrelmiş olan çekme çözeltisi daha büyük bir

hacim/basınçla birlikte türbini çevirerek elektrik üretimi yapmaktadır.

Şekil 19.1 Osmotik-sürücülü proseslerin şematik gösterimi a) İleri

Osmoz (İO) b) Basınç Destekli Osmoz (PAO) ve c) Basınç Geciktirmeli

Osmoz (PRO) (Kim ve diğ., 2015)

1336

Şekil 19.2 Statkraft firmasına ait PRO tesisinin şematik çizimi

(Skilhagen ve diğ., 2008)

Şekil 19.2’de Norveç’li Statkraft firmasına ait PRO tesisinin şematik

çizimi görülmektedir (Kim ve diğ., 2015). Bu tesisin 2009 yılında

kurulmasının ardından PRO teknolojisi uluslararası ilgiyi üzerine

toplamış ve Statkraft bu alandaki teknolojik gelişmelere devam etmiştir.

Dünya’nın ilk PRO pilot tesisinin kurulmasındaki elektrik üretim hedefi

10 W/m2 elektrik üretimidir. Burada, nehirler besleme çözeltisi ve deniz

suyu ise çekme çözeltisi olarak kullanılmıştır. 2000 m2 efektif alanı

bulunan spiral sargılı membran modülleri 10-15 bar hidrolik basınç

altında çalışmak üzere tasarlanmıştır. Ancak, uzun süreli yapılan

çalışmalarda 3 W/m2 enerji yoğunluğu elde edilebilmiştir. Maalesef,

PRO sistemini ekonomik olarak fizibil güç yoğunluğu olan 5 W/m2

değerinden daha az üretim olduğundan dolayı Statkraft firması 2009

yılında başlatmış olduğu bu pilot çalışmasını, 2012 sonlarında

sonlandırmıştır. Eğer bu proje başarışı olunabilmiş olsaydı, tesis

kapasitesinin 2MW’a çıkarılması planları bulunmaktaydı ve bu

planlarda iptal edilmiştir (Kim ve diğ., 2015).

PRO sistemleri tertip tarzı bazında açık döngü ya da kapalı döngü olarak

sınıflandırılmaktadır. Açık döngü sistemlerde sürücü kuvvet güneş

enerjisi olup, yenilenebilir enerji nispeten az tuzlu suların daha fazla

miktarda tuz içeren sularla karışmasından oluşmaktadır. Şekil 19.3’de

deniz ve nehir ağızlarındaki tuzlu su ile tatlı suyun karışmasında güneş

tarafından suyun buharlaşması için harcanan enerjinin nasıl geri

kazanıldığını göstermektedir (Aaberg, 2003). Bu enerji, Dünya’daki tüm

akarsu ve nehirlerin 225 m yüksekliğindeki bir şelaleden aşağıya

1337

düşerken oluştuduğu ya da 22,4 atm basınç oluşturabilecek deniz suyu

su sütununa eşdeğerdir. Deniz suyu ve nehir ağzındaki tatlı suların

karışmasından elde edilebilecek enerji miktarının global olarak yıllık

2000 TWh olduğu tahmin edilmektedir (Norman, 1974). Bununla

birlikte tüm yenilenebilir enerji kaynaklarının yıllık enerji üretimi

10.000 TWh’e yaklaşmaktadır.

Şekil 19.3 PRO kullanılarak deniz ve nehir ağızlarındaki tuzlu su ile tatlı

suyun karışmasında güneş tarafından suyun buharlaşması için harcanan

enerjinin geri kazanımı (U.S. Energy Information Administration, 2017)

Diğer taraftan kapalı döngü sistemler düşük ısı derecelerini mekanik

enerjiye çevirmek için tasarlanmaktadır. Şekil 19.4’te bu tertip tarzı

yenilenebilir enerjiyi tam olarak temsil etmese de, düşük ısı ortamında

bu tip sistemler için sürdürülebilir bir enerji kaynağı olabilmektedir

(Loeb, 1975).

1338

Şekil 19.4 Isı enerjisi geri devirli kapalı döngü PRO sistemi (Loeb, 1975)

Basınç geciktirmeli osmoz (PRO), ters osmoz (TO) sistemlerinin tersi bir

proses olarak görülebilmektedir. Ters osmoz (TO) hidrolik basıncı

kullanırken basınç geciktirmeli osmoz (PRO) deniz suyunun osmotik

basıncını kullanmaktadır. Ters osmoz ile benzerliği yüzünden PRO

membranları ve modüllerinin geliştirilmesinde, öncelikle ters osmoz

için üretilen membranlar kullanılmıştır (Sourirajan, 1970).

Şekil 19.5’de PRO ile deniz suyu ters osmoz sistemlerindeki enerjinin

nasıl düşürülebileceğine yönelik bir akım şeması verilmiştir. Buna göre

TO, PRO ile daha seyreltik bir hale getirilmiş bir deniz suyunu arıtmakta

ve böylelikle, enerji gideri düşmektedir. Ayrıca, konsantre hattı

üzerinden gelen TO konsantresi, PRO ile seyreltilmekte ve böylelikle

seyreltilmiş TO konsantre akımı denize tekrar verilmektedir.

1339

Şekil 19.5 Deniz suyu TO sistemlerinin enerji maliyetinin PRO sistemi

ile düşürülmesi (Achilli ve Childress, 2010)

19.1.1. PRO Çalışmalarının Tarihçesi

Tatlı su ile tuzlu suyun karıştırılmasından enerji elde edilmesi konsepti

ilk olarak 1954 yılında Pattle tarafından “Nature” dergisinde

yayınlanmıştır (Pattle, 1954). Pattle, V hacmindeki saf solvent

karışımlarının daha büyük hacimli π osmotik basıncına sahip bir çözelti

ile karıştırılınca πV’ye eşit olan serbest enerji salındığını ve osmotik

kuvvetlerin ve seçici geçirgen membranların kullanılmasıyla tatlı su ve

tuzlu suların karıştırılması neticesinde enerji elde edilebileceği

yorumunu getirmiştir (Achilli ve Childress, 2010).

1973 yılındaki petrol krizi neticesinde petrol fiyatlarında Şekil 19.6’da

görüldüğü gibi sıçrama olmuş ve PRO yeniden gündeme gelmiştir

(Hakes, 2000). 1973 yılından sonra PRO hakkında çok sayıda teknik ve

ekonomik fizibilite çalışmaları yapılmıştır. 1997 yılındaki ilk Kyoto

toplantısında PRO araştırmaları üzerine tekrardan yoğunlaşılmıştır.

PRO konusunda yapılan yayınlar, 2008 yılındaki petrol fiyatlarının

fırlaması ile birlikte yeniden artmıştır (Achilli ve Childress, 2010).

Norman (1974) tarafından ilk osmotik tuzsuzlaştırıcı enerji çevirici

diyagramını ortaya çıkarılmıştır. Bu diyagramda, tatlı su (daha yüksek

kimyasal potansiyele sahip) yarı geçirgen membran içerisinden geçerek

basınçlandırılmış deniz suyu (daha düşük kimyasal potansiyel)

1340

çevrimine girmektedir. Kolonda yükselerek taşan sular su değirmenini

çevirmekte ve bir jeneratörü beslemektedir. Su değirmeni tertip tarzı

basit bir şekilde su sütununun basıncının kullanıldığı bir tertip tarzıdır.

Bu görsel diyagram suyun kimyasal potansiyelinin efektif olarak nasıl

hidrostatik potansiyele dönüştürüldüğünü göstermektedir (Şekil 19.7).

Şekil 19.6 Isı enerjisi geri devirli kapalı döngü PRO sistemi

(Achilli ve Childress, 2010)

Bu çalışmadan 1 yıl sonra Loeb ve Norman osmotik sürücülü membran

prosesler kullanılarak suların tuzlanmasını açıklayan basınç geciktirmeli

osmoz (PRO) terimini ortaya koymuştur (Loeb, 1975). Loeb ve Norman

(1975) tarafından ilk PRO deneyine ait sonuçlar yayınlanmıştır. Bu

çalışmada içi boşluklu fiber deniz suyu ters osmoz membranları mini

geçirici içerisinde test edilmiştir. Basınçlandırılmış tuzlu su içi boşluklu

fiber membran demetinin dış kısmından ve tatlı suda iç kısmından

geçirilmiştir. Bu çalışma, Mehta ve Loeb (1978) tarafından yapılan

sonraki çalışmalara ışık tutmuştur. Bu çalışmalar PRO konseptini

kanıtlanış ayrıca, tuzluluğu yüksek çekme çözeltisi kullanılarak 1.56-

3.27 W/m2 arasında enerji eldesine imkân vermiştir. Ancak, elde edilen

bu enerji değerleri tahmin edilen değerlerden çok olmaktadır. İçsel

konsantrasyon polarizasyonu (ICP)’nun su geçişi ve PRO ile enerji

1341

üretimi üzerinde kuvvetli bir negatif etkiye sahip olduğu ortaya

çıkmıştır (Mehta ve Loeb, 1978). PRO için diğer bir yaklaşım da 1975

yılında Loeb tarafından patenti alınan kapalı devre osmotik ısı

motorudur (Loeb, 1975). Bu osmotik ısı motorunun anlamı, ısı enerjisini

osmoz mühendisliğinde kullanmak üzere mekanik enerjiye

çevirmesidir. Bir osmotik ısı motorunda çalışılan akışkan, (Örneğin su)

yarı geçirgen bir membran içerisinden basınçlandırılmış çekme çözeltisi

(Örneğin NaCI çözeltisi) içerisine geçmektedir. Çekme çözeltisi

hacminde artış meydana gelmekte ve akış enerji üretmek üzere

doğrudan türbine gönderilmektedir. Daha sonra çekme çözeltisi termal

prosesler kullanılarak çalışılan akışkandan ayrılmaktadır. Bu sayede

osmotik ısı motoru, osmotik basıncı kullanarak mekanik işi ısı enerjisine

dönüştürmektedir (Achilli ve Childress, 2010).

Şekil 19.7 Norman, 1974 tarafından tasarlanan şematik PRO sistemi

(Achilli ve Childress, 2010)

1342

1980’lerde PRO konusundaki araştırmalar yaygınlaşmış ve 4 farklı

araştırma grubu yayınlar yapmıştır (Lee ve diğ., 1981; Jellinek ve

Masuda, 1981; Mehta, 1982; Vigo ve Uliana, 1986). 1981 yılında

PRO’dan elde edilen enerjinin yararlı kullanımı üzerine teorik ve pratik

çalışmalar gerçekleştirmiştir (Jellinek ve Masuda, 1981). Bu çalışmaların

sonucunda 1,6 W/m2 güç yoğunluğuna ulaşılabilmiştir. Lee ve diğ.

(1981) tarafından yapılan PRO performansını tahmin edebilmek adına

ileri osmoz (İO) ve ters osmoz (TO) deneylerinden yararlanarak

referans bir PRO performans modeli geliştirmiştir. Bu modelde

öngörülen su akıları ve güç yoğunluğu, içsel konsantrasyon

polarizasyonu (ICP)’nu da dikkate alarak tahminlerde bulunmaktadır.

Lee ve diğ. (1981) tarafından PRO sistemlerinde su taşınımını

tanımlamak için kullanılan genel denklem, denklem 19.1’de

belirtilmiştir.

Jw = A(Δπ−ΔP) (19.1)

Burada,

Jw : Su akısını

A : Su permeabilite katsayısını

Δπ : Osmotik basınç farkını

ΔP : Hidrolik basınç farkını

göstermektedir. PRO’da güç yoğunluğu üretilen su akısına ve

membrandaki hidrolik basınç farkına eşittir.

W = JwΔP = A(Δπ−ΔP)ΔP (19.2)

Jw ve W, ΔP’nin bir fonkisyonu olarak Lee ve diğ. (1981)’den uyarlanarak

Şekil 19.8’de gösterilmiştir.

(19.2) nolu denklemin türevi ΔP’ye göre alındığında ,ΔP = Δπ/2 olduğu

durumda W maksimum (Wmax)’a ulaşmaktadır. Bu değer (19.2) nolu

denklemde ΔP yerine koyulduğunda denklem 19.3 elde edilmektedir:

1343

𝑊𝑚𝑎𝑥 = 𝐴(𝛥𝜋)2

4 (19.3)

PRO bölgesi (ΔP < Δπ) ve Wmax Şekil 19.8’de gösterilmektedir. Şekil

19.8’de ayrıca, ileri osmoz (İO) ( ΔP = 0), akı geri dönüş noktası (ΔP =

Δπ) ve ters osmoz (ΔP > Δπ) noktası gösterilmektedir.

Şekil 19.8 ΔP uygulanan basınç fonksiyonuna bağlı olarak Akı (Jw) ve

güç yoğunluğu (W) (Lee ve diğ., 1981)

Lee ve diğ. (1981), membran ara yüzeyi civarında oluşan ve osmotik

basınç farkına önemli ölçüde etki eden konsantrasyon polarizasyonu

olayı üzerine çalışmalarda bulunmuştur. Suyun membrandan geçişi

neticesinde besleme ve süzüntü tarafındaki seyreltik çözeltiler

membran yüzeyinde katıların birikimine neden olmaktadır. Çünkü,

PRO’da kullanılan membranlar genel olarak asimetrik membranlar olup

konsantrasyon polarizasyonu dış taraftan (yoğun tabaka) ve destek

tabaka tarafından etki etmektedir (Şekil 19.9). Hem iç ve hem de dış

taraftan etkili konsantrasyon polarizasyonu, membranda efektif osmotik

basıncı azaltmaktadır. Ancak, içsel konsantrasyon polarizasyonu Achilli

ve Childress (2010) tarafından yapılan yeni bir çalışma sonucunda

düşünüldüğünden daha büyük etkiye sahip olduğunu ortaya

koymaktadır. Dıştan etkili konsantrasyon polarizasyonunu dikkate

1344

almadan Lee ve diğ. tarafından içsel konsantrasyon polarizasyonu

üzerinde etkili PRO uygulamaları için su akısı modeli geliştirilmiştir

(denklem 19.4) (Achilli ve Childress, 2010).

Şekil 19.9 Basınç geciktirmeli osmoz (PRO)’da konsantrasyon

polarizasyonu ve ters tuz akısı (𝐶𝐷,𝑏 ve 𝐶𝐹,𝑏sırasıyla çekme çözeltisi ve

besleme çözeltilerinin konsantrasyonlarını göstermektedir. 𝐶𝐷,𝑚 aktif

tabaka yüzeyindeki konsantrasyon ve 𝐶𝐹,𝑚 ise aktif tabaka ve destek

tabakası arasındaki konsantrasyondur) (Kim ve diğ., 2015)

Jw = A [𝜋𝐷

1−𝐶𝐹𝐶𝐷

𝑒𝑥𝑝(𝐽𝑊𝐾)

1+𝐵

𝐽𝑊[𝑒𝑥𝑝(𝐽𝑊𝐾)−1]

− ∆𝑃] (19.4)

Burada:

1345

πD : Çekme çözelti tarafındaki osmotik basıncı

(Örneğin deniz suyu)

CF : Besleme çözeltisi tarafındaki tuz konsantrasyonunu

(Örneğin tatlı su)

CD : Çekme çözeltisi tarafındaki tuz konsantrasyonunu

B : Membrandaki tuz permeabilite katsayısını

göstermektedir.

Gözenekli destek tabakasındaki çözelti difüzyon çözelti direnci (K)

denklem 19.5’de olduğu gibi tanımlanmıştır:

K=𝑡𝜏

𝐷𝜀 (19.5)

Destek tabakasında t, τ, ve ε sırasıyla kalınlığı, kıvrımlılığı (turtousity)

ve poroziteyi, D ise çekme çözeltisi tarafındaki difüyon kaysayısını

tanımlamaktadır. tτ/ ε terimi genellikle membran yapısal parametresi

olan (S) ile tanımlanmaktadır. K ise su akısına içsel konsantrasyon

polarizasyonu etkisinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Denklem 19.4

yerine, denklem 19.2 koyulduğunda, güç yoğunluğu denklemi 19.6’daki

gibi elde edilmektedir:

W = JwΔP = A[𝜋𝐷

1−𝐶𝐹𝐶𝐷

𝑒𝑥𝑝(𝐽𝑊𝐾)

1+𝐵

𝐽𝑊[𝑒𝑥𝑝(𝐽𝑊𝐾)−1]

− ∆𝑃] ∆𝑃 (19.6)

Loeb ve diğ. (1990) yılında çok sayıda PRO tesis tertip tarzları için

karşılaştırmalı mekanik etkinlik çalışması yürütmüştür. Yapılan

karşılaştırmalı mekanik etkinlik araştırması sonucunda alternatif akımlı

PRO tesisinin daha yüksek enerji etkinliğine sahip olduğu ancak, yaygın

kullanılan PRO ekipmanlarına nazaran ek olarak iki adet basınç tankı

ihtiyacı olduğu belirtilmiştir (Achilli ve Childress, 2010). Aynı yıl

içerisinde (Reali ve diğ., 1990) tarafından gözenekli destek tabakası

olarak anizotropik membranlar PRO şartları altında nümerik teknikler

kullanılarak tuz konsantrasyonu profilleri hesaplanmıştır. Bu çalışma

1346

membran karakteristiğinin (su geçirgenlik katsayısı (A), tuz geçirgenlik

katsayısı (B), destek tabakası kalınlığı (t), ve efektif tuz difüzyonu (D)),

membrandaki su ve tuz geçirgenliğine etkisini dikkat çekmiştir.

2000’li yıllarda (Loeb, 2001; Loeb, 2002) tarafından Great Salt Lake’te

PRO uygulamasının bölgede uygulanabilirlik araştırması yapılmıştır ve

elektrik enerjisinin 0.15 USD/kWh olarak üretilebileceği bulunmuştur.

2002 yılında Loeb orijinal olarak ters osmoz uygulamalarında

kullanılmak üzere geliştirilen basınç değiştiricilerin PRO sistemleri için

etkinliğini anlatan bir makale yayınlamıştır. Basınç değiştiricileri PRO

tesis tasarımında çok büyük önem arz eden parazitik güç tüketimini

önemli ölçüde azaltmaktadır. Aynı tertip tarzı Norveç Ulusal Enerji

şirketi (Statkraft) tarafından ilk prototip inşasında kullanılmıştır

(Skilhagen ve diğ., 2008).

Birçok araştırma grupları yakın zamandaki PRO tarihinde yerlerini

almıştır. Statkraft ve Foundation for Scientific and Industrial Research at

the Norwegian Institute of Technology (SINTEF), PRO‘nun bölgesel ve

küresel potansiyeline dikkat çekmek üzere iki adet yayın yapmıştır

(Aaberg, 2003; Thorsen ve Holt, 2005). Bu çalışma 2010 yıllarına doğru

gelindiğinde PRO’nun gelişmesi açısından daha kayda değer çalışmalar

yapılması konusunda öncü olmuştur. Aynı zamanda, (Seppälä ve Assad,

2003; Seppälä ve Lampinen, 1999) tarafından modellemeden deneylere

ve sistem tertip tarzları kadar çeşitli çalışmalar yayınlanmıştır. Seppälä

ve Lampinen (1999) içsel konsantrasyon polarizasyonu teorisinin

osmotik ve hidrostatik basınca karşılık su ve katı taşınımıyla doğrusal

olmadığını ortaya çıkarmıştır (Lee ve diğ., 1981; Loeb ve diğ., 1997).

Seppälä ve Lampinen (2004), osmotik membrandan su ve katı geçişini

tanımlamak için iki katsayılı lineer denklemi ortaya atmış ve deneysel

olarak kanıtlamıştır. Günümüzde içsel konsantrasyon polarizasyonunun

osmotik sürücülü membran proseslerde su akısını düşürdüğü yaygın

olarak kabul edilmektedir.

Osmotik ısı motorunun ilk kez patentinin alınmasının üzerinden 30 yıl

geçmiş olmasına rağmen, McGinnes ve diğ. (2007) tarafından bu

1347

konsept yeniden canlandırılmıştır. McGinnes ve diğ. (2007) düşük

maliyetli atık ısıdan düşük kademeli ısı kullanımı fikrini ortaya atmıştır.

McGinnes ve diğ. (2007) tarafından ayrıca amonyum karbondioksit bazlı

yenilikçi bir termolitik çekme çözeltisinin sistemin enerji etkinliğini

artıracağını iddia etmiştir. Yapılan çalışma sonuçları işletme koşullarına

bağlı olarak güç yoğunluğunun 250 W/m2 ulaşabildiği ve ayrıca Carnot

verimine göre %16’lık termal etkinliğe sahip olduğunu ortaya

çıkarmıştır (McGinnes ve diğ., 2007).

2000’li yılların sonlarına gelindiğinde deneysel ve teorik PRO çalışmalar,

Achilli ve diğ. (2009), Lee ve diğ. (1981) tarafından geliştirilen modeli,

dış konsantrasyon polarizasyonunu da ekleyerek daha da genişletmiştir.

Deneysel su akısı ve güç yoğunluğu sonuçları bir düz plaka selüloz

triasetat ileri osmoz (İO) membranı kullanılarak özel tasarlanan bir

sistem içerisinde test edilmiştir.

Model sonuçlarının deneylerle uyumlu olduğu ve güç yoğunluklarının 5

W/m2 değerini aştığı görülmüştür. Güç yoğunluğu değerinin içsel

konsantrasyon polarizasyonu ile birlikte önemli ölçüde azaldığı tespit

edilmiştir. Membran karakteristiklerinin güç yoğunluğu üzerine

etkilerinin değerlendirilebilmesi amacıyla hassasiyet analizleri

yapılmıştır. Eğer geliştirilen bir PRO membranı bir nanofiltrasyon

membranı (düşük tuz akılı) kadar permeabiliteye ve günümüzde

kullanılan membranların 1/10’u kalınlığında olduğu takdirde 30 W/m2

güç yoğunluğuna ulaşılabilmektedir (Achilli ve Childress, 2010).

2000’li yılların sonlarına doğru ayrıca Statkraft ve SINTEF firmaları

ticari olmayan PRO membranları kullanarak yaptıkları deneysel

çalışmaların reklamını yapmaya başlamışlardır (Skilhagen ve diğ., 2008;

Gerstandt ve diğ., 2008). Ayrıca, PRO’yu Norveç enerji piyasasında daha

kar payı yüksek bir hale getirmek amacıyla membranlardaki güç

yoğunluğunun en az 4-6 W/m2 olması gerektiğini savunmuşlardır

(Gerstandt ve diğ., 2008).

1348

19.1.2 PRO Membranlarındaki Gelişmeler

PRO membranlarının ilk aşamasında PRO proseslerine uygun

membranlar olmamasından kaynaklı olarak ters osmoz (RO)

membranları kullanılmıştır. Yine de, RO membranları kalın destek

tabakası nedeniyle PRO prosesleri için uygun değildir. Çünkü yoğun

biçimde içsel konsantrasyon polarizasyonuna maruz kalmaktadır (Lee

ve diğ., 1981). 2000’li yıllarda membran teknolojisindeki hızlı

gelişmelerin ardından tuzluluk gradyan enerjisi (SGE)’ne odaklanılmış

ve PRO için özel tasarlanmış membranların üretimi aktif bir şekilde

gerçekleştirilmiştir. PRO membranlarındaki son gelişmeler düz-plaka ve

içi boşluklu fiber membranlar olmaküzere iki farklı tertip tarzı ile

incelenebilir (Kim ve diğ., 2015).

19.1.2.1 Düz-Plaka Membranlar

PRO uygulamalarını yansıtan, yüksek tuz tutunumu ve yüksek su

geçirgenliği, PRO membranlarındaki gelişmelerin kilit parametreleridir.

2000’li yılların başlarına kadar, düz tabaka membranlar üzerinde

yapılan araştırmalar ağırlıklı olarak iki malzemeye odaklanmıştır.

Bunlar, 1960’larda Loeb tarafından geliştirilen selüloz asetat (CA)

membranları ve Hydration Technology Innovation (HTI) tarafından

geliştirilen Selüloz Triasetat membralarıdır. 2010 yılının başından

itibaren ise ince film kompozit (TFC) tabakadan (bir poliamid (PA) aktif

katman ve oldukça gözenekli destek tabakasından) oluşan düz-plaka

membranlar ve CTA membranlar üzerinde yoğun bir şekilde

çalışılmıştır. CTA ticari membrana kıyasla PRO performansı üzerindeki

üstünlüklerinden dolayı aktif olarak geliştirilmektedir. CTA

membranlarına kıyasla TFC membranları, ince film PA seçici

katmanlarından dolayı nispeten daha yüksek tuz tutma oranına sahip

olurken, buna karşılık daha düşük bir içsel konsantrasyon polarizasyonu

(ICP)’na sahiptirler ve bu da destek tabakasında daha yüksek gözeneklik

nedeniyle daha yüksek su akısına imkan vermektedir (Yip ve diğ., 2011;

Han ve diğ., 2013; Zhang ve diğ., 2013; Cui ve diğ., 2014; Song ve diğ.,

1349

2013; Bui ve McCutcheon, 2014; Tian ve diğ., 2015; Kim ve diğ., 2015).

Tablo 19.1’de düz-plaka membranların özellikleri verilmiştir.

19.1.2.2 İnce Boşluklu Fiber Membranlar

İnce boşluklu fiber membranlar yüksek paketleme yoğunluğu, düşük

ayak izi ve ölçeklendirme kolaylığı nedeniyle gerçek uygulamalar

açısından düz-plaka membranlara kıyasla daha cazip görülmektedir

(Chou ve diğ.., 2012). Bununla birlikte, düz-plaka membranlardan farklı

olarak ince film kompozit içi boşluklu membranlar, bir kumaş desteği

olmaksızın dayanabilecek yüksek bir mekanik mukavemet

gerektirmektedir. Bu membranlar, PRO prosesleri için daha da

geliştirilmiş ve optimize edilmelidir. PRO uygulamaları için özel

tasarlanmış içi boşluklu fiberlerin üretimi, 2012 yılında Singapur’daki

araştırma ekipleri tarafından gerçekleştirilmiştir. PRO içi boşluklu fiber

membranlarındaki önemli çalışmalar Tablo 19.2’de gösterilmiştir (Kim

ve diğ.., 2015).

19.1.3. PRO’nun Kısıtları ve Tavsiye Edilen Çözümler

Son yüzyıldan itibaren, nanomalzemeler teknolojik ve endüstriyel

gelişme üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Çevresel uygulamalarda ve

özellikle su arıtma proseslerinde önemli yenilikler getirilmiştir. Deniz

suyunun tuzsuzlaştırılması ve tuzluluk gradyanından enerji üretimi

sürdürülebilir bir kaynak olarak görülmektedir (Logan ve Elimelech,

2012, Tamburini ve diğ., 2016). Bu yenilenebilir enerji, membran

işlemlerine dayalı uygun bir teknoloji ile mevcut elektrik akımına

dönüştürülebilir (Tamburini ve diğ., 2015). Basınç geciktirmeli

osmoz’da düşük tuzluluğa sahip besleme çözeltisinden gelen su bir

osmotik membrandan basınçlı bir yüksek tuzluluğa sahip çekme

çözeltisine nüfuz eder ve böylece doğal olarak basınçlı akışın basınç

enerjisini artırmaktadır (Bir hidro türbin içerisinde elektrik akımına

dönüştürülebilir) (Achilli ve Childress, 2010).

1350

Tablo 19.1 PRO Düz-Plaka membranlardaki gelişmeler (Kim ve diğ., 2015)

Adı

Malzeme

Aktif/ Destek

Tabakası

Çekme

Çözeltisi

Besleme

Çözeltisi Basınç (Bar)

Güç Yoğunluğu

(W/m2)

PA-PSf TFC PA/PSf düz-

plaka 0,5 M NaCl 40 mM NaCl 12 10,0

PA-PI TFC PA/PI düz-plaka 1,0 M NaCl Deiyonize Su 15 12

PAN-TFC PA/PDA kaplı

PAN düz-plaka 3,5 wt % NaCl Deiyonize Su 10 2,6

TFC-PRO Modifiye PA ile

SDS/PI düz-

plaka

1,0 M NaCl Deiyonize Su 22 18,09

TNC-PRO PA/modifiye

PAN nanofiber

1,06 M NaCl

(Deniz suyu

konsantresi)

80 mM NaCl

(Sentetik Kuyu

Suyu)

15,2 15,2

TNC-PRO PA/modifiye

PAN

nanofiber

1,06 M NaCl

(Deniz suyu

konsantresi)

0,9 mM NaCl

(Sentetik Nehir

Suyu)

15,2 21,3

PAN-mTFC (RO

yapıda)

PA/PAN

nanofiber 0,5 M NaCl Deiyonize Su 10,3 8

PAN-pTFC

(NF-yapıda)

PA/PAN

nanofiber 0,5 M NaCl Deiyonize Su 8,6 6,2

1351

Tablo 19.1 (Devamı) PRO Düz-Plaka membranlardaki gelişmeler (Kim ve diğ., 2015)

Adı

Malzeme

Aktif/ Destek

Tabakası

Çekme

Çözeltisi

Besleme

Çözeltisi Basınç (Bar)

Güç Yoğunluğu

(W/m2)

TFC-PRO PA/CNTs-PEI

Kompozit

nanofiber

1,0 M NaCl Deiyonize Su 16,9 17,3

TFN-PRO PA/CNTs-PES 0,5 M NaCl Deiyonize Su 6 1,65

PSf: polisülfon, CNTs: Karbon nanotüpler; PI: P84 kopoliamit (Matrimid®5218), PDA: Polydopami, SDS: Sodyum dodesil sülfat

1352

Tablo 19.2 PRO içi boşluklu fiber membranlarındaki önemli çalışmalar (Kim ve diğ., 2015)

Adı

Malzeme

Aktif/Destek

Tabakası

Seçici

Tabaka

Çekme

Çözeltisi

Besleme

Çözeltisi

Basınç

(Bar)

Güç

Yoğunluğu

(W/m2)

Referans

PES-

TFC

PA/PES Lümen

tarafı

1,0 M NaCl 10 mM NaCl 8,4 11,0 Chou ve diğ.,

(2012)

PES-

TFC

PA/PES Lümen

tarafı

1,0 M NaCl 40 mM NaCl

(Atıksu

Konsantresi)

9,0 10,6 Chou ve diğ.,

(2012)

TFC-

PEI

PA/PEI Lümen

tarafı


(2013)

TFC-

PEI

PA/PEI Lümen

tarafı


(2013)

PBI-

PAN

PBI-POSS/

PAN

Dış taraf 1,0 M NaCl 10 mM NaCl 7,0 2,5 Fu ve diğ.,

(2013)

TFC-PI PA/PI Dış taraf 1,0 M NaCl Deiyonize Su 20,0 7,6 (=13.7

(1))

Sun ve diğ.,

(2013)

TFC-PI PA/PI Lümen

tarafı

1,0 M NaCl 10 mM NaCl 15,0 14,4 Han ve Chung.,

(2014)

TFC-PI PA/PI Lümen

tarafı

1,0 M NaCl 40 mM NaCl 15,0 10,6 Han ve Chung,

(2014)

1353

Tablo 19.2 (Devamı) PRO içi boşluklu fiber membranlarındaki önemli çalışmalar (Kim ve diğ., 2015)

Adı

Malzeme

Aktif/Destek

Tabakası

Seçici

Tabaka

Çekme

Çözeltisi

Besleme

Çözeltisi

Basınç

(Bar)

Güç

Yoğunluğu

(W/m2)

Referans

FC-PI PA/PI Lümen

tarafı

1,0 M

Na-Fe-Ca

Deiyonize

Su

12,0 16,2 Han ve

Chung,

(2014)

TFC-P84 PA/P84 Lümen

tarafı

1,0 M NaCl Deiyonize

Su

21,0 12,0 Ingole ve

diğ., (2014)

PDA-TFC PA/PDA-PES Dış taraf 0,6 M NaCl Deiyonize

Su

7,0 3,0 Ingole ve

diğ., (2014)

PDA-TFC PA-TBP/

PDA-PES

Dış taraf 0,6 M NaCl Deiyonize

Su

8,0 3,9 Ingole ve

diğ., (2014)

PES-TFC PA/PES Lümen

tarafı

1,0 M NaCl Deiyonize

Su

20,0 24,3 Zhang ve

diğ., (2014)

PES-TFC PA/PES Dış taraf 0,6 M NaCl Deiyonize

Su

6,0 1,6 Ingole ve

diğ., (2014)

PSf: polisülfon, CNTs: Karbon nanotüpler; PI: P84 kopoliamit(Matrimid®5218), PDA: Polydopamin, SDS: Sodyum dodesil

sülfat; (1) İçi boşluklu fiberdeki güç yoğunlukları iç seçici tabakayı (lümen tarafı) göstermektedir.

1354

Basınç sürücülü prosesler gibi PRO’da konsantrasyon polarizasyonu,

ters tuz akısı, ve diğer faktörlerden dolayı su akısında ve membran

dayanımında düşüş meydana gelmektedir.

19.1.3.1. Membran Tıkanması

Membran tıkanması, askıda ve kolloidal maddelerin ya da biyolojik

büyüme (biyotıkanma) nedeniyle konvektif ve difüzif taşınmaya neden

olmaktadır. Meydana gelen tıkanma tabakası toplam kütle transfer

direncini artırarak, performansın önemli ölçüde düşmesine neden

olmaktadır. Buna ek olarak, membran tıkanması membranda basınç

kayıplarına neden olurken, giderim verimini düşürmektedir (Fritzmann

ve diğ., 2007).

PRO membranların tıkanması üzerine ilk çalışma (She ve diğ., 2013)

tarafından yapılmıştır. Araştırmalara göre, iki değerlikli tuz iyonları

membran tıkanmasında önemli rol oynamaktadır. Aslında, kalsiyum

(Ca) ve mağnezyum (Mg)’un çekme çözeltisi tarafından besleme tarafına

difüzyonu tıkanmayı artırmaktadır. Çünkü bu iyonlar organik

tıkayıcılarla reaksiyona girerek tıkanmayı artırmaktadır. Çekme

çözeltisi konsantrasyonu tuz difüzyonunun artmasına neden

olduğundan, membran tıkanması meydana gelmektedir. Bu bağlamda

(She ve diğ., 2013) tarafından belirtilen ters osmoz’daki “kritik akı”

kavramı PRO için de “kritik çekme çözeltisi konsantrasyonu” olarak

kullanılabilmektedir.

Thelin ve diğ. (2013) tarafından yapılan bir çalışmada, doğal organik

madde birikmeye karşılık akı düşmüş ve tatlı sudaki doğal organik

madde konsantrasyonundan bağımsız hale gelmiştir. Ayrıca, birikmiş

doğal organik madde yüklemesinin bir fonksiyonu olarak akının düşme

hızının membran tipine bağlı olduğu belirtilmiştir. İyonik şiddetin

tıkanma üzerine etkileri olmasına rağmen, farklı tipteki membranlar için

tıkanma rejimi farklılıkları üzerine iyonik şiddetin etkisi tam olarak

açıklanamamaktadır (Touati ve Tadeo, 2017).

1355

Thelin ve diğ. (2013) tarafından PRO membranlarının karakteristikleri

ile doğal organik madde ile tıkanma eğilimi arasında güçlü bir

korelasyon olduğu bildirilmektedir. Bu problemin giderilmesi amacıyla

araştırmacılar besleme çözeltisi ön arıtımındaki tıkanma potansiyelinin

azaltılması, membran tıkanmasının önüne geçilebilmesi amacıyla

yapısal özelliklerin geliştirilmesi üzerine çalışmalarda

bulunmaktadırlar. Bu çalışmalara ek olarak, besleme çözeltisi tarafına

geçiş isteğinin azaltılması, tıkanmanın önüne geçmek için geri ve

kimyasal yıkamayı geliştirmek gibi çalışmalarda yapılmaktadır. Bunu

açıklayan şema Şekil 19.10’de gösterilmiştir (Touati ve Tadeo, 2017).

Şekil 19.10 PRO membranı yüzeyindeki doğal organik madde

tarafından oluşturulan kek tabakası (Touati ve Tadeo, 2017a)

Yip ve Elimelech (2013) tarafından yapılan bir çalışmada ise doğal

organik maddeler (DOM)’in PRO membranlarındaki tıkanma ve geri

yıkama performanslarına etkilerini araştırmıştır. Çalışma sonucunda

DOM’in gözenekli tabakadan geçerek aktif-tabaka arayüzeyinde

tıkanmalara neden olduğuna kanaat getirilmiştir. Burada, iki kek

tabakası oluşabilmektedir. Bunlar, destek tabakası yüzeyinde ve aktif-

gözenekli arayüzeydedir. Sonuçlar incelendiğinde DOM’in

1356

membranların hidrolik dirençlerinde çok fazla artışa neden olduğu ve

bu artışın PRO membranlarındaki su geçirgenliğinde büyük düşüşlere

neden olduğu görülmüştür. Geri yıkama çalışmalarına bakıldığında ise

aktif-gözenekli tabakası üzerinde biriken DOM’ler tamamen

temizlenebildiği için başlangıç membranına kıyasla bir kısım geçirgenlik

geri kazanılabilmektedir. Bu ifadenin şematik gösterimi Şekil 19.11’da

gösterilmiştir (Touati ve Tadeo, 2017).

Şekil 19.11 PRO membranı yüzeyindeki doğal organik madde

tarafından oluşturulan kek tabakası (Touati ve Tadeo, 2017a)

19.1.3.2 Membranlarda Çökelme

Membranlarda çökelme, besleme çözeltisi tarafındaki inorganik

bileşiklerin aşırı doygunluğu sonucunda meydana gelmektedir. Tuzların

aşırı doygunluğu membran yüzeyinde çökelmelere neden olmakta ve

membrandan kütle transferini engelleyen ince bir tabaka

oluşturmaktadır (Fritzmann ve diğ., 2007). PRO membranlarındaki

çökelmeler günümüzde tam anlamıyla detaylı çalışmalara sahip

değillerdir. Zhang ve diğ. (2014) tarafından yapılan bir çalışmada PRO

membranlarındaki basınç azalması üzerine, membranda çökelmeyi

incelemiştir. Yapılan çalışma sonucunda membran çökelmesinde

başlatıcı iyonların (Örneğin Ca2+ ve SO42-) çökelme oluşumunu

tetiklediği ve bunun sonucunda da çekme çözeltisi tarafındaki iyonların

1357

besleme çözeltisi tarafına taşınımı ile ters tuz akısı meydana

gelmektedir. Bunun sonucu olarak artan işletme basınçları ters tuz

difüzyonunda artışa neden olduğundan çökelme riski artış

göstermektedir. Zhang ve diğ. (2014) tarafından yapılan çalışmada

gözenekli tabakada çökelme meydana geldiğinde, bu tıkanma besleme

tabakasından ya da çekme çözeltisi difüzyonundan oluşabildiği ortaya

konulmuştur. Eğer, besleme çözeltisi aşırı doymuş ise içsel

konsantrasyona ek olarak dışsal çökelme de meydana gelmektedir. Buna

çözüm olarak araştırmacılar, membran yerleşiminin aktif tabakanın

besleme çözeltisi tarafında olmasının çökelme başlatıcılarının

konsantrasyonunu düşürebildiğini belirtmektedirler. Bununla birlikte,

güç yoğunluğunun ve toplam performansın nasıl etkileneceği hakkında

kesin bir sonuç bulunmamaktadır. Buna ek olarak, ters tuz

difüzyonunun kontrolünde PRO membranlarının gösterebildiği iyi

mekanik dayanım çökelme riskini artıracaktır (Touati ve Tadeo, 2017).

19.1.3.3 Konsantrasyon Polarizasyonu

Daha önce de bahsedildiği üzere, PRO proseslerindeki konsantrasyon

polarizasyonu performans üzerine çok büyük etkiye sahiptir. Su akısı ve

güç yoğunluğunun üzerine etkilerin araştırılması hakkında çok sayıda

çalışma mevcuttur. Bu çalışmalar sonucunda konsantrasyon

polarizasyonunun hidrodinamiklere, membran yerleşimine, membran

tasarımına ve işletme şartlarına (sıcaklık, basınç, çözelti

konsantrasyonları, çözelti kompozisyonu vb.) bağlı olduğu bildirilmiştir.

İçsel konsantrasyon polarizasyonu (ICP) genellikle, dışsal

konsantrasyon polarizasyonu (ECP)’dan daha şiddetlidir. İçsel

konsantrasyon polarizasyonunun etkisinin azaltılabilmesi için mümkün

olduğunca ince destek tabakasına sahip membranlar üretilmelidir.

Dışsal konsantrasyon polarizasyonunun etkisi çapraz-akış hızının ve

işletme sıcaklığının artırılması ile çözülebilmektedir (Touati ve Tadeo,

2017).

1358

19.1.3.4. Membran Deformasyonu

PRO proseslerindeki performans kayıplarının en önemli nedenleri

hidrolik basınç kaynaklı membran deformasyonlarıdır. Membran

deformasyonları üzerine yapılan bazı çalışmalar, yüksek basınçlar

altında bazı membranlardaki çökmeleri ortaya çıkarmaktadır (She ve

diğ., 2012). Büyük açılım boyutuna sahip boşluk oluşturucu malzemeler

kullanılarak, membran deformasyonları azaltılabilir (Touati ve Tadeo,

2017).

19.1.4. PRO’nun Enerji Maliyeti

Teorik olarak PRO okyanuslardan elde edilen enerjilerin değişik

formlarıyla kıyaslanabilecek bir yenilenebilen enerji kaynağıdır.

Tuzluluk gradyan enerjisi (SGE) okyanus kaynaklı enerjilere (gel-git

enerjisine) benzer bir enerji kaynağıdır (Skilhagen, 2012). Aslında,

yeterli sabit besleme ve çekme çözeltisinin sürekli sağlanabilmesi

durumunda osmotik enerji tesisleri yıllık 8000 saatten fazla kesintisiz

olarak çalıştırılabilmektedir (24 st/gün, 7 gün/hafta) (Sharif ve diğ.,

2014). Deneysel sonuçlar olarak ise laboratuvar ölçeğinde iyi

performans gösteren bir teknik olduğu görülmektedir. Ancak, tam

ölçekli PRO enerji santrallerinin maliyet perspektifi tam olarak netliğe

ulaşmış değildir. Bunun nedeni tahmini maliyetlerin hesaplanabilmesi

açısından büyük tesislerin olmamasıdır. Bu nedenle, maliyet

projeksiyonları mevcut bilgilere ve anahtar teknolojilerdeki gelişmeler

üzerine tahminlerle yapılabilmektedir. Anahtar bileşenler

membranların yatırım, işletme ve bakım maliyetleri (proje süresinde

membranların yenilenmesini de içermektedir), ön arıtmalar ve suyun

pompalanmasıdır. PRO membranlarının ticari maliyetleri diğer

membranlardan üç kat daha fazla olduğundan dolayı membranların

toplam yatırım maliyetinin %30’u olduğu tahmin edilmektedir

(Kempener ve Neumann, 2014). Diğer bir çalışmada ise giriş ve çıkış

yapılarının, ön arıtma tesislerinin ve membranların tamamının toplam

1359

maliyetin %75’ine denk geldiğini ortaya koymuştur (Touati ve Tadeo,

2017; Linares ve diğ., 2014).

Günümüzde membranların ticari değeri yüksek olduğundan, PRO

prosesinin ömrü bundan etkilenmektedir. Membranların fiyatlarının

yanında, performanslarının ve dayanıklılığının da dikkate alınması

gerekmektedir. Bu proses için düşük dayanıklılığa ve performansa sahip

ucuz membranlar kazanç sağlamayacaktır. Achilli ve Childress (2010),

membranlardaki dayanımın 10 yıl mertebesine ulaştırılabilmesi halinde,

1 yıl dayanım gösteren membranlardan 10 katı katar daha fazla kar elde

edilebileceğini göstermiştir (Touati ve Tadeo, 2017).

Enerji üretimini etkileyen diğer bir önemli faktör ise enerji tesisi

kapasitesidir. Kleiterp 25 MW ve 200 MW kapasitelere sahip

Hollanda’da bulunan iki tesisin 2.4 W/m2 enerji yoğunluğuna sahip

membranların kullanıldığı durumdaki yatırım ve enerji maliyetlerini

analiz incelemiştir. İncelemeler sonucunda, 25 MW Tuzluluk Gradyan

Enerji’sine sahip tesisin birim enerjisi 1.21 $/kWh iken, 200 MW

Tuzluluk Gradyan Enerji’sine sahip tesisin 1.0 $/kWh olduğu sonucuna

ulaşmıştır (Kleiterp, 2012).

Yapılan birçok çalışmada enerji üretiminin doğal kaynaklardan

etkilendiğini ortaya koymaktadır. Örneğin, Tanioka ve diğ. (2012)

tarafından yapılan bir çalışmada tatlı suyu kullanılması ya da konsantre

tuzlu su kullanılması halinde 0.16 € /kWh, Dinger ve diğ. (2012)

tarafından yapılan çalışmada ise tatlı su ve deniz suyu kullanılması

halinde 0.18 $/kWh bir maliyet ortaya çıkmıştır (Touati ve Tadeo,

2017).

19.1.5. Pilot Ölçekli PRO Çalışmaları

Önceki bölümlerde de bahsedildiği üzere ters osmoz teknolojisi dünya

çapında sürdürülebilir enerji kaynağı sağlamak ve su kıtlıklarını çözmek

adına yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 19.12’ye bakıldığında en

1360

büyük kapasiteli 20 ters osmoz tesisinin kapasitesi görülmektedir.

Burada değinilmesi gereken konu ise ters osmoz teknolojisinin belirgin

bir eğilim göstererek artış sağlamasıdır. Teknolojik gelişmelerin artış

göstermesiyle birlikte 2000’li yıllardan sonraki pilot ölçekli denemeleri

son yıllarda daha da büyüyerek günde 100.000 m3 su üretme

kapasitesine sahip arıtma tesislerine ulaşmıştır. Ancak, bununla birlikte

artan su problemleri neticesinde 1.000.000 m3/gün’den daha büyük

tesislere yakın gelecekte ihtiyaç duyulacaktır. Küçük tesislere kıyasla

mega tesislerdeki optimum tasarım ve ünitelerin efektif seçilmesi büyük

farklar oluşturmaktadır (Kurihara ve Hanakawa, 2013; Kurihara ve diğ.,

2015; Kishizawa, 2015). Bu kapsamda yapılan çalışmalardan biri olan

FIRST (Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science

and Technology) programı kapsamında Japonya’da 2010 yılında “Mega-

ton Water System” adlı bir proje başlatılmıştır.

Şekil 19.12 Deniz suyu ters osmoz ve atıksu geri kazanımı ters osmoz

tesisleri (Kurihara ve diğ., 2016)

1361

Bu projenin amacı mega tesislerin ihtiyacı olan doğa dostu ön arıtma,

düşük basınçlı çok kademeli ters osmoz sistemleri, düşük basınçlı deniz

suyu ters osmoz (SWRO) membranları, yüksek verimlilikte enerji geri

kazanım cihazı (ERD), yüksek basınca dayanıklı reçine borulardır

(Kurihara ve diğ., 2016). Burada, sadece düşük basınçlı deniz suyu ters

osmoz (SWRO) membranlardan bahsedilecektir.

Deniz suyu ters osmoz (SWRO) sistemleri daha düşük maliyet ve enerji

gereksinimi gösterdiği için su kıtlığını çözmek için gelecek vadeden

proseslerdir. Ancak, SWRO tesislerinden deşarj edilen konsantre

tuzluluk bazen çevresel problemlere neden olabilmektedir. Özellikle

mega boyutlu SWRO tesisleri daha düşük maliyetlere ve enerji

tüketimlerine sahiptirler. “Mega-ton Water System” projesinde PRO,

konsantre tuzluluk ile tatlı suyun tuzluluk farkından enerji geri kazanımı

üzerine odaklanırken aynı zamanda SWRO konsantresinin meydana

getirdiği çevresel problemleri de çözmektedir. Kyowakiden Industry Co.

Ltd, Japonya firması 2002 yılından bu yana Kyushu Üniversitesi,

Nagasaki Üniversitesi ve Tokyo Institute of Technology ile birlikte

çalışmalar yürütmesi sonucu Fukuoka SWRO Tesisi yakınında

laboratuvar ölçekli membran modüllerinin kullanıldığı bir tesis

kurmuştur. 2007 ile 2009 yılları arasında, NEDO, New Energy ve

Industrial Technology Development Organization tarafından PRO

ihtimalleri değerlendirilmiş ve ticari tipte membranlar kullanılarak ilk

prototip PRO inşa edilmiştir. 2010 yılında ise PRO prototip “Mega-ton

Water Project”e dahil edilmiştir.

Proje kapsamındaki PRO tesis prototipinde, 10-inç modül kullanılarak

maksimum 13,5 W/m2 membran güç yoğunluğuna ulaşılmıştır (Şekil

19.13). Laboratuvar ölçekli denemelerde ise 5-inç modüller kullanılarak

17,1 W/m2 güç yoğunluğuna ulaşılabilmiştir.

1362

Şekil 19.13 PRO akım şeması

19.2. Mikrobiyal Yakıt Hücreleri

Mikrobiyal yakıt hücresi (MYH), elektrik enerjisi üretmek için bakteriyel

metabolizmaların kullanıldığı bir biyoelektrokimyasal reaktördür.

Bakterilerin elektrik üretebilme yeteneg i ilk olarak 1911 yılında Potter

isimli bir bilim adamı tarafından keşfedilmiştir. Fakat bu buluş̧, 1980’li

yıllara kadar düşük enerji üretiminden dolayı dikkat çekmemiştir. MYH

reaktörü, anot ve katot adı verilen iki bölmeden oluşmakta ve bu iki

bölme proton değiştirici membran kullanılarak birbirinden fiziksel

olarak ayrılmaktadır (Şekil 19.14). Anot bölmesinde bulunan

mikroorganizmalar, organik maddeleri oksitleyerek elektron ve

protonları (hidrojen) üretirler. Anot bölmesinde üretilen elektronlar, dış

direnç üzerinden katot bölmesine aktarılır. Hidrojen ise proton

değiştirici membrandan geçerek katot bölmesine ulaşır ve burada nihai

elektron alıcısı (genellikle O2) ile birleşerek suya dönüşmektedir.

Kuvvetli bir elektron alıcısı olan O2’nin varlığı ve pozitif elektrik yükü

oluşturan hidrojenler sayesinde, anottaki elektronlar katoda doğru

çekilmekte ve böylece hat üzerinde bir elektrik akımı oluşmaktadır.

Anot bölmesindeki mikroorganizmalar, organik maddeleri (elektron

1363

verici) oksitleyerek elektron ve hidrojen üretirler. Üretilen elektronların

elektrik enerjisine dönüştürülebilmesi için anot bölmesinde oksijen ve

başka bir elektron alıcı bulunmamalıdır. Tek elektron alıcı olarak anot

elektrotunun bulunması ve anot bölmesinin tamamen anaerobik olması

gerekmektedir. Anot bölmesinde bakteriler, elektrot yüzeyine tutunmuş

halde biyofilm yapısında bulunmaktadır. Anot elektrotu, sistemde

elektron alıcı olarak görev yapmaktadır. Katot elektrotu ise anot

bölmesinde üretilen elektronların katot bölmesine ulaşmasından

sorumludur. Elektronların protonlar ile reaksiyonu için katot bölmesine

verilen oksijen, saf halde veya atmosferik hava şeklindedir.

Şekil 19.14 Mikrobiyal yakıt hücresi çalışma mekanizması (Rabaey ve

Verstaete, 2005)

Anot bölmesinde bulunan mikroorganizmalar uygun şartlar

sağlanmadığı sürece, elektronları doğrudan anot elektrotuna

aktaramazlar. Birçok bakterinin yüzeyinde iletken olmayan lipit

membran bulunduğundan dolayı üretilen elektronların anot elektrotuna

direk olarak transferi engellenmektedir. Böyle durumlarda, bakteriler

tarafından üretilen elektronların anot elektrotuna transferini sağlayan

1364

elektron taşıyıcılar kullanılmalıdır (Davis ve Higson, 2007). 1980’li

yıllarda anot bölmesinde harici elektron taşıyıcılar kullanılarak

MYH’lerde üretilen elektrik miktarının ciddi ölçüde arttırılabileceği

belirlenmiştir. Harici elektron taşıyıcılar, mikroorganizma zarından

elektronları alarak indirgenirler. Daha sonra anot elektrotuna giderek

elektronları bırakır ve tekrar anot sıvısı içerisine dağılırlar. Bu döngü,

mikroorganizmalar ile anot elektrotu arasında elektron transfer hızını

arttırarak elektik üretim verimini yükseltmektedir.

Nötral kırmızı, metilen mavisi, tiyonin ve metil viologen harici elektron

taşıyıcılara o rnek olarak verilebilir. Bazı bakteriler, dog al olarak u retilen

maddeleri ve hatta mikrobiyal yan ürünleri elektron taşıyıcı olarak

kullanabilmektedir. Buna en iyi örnek olarak Pseudomonas bakterisinin

ürettiği piyosiyanin verilebilir. Bunun dışında hümik asit, antrakinon ve

tiyosülfat gibi kimyasallar, bakterilerin kendi metabolizmaları içerisinde

ürettikleri elektronları anot elektrotuna transfer edebilme yeteneğine

sahiptir (Du ve diğ., 2007).

MYH ile elektrik u retimindeki esas gelişme, bazı bakterilerin

elektronları direk olarak anot elektrotuna transfer edebildig inin

keşfedilmesi ile olmuştur (Chaudhuri ve Lovley, 2003). Bu bakteriler,

MYH’lerde kararlı elektrik üretimi sağlayıp yüksek kolombik verime

sahiptir. Bunların en bilinen örnekleri, Geobacter, Shiwanella ve

Pseudomonas’tır. Bu bakteriler, anot yüzeyi üzerinde iyi bir biyofilm

yapısı oluşturarak üretilen elektronları, anot elektrotuna direkt

aktarabilmektedirler. Bu sayede mikroorganizmalar tarafından üretilen

elektronlar, etkin bir şekilde anot yüzeyine iletilerek biyofilm ile anot

arasındaki elektriksel direnci ciddi ölçüde azaltmaktadır.

Literatu rde birçok farklı reakto r tasarımları laboratuvar çalışmalarında

kullanılmıştır (Şekil 19.15). Genellikle en yaygın kullanılan MYH tipi, iki

bo lmeden oluşan H tipi reakto rlerdir. Bu reakto rlerde her iki bo lmeyi

birbirinden ayıran proton değişim membranı kullanılmaktadır.

Kullanılan proton değişim membranları genellikle Nafion® ya da

Ultrex’dir (Min ve diğ., 2005; Rabaey ve diğ., 2003).

1365

MYH’lerde kullanılan membranlar, protonların geçişine izin vermeli,

fakat anot bölmesindeki besin maddesinin katot bölmesine veya katot

bölmesindeki elektron alıcısının (O2 gibi) anot bölmesine geçişine izin

vermemelidir.

Şekil 19.15 Çalışmalarda kullanılan farklı MYH türleri a) Tübüler (Kim

ve diğ., 2009) b) H tipi (Taşkan ve diğ., 2016) c) Plaka şekilli (Min ve

Logan, 2004) d) Küp reaktör (Cheng ve diğ., 2007) e) Tek bölmeli

reaktör (Logan ve diğ., 2007)

Yaygın bir şekilde kullanılan diğer bir MYH tasarımı ise hava katotlu

MYH’lerdir. Hava katotlu MYH’lerde ayrı bir katot bölmesi ve proton

değişim membranı bulunmamaktadır. Bu reaktörlerde katot elektrotu,

sulu katot reaktörlerdeki gibi suda çözünmüş olan oksijenin yerine

atmosferik havanın içermiş olduğu oksijeni kullanmaktadır. Kullanılan

proton değişim membranının yerine ise difüzyon tabakası kullanılarak

hidrojenlerin transferi sağlanmaktadır (Taşkan, 2013).

1366

19.2.1. Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinin Çalışma Prensibi

Bir organizmanın enerji ihtiyacını karşılamak için organik moleku lleri

parçalayarak karbon bag ları arasındaki enerjiyi açıg a çıkarma olayı,

solunum olarak tanımlanır. Solunumun organizmadan organizmaya

farklılık gösteren birçok şekli vardır ve hepsi de birçok karmaşık

biyokimyasal reaksiyonlardan meydana gelmektedir. Oksijenli solunum

sırasında yakılacak olan bir organik moleku l, o nce glikolize olur.

Ardından, sitrik asit do ngu su ne aktarılır. Bu iki aşamanın sonunda

organik madde, CO2’ye kadar parçalanır. Ancak bu işlemler için oksijen

kullanılmaz. Gerekli olan oksijen, H2O’dan karşılanır. Bunun sonucunda

sudan ayrılan elektronlar ve hidrojen iyonları (H+), NADH gibi

moleku llerin yardımı ile elektron taşıma sistemine aktarılırlar.

MYH’lerin anot bo lmesinde oksijen olmadıg ından dolayı elektron taşıma

sistemi (ETS)’nin son proteinindeki elektronlar, oksijene aktarılamaz.

Anot ortamında başka bir elektron alıcısı mevcut olmadıg ından dolayı

elektronlar, anot elektrotuna aktarılır. ATP u retimi sırasında hu cre

içerisindeki hidrojenler, hem oksijen olmadıg ı için su oluşumuna

katılamayacak, hem de ETS durdug u için dışarıya taşınamayacaktır.

Bunun sonucu olarak, oksijenli solunumla ATP üretimi duracaktır.

Oksijenli solunum normal olarak meydana geldig inde hu cre dışına

taşınan hidrojen iyonları, hu creden uzaklaşma fırsatı bulamadan,

elektriksel hareket kuvveti ile hu cre içine geçerler. Ancak MYH’lerde bu

durum sınırlandıg ı için hidrojen iyonları, anot sıvısı içerisine dag ılır.

Anot sıvısında yog un bir şekilde bulunan hidrojen iyonları, basit dag ılma

ve elektrik yu ku nedeniyle proton deg iştirici membrandan geçerek katot

bo lmesine ulaşır. Bo ylece katot bo lmesine transfer edilen hidrojenler,

burada oksijenle birleşip suyu oluşturmak isteyecektir. Suyun oluşum

reaksiyonu gereg ince elektronlara ihtiyaç duyulmaktadır. Anot

bo lmesinde bulunan elektronlar, bir dış direnç vasıtası ile kuvvetli bir

elektron alıcısı olan oksijenin bulundug u katot bo lmesine dog ru geçer

ve hidrojen iyonları ile birleşerek H2O’yu oluşturur. Bo ylece oksijenli

solunumun son basamag ı, katot bo lmesinde tamamlanmış olur. Bu

durumda, katot bo lmesine transfer edilen hidrojen iyonları tu ketilerek

yog unlug u du ştu g u için anot bo lmesinden katot bo lmesine hidrojen

1367

iyonu geçişinin su reklilig i sag lanmış olur. Devrenin su reklilig inin

sag lanması ve katot u zerindeki elektronların oksijene aktarılması ile dış

direnç üzerinde sürekli olarak elektron akışı meydana gelmekte ve bu

sayede üretilen elektrik enerjisi kullanılabilir olmaktadır. Yani sistemin

anot bölmesinde organik madde mikroorganizmalar tarafından

parçalanırken, direkt olarak elektrik enerjisi üretilmektedir (Taşkan,

2013).

19.2.2. Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde Atıksu Arıtımı

Günümüzde atıksu arıtma sistemleri, çoğunlukla aktif çamur

proseslerini içerecek şekilde inşa edilmektedir. Aktif çamur

proseslerinde enerji ihtiyacının büyük bir kısmını havalandırma

giderleri oluşturmaktadır. Ayrıca arıtım esnasında oluşan çamurun

bertarafı ve uzaklaştırılması, arıtma tesislerinin enerji ihtiyaçlarını ciddi

ölçüde arttırmaktadır. Buna karşılık MYH sistemlerinde atıksu arıtımı ile

beraber enerji üretimi sağlanabilmektedir. Ayrıca, aktif çamur

sistemlerinin aksine MYH reaktörlerinde çamur oluşumu söz konusu

değildir. Böylece bu sistemlerde, ikinci bir kirletici atık oluşmamaktadır.

Evsel atıksular genellikle 300 mg/lt’den daha düşük BOİ

konsantrasyonuna sahiptir. Bu nedenle evsel atıksular MYH’lerde besin

kaynağı olarak kullanıldıklarında, düşük miktarda enerji üretilmektedir.

MYH’ler, anot bölmesinde anaerobik şartlara sahip olduğundan dolayı

BOİ değeri 2000 mg/lt’yi aşan yüksek konsantrasyonlu (yüksek enerji

yoğunluğuna sahip) atıksuların arıtımını sağlayabilmektedirler. Bu

atıksuların kullanımı ile MYH’lerde üretilen enerji miktarı

arttırılabilmektedir. Birçok farklı atıksu MYH’de elektrik üretimi

amacıyla kullanılmıştır. Faklı atıksular kullanılarak MYH’lerde üretilen

elektrik miktarları ileriki bölümlerde sunulmuştur.

Literatürde sentetik atıksu, evsel atıksu, çöp sızıntı suyu ve hayvan

gübresinin besin maddesi olarak kullanıldığı MYH çalışmalarında,

organik maddelerin farklı oranlarda giderildiği (0,0053-5,57 g-KOİ/lt/g)

1368

tespit edilmiştir (Gude, 2016; Janicek ve diğ., 2014). Bu çalışmaların

birçoğu, düşük hacimli MYH’ler kullanılarak ve kesikli beslemeli olarak

gerçekleştirilmiştir. Küçük ölçekli sistemler ile yapılan çalışmalarda,

sistemin yüksek hidrolik bekleme zamanlarına (HRT) ihtiyaç duyduğu

rapor edilmiştir. Bu şekilde yapılan çalışmalar, büyük ölçekli bir MYH

sisteminin performansını tahmin etmek için uygun değildir. Gerçek

uygulamalarda yüksek HRT değerleri büyük reaktör hacimlerine ihtiyaç

duymakta ve bu durum reaktörlerin kurulum ve işletme maliyetini

arttırmaktadır.

Wang ve diğ. (2013) yaptıkları çalışmada, anaerobik çamurun MYH’de

besin maddesi olarak kullanımı ile 38,1 W/m3 maksimum güç

yoğunluğu elde edilebileceğini rapor etmişlerdir.

19.2.3. Mikrobiyal Yakıt Hücresinin Maliyet Analizi

Literatürde MYH’lerin ekonomik analizinin yapıldığı çok az sayıda

çalışma mevcuttur. Logan (2008) tarafından yapılmış bir hesaplamada,

kişi başına 500 lt/gün atıksuya sahip 100.000 kişilik bir şehirde,

atıksuyun BOİ değerinin 300 mg/lt olduğu ve MYH sistemi kullanılarak

bu atıksudaki organik maddelerin içeriğindeki elektronların tamamının

elektrik enerjisine dönüştürüldüğü (%100 enerji dönüşümü)

varsayılarak bir hesaplama yapılmıştır. Yapılan hesaplamada bir evin

elektrik tüketiminin 1,5 kW olduğu varsayılmış ve şehrin atıksuyu ile

kaç evin elektriğinin karşılanabileceği hesap edilmiştir. Hesaplama

sonucunda, 1700 evin elektrik ihtiyacının bu şehirde oluşan

atıksulardan üretilebilecek elektrik ile karşılanabileceği bulunmuştur.

Yapılan hesaplamada, bir kişiden oluşan atık miktarı ile 25 W elektrik

üretilebileceği belirlenmiştir. Yani dört kişilik bir nüfusa sahip bir evin

atıksuları ile 100 W’lık elektrik üretilebileceği ve bu enerjinin ancak bir

ampulün yanması için gerekli olan enerji miktarı ile aynı olduğu

belirtilmiştir (Logan, 2008).

1369

Tablo 19.3 Farklı atıksular kullanılarak MYH’lerde üretilen enerji miktarları

Atıksu kaynağı MYH tipi Güç yoğunluğu Referans

Sentetik atıksu Çift bölmeli 0,086 (mA/cm2) Mohan ve diğ., (2008)

Evsel atıksu Tek bölmeli 3,7 (W/m3) Liu ve Logan, (2004)

Bira fabrikası atıksuyu Tek bölmeli 0,2 (mA/cm2) Feng ve diğ., (2008)

Peyniraltı suyu Çift bölmeli 42 (mA/m2) Stamatelatou ve diğ., (2010)

Süt endüstrisi atıksuyu Tek bölmeli 25 (mA/m2) Velasquez-Orta ve diğ., (2011)

İçki fabrikası atıksuyu Tek bölmeli 245,3 (mA/m2) Mohanakrishna ve diğ., (2012)

Çiftlik gübresi Tek bölmeli 0,004 (mA/cm2) Scott ve Murano, (2007)

Besin atığı Tek bölmeli 207 (W/m3) Goud ve diğ., (2011)

Hastane atıksuyu Çift bölmeli 14 ± 1 (W/m3) Aelterman ve diğ., (2006)

Çöp sızıntı suyu Tek bölmeli 20,9 (W/m3) Vázquez-Larios ve diğ., (2014)

Palmiye yağı atıksuyu Çift bölmeli 622 (mW/m2) Jong ve diğ., (2011)

Kâğıt endüstrisi atıksuyu Tek bölmeli 125 (mA/m2) Velasquez-Orta ve diğ., (2011)

Arıtma çamuru Tübüler 73 (mA/m2) Yuan ve diğ., (2012)

İlaç endüstrisi atıksuyu Tek bölmeli 177,36 (W/m3) Velvizhi ve Mohan, (2011)

1370

MYH sistemlerinin ekonomisi, aktif çamur gibi konvansiyonel sistemler

ile kıyaslanabilir düzeydedir. Bu sistemlerin laboratuvar ve endüstriyel

ölçekli olarak değerlendirildiği iki farklı durum mevcuttur. İlk olarak,

her iki sistemde üretilebilecek enerji miktarları değerlendirildiğinde,

aktif çamur sistemlerinde herhangi bir enerji kazanımının söz konusu

olmadığı görülmektedir. MYH sistemleri, elektrik üretimi ile işletme

maliyetinin %50’sini karşılayabilecek düzeydedir (Gude, 2016). Ancak,

aktif çamur sistemleri MYH sistemlerine göre oldukça düşük maliyette

inşa edilebilmektedirler (Gude, 2016).

MYH sistemlerinin kurulumunda anot ve katot elektrot malzemelerinin,

maliyetin en önemli kısmını oluşturduğu bilinmektedir. MYH’de yoğun

bir şekilde devam eden elektrot çalışmaları, anot ve katot

malzemelerinin maliyetinin zaman içerisinde azalacağını göstermiştir.

Bu nedenle daha ucuz elektrot malzemelerinin üretimi, MYH

sistemlerinin güç üretim performansını ve ekonomik olarak kurulumun

önündeki engelleri kaldırmak adına oldukça önemlidir. Şu ana kadar,

karbon ve grafit gibi ucuz elektrot malzemeleri, MYH sistemlerinde

yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Fakat bu elektrot malzemelerinin

düşük elektrik üretim kapasitesi günümüzde bu malzemelerin

kullanımını oldukça kısıtlamıştır.

MYH sistemlerinin kurulum maliyetini etkileyen diğer önemli bir

parametre ise membran malzemesidir. Kullanılan membranlar, MYH

sistemlerinin kurulum maliyetini etkilemekle birlikte işletme maliyetini

de önemli oranda arttırmaktadır. MYH sisteminin işletimi esnasında

membranda meydana gelen kısıtlamalar nedeni ile MYH reaktörünün

elektrik üretim performansının düşmesi ve kullanılan membranın yenisi

ile değiştirilmesinin gerekliliği, işletme maliyetini ciddi ölçüde

etkilemektedir. Bu durum, proton değişim membranının MYH

sistemlerinde en kritik malzeme olarak nitelendirilmesine neden

olmuştur. Sonuç olarak, şu anki MYH teknolojisi ile üretilebilecek

elektrik miktarı, maliyet açısından büyük ölçekli sistemlerin

kurulumunun ekonomik olmadığını göstermektedir.

1371

Solunum sırasında mikroorganizmalar, du şu k bir redoks potansiyelinde

elektronca zengin olan bir besin maddesinden (substratdan)

elektronları serbest bırakır ve bu elektronları, birçok elektron transfer

kompleksi vasıtasıyla son elektron alıcının indirgendig i hu cre zarına

(membranına) transfer eder. Mikroorganizmalarda protonların hücre

membranına doğru akışından serbest bırakılan enerji, ATP gibi enerji

taşıyıcı moleküllerin tekrar üretilmesi için kullanılır. Bu olayda birbirini

izleyen her bir adım, elektron veren bileşenden daha yüksek bir

potansiyele sahiptir. Elektron transferi sırasında serbest kalan enerji,

bakterinin protonları periplazmanın dışına doğru pompalamasını sağlar.

Böylece proton kuvveti üretilmiş olur, bu kuvvet ATP sentez aktivitesi

sağlar ve ATP oluşumu meydana gelir. Teorik olarak bakteri

bünyesindeki tüm elektronları herhangi bir elektron alıcıya transfer

etmek mümkün değildir. Özellikle hücre içi substrat oksidasyonu

sonucu üretilen elektronlar, stoplazmadan hücre membranı dışına

doğru transfer edilir. Hücre dışındaki ortamlarda elektronlar, son

elektron alıcılara ulaşana kadar sitokromlar ve hücre membranı veya

pili (nanowire) arasında transfer edilir. Bu süreçte üretilen protonlar,

ortama difüze olur ve proton konsatrasyon gradiyenti oluşur.

Proton gradiyenti, elektron verici ve elektron alıcı arasındaki potansiyel

farklılık, süreç içerisinde enerjinin üretimi için kullanılır.

Mikroorganizmaların solunumunda farklı elektron alıcılar kullanılabilir.

Bunlar sırası ile oksijen, nitrat, manganez oksitler ve sülfattır. Ancak

MYH sistemlerinde etkin bir elektrik üretiminin elde edilebilmesi için

anot ortamında herhangi bir elektron alıcının bulunmaması gerekir.

Bo yle bir durumda anot elektrotu elektron alıcı olarak davranarak

elektronları katot elektrotuna iletir ve bo ylece elektrik u retimi

sag lanmış olur. Anot bo lmesinde mikroorganizmalar tarafından u retilen

elektronlar, anot elektrotuna başlıca u ç mekanizma ile aktarılır.

1372

19.2.4. Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde Enerji Transferi

MYH’lerde elektrik üretimi için organik maddelerden serbest bırakılan

elektronların elektrotlara transfer edilmesi, elektrik üretimi için kritik

öneme sahiptir. Anot yüzeyinde mevcut olan biyofilm yapısında birçok

farklı bakteri türü bulunmaktadır. Bu bakteri türlerinin birçoğunun

üretilen elektronu, elektrot yüzeyine transfer etme yeteneği kısıtlıdır.

Anot yüzeyinde bulunan bazı bakteriler, ürettikleri elektronları direk

olarak elektrot yüzeyine transfer edebilme yeteneğine sahiptirler. Bu

tür mikroorganizmalar, ekzoelektrojen mikroorganizmalar olarak

adlandırılırlar. Birçok anaerobik bakteri elektronları, yalnızca hücre

membranından difüze olmuş nitrat (NO3-) ve sülfat (SO42-) gibi

çözünmüş bileşiklere transfer edebilir. Ekzoelektrojen

mikroorganizmalar, bu bakterilerden farklı olarak elektronları direk

olarak hücre dışına transfer edebilme yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle

elektrokimyasal olarak aktif biyofilmin oluşması, MYH çalışmalarında

bu yu k bir o neme sahiptir. Anot elektrot yu zeyindeki biyofilmde u retilen

elektronların elektrot yu zeyine transferi birkaç şekilde olabilmektedir.

Pant ve dig . (2010) yaptıkları çalışmada, bir MYH’de gerçekleşebilecek

muhtemel elektron transfer yo ntemlerini basit bir şekilde ifade

etmişlerdir (Şekil 19.16).

19.2.4.1 Direkt Elektron Transferi

Direk elektron transferi, anot elektrotu yüzeyine tutunmuş

mikroorganizmaların hücre membranı yardımı ile elektronları anot

elektrotuna aktarmasıdır. Bu transfer mekanizmasında

mikroorganizmaların anot yüzeyine fiziksel teması zorunludur. Anot

elektrotu yüzeyine tutunmuş mikroorganizmalar, organik maddenin

oksitlenmesi sonucu açıg a çıkan elektronları anot yu zeyine c-tipi

sitokrom taşıyıcı proteinler ile aktarırlar. Hu cre membranı kullanılarak

yapılan elektron transferi Shewanella spp. türünde yaygın bir şekilde

görülmektedir.

1373

Şekil 19.16 Anot elektrotu yüzeyinde meydana gelen elektron transfer

mekanizmaları a) Medyatör vasıtası ile elektron transferi b) Direkt

elektron transferi c) Nanowire aracılığı ile elektron transferi (Schröder,

2007)

19.2.4.2 Nanowire’lar İle Elektron Transferi

Gorby ve diğ. (2005) Geobacter ve Shewanella tu ru bakterilerde pili

adını verdikleri iletken uzantıların varlıg ını tespit etmişlerdir.

Nanowire, elektrokimyasal olarak aktif elektron iletebilen pili

yapılarıdır. Reguera ve diğ. (2005) Geobacter sufurreducens tu ru

bakterilerin sahip oldug u iletken uzantıları keşfetmiş, fakat Shewanella

onedensis türü bakterilerin uzantılarının Geobacter sufurreducens

tu ru nu n sahip oldug u uzantılardan farklı oldug unu belirtmişlerdir.

Geobacter sufurreducens bakterileri tarafından üretilen uzantılar daha

ince yapıdayken, Shewanella onedensis bakterilerinin yapılarının daha

kalın yapıda ve birkaç iletken demet tel şeklinde oldug u go ru lmu ştu r

(Logan, 2008). Hücre membranı ile yapılan direk elektron transferi

Shewanella spp. tu rlerinde go ru lu rken, pili aracılıg ı ile yapılan elektron

transferi ise Geobacter spp. tu rlerinde go ru lmektedir. Pili yapıları

kullanılarak gerçekleşen elektron taşınımında yer alan proteinler, dig er

taşınımlarda yer alan proteinlerden farklıdır. Hu cre membranı ile

yapılan elektron taşınımında mikroorganizma tu rleri anot elektrotu ile

1374

yu zeysel temas halinde iken, pili aracılıg ı ile yapılan elektron

taşınımında mikroorganizmaların anot elektrotuna direk temasları

gerekmemektedir. Çünkü pili yapısı uzundur ve pilinin ucunun anot

elektrotu ile temas etmesi yeterlidir.

Pili yapısı kullanılarak gerçekleşen elektron transferinde rol alan

proteinler, diğer taşınımlarda rol alan proteinlerden farklıdır. Pili

yapısına sahip bakterileri içeren biyofilmin daha yüksek elektrik

üretmesinin sebebi, elektrot yüzeyine uzak olan kısımlardaki

bakterilerin ürettikleri elektronların da anot elektrotuna aktarılmasıdır.

Biyofilmde elektriksel iletken yapıya sahip pili yapıları, biyofilmi ağ

şeklinde sararak üretilen elektronların anot elektrotuna kolay ve etkin

bir şekilde aktarılmasını sağlamaktadır. Bu sayede biyofilmdeki

bakterilerin ürettikleri elektronların kaybı engellenmekte ve

sürdürülebilir bir elektrik üretimi sağlanmaktadır. Şekil 19.17, grafit

çubuk elektrotların kullanıldığı bir MYH’de elektrot yüzeyinde meydana

gelen pili yapısına sahip mikroorganizmaların oluşturduğu biyofilm

yapısını göstermektedir.

Şekil 19.17 a) Grafit çubuk elektrotların kullanıldığı MYH reaktörü b)

Elektrot yüzeyinde pili yapısına sahip mikroorganizmaları içeren

biyofilme ait SEM görüntüsü (Torres ve diğ., 2010)

1375

19.2.4.3. Yapay Mediyatörler İle Elektron Transferi

Mikroorganizmalar tarafından üretilen elektronların anot elektrotuna

aktarımı için kullanılan diğer bir yol ise mediyatör ile elektron

transferidir. Yapay mediyatörler kullanılarak elektronların elektrot

yu zeyine aktarılması, elektron taşınımı olarak da adlandırılmaktadır. Bu

elektron taşıyıcılar, genellikle hu cre içerisindeki elektronları alıp hu cre

membranlarından geçirme yeteneg ine sahiptirler. Mediyato rler,

hu creden indirgenmiş formda çıkar ve elektronları elektrot yüzeyine

iletirler (Lovley, 2006). Mediyatör kullanımı, ürettikleri elektronları

hücre metabolizmasından dışarıya iletemeyen Escherichia coli,

Pseudomonas, ve Bacillus gibi bakteri türleri için önemlidir (Davis ve

Higson, 2007). MYH’lerde gu ç u retimini arttırmak için kullanılan

elektron taşıyıcılara o rnek olarak; tiyonin, benzilviologen, 2,6-

diklorofenolindofenol, 2-hidroksi-1,4-naftokinon, farklı fenazinler,

fenotiyazinler, fenoksazinler, demir şelatlar, metilen mavisi ve no tral

kırmızısı verilebilir. Etkin bir elektron taşınımı sag lamak için

mediyato rlerin aşag ıdaki o zelliklere sahip olmaları gereklidir

(Ieropoulos ve diğ., 2005).

Hücre zarından kolaylıkla geçebilmeli,

Elektron transfer zincirinden elektronları alabilmeli,

Anot sıvısı içerisinde yu ksek ço zu nu rlu g e sahip olmalı,

Biyolojik olarak ayrışmamalı,

Mikroorganizmalar üzerinde toksik olmamalı ve

Maliyeti du şu k olmalıdır.

Yapılan çalışmalarda bazı mikroorganizmaların hu cre dışı elektron

transferini sag lamak için kendi mediyatörlerini üretebildikleri

belirlenmiştir. Shewanella oneidensis tu ru , mediyato r u reterek bu

mekanizmayı kullanabildig i ileri su ru len ilk bakteri tu ru du r (Park ve

Zeikus, 2003). Ayrıca, Geothrix fermentans (Newman ve Kolter, 2000) ve

Pseudomonas tu rlerinin de elektron taşıyıcı medyato rleri u retebildig i

bilinmektedir. Pseudomonas tu rlerinin elektronları anot elektrotuna

1376

transfer eden “piyosiyanin” mediyato ru nu u rettikleri belirlenmiştir

(Rabaey ve Verstraete, 2005).

19.2.5. Proton Değişimli Membranlar (PDM)

Kendine has özelliklerinden dolayı yakıt hücreleri elektrik alanında

geniş bir devrim meydaha getirmenin eşiğinde bulunmaktadır. Tanım

olarak yakıt hücresi, yakıtın yanma olmadan kimyasal enerjisinin

elektrik enerjisine döndüren elektrokimyasal bir aparattır. Bu nedenle,

bir yakıt hücresi sisteminde, yakıtın oksidan ile elektrokimyasal

tepkimesine ilişkin kimyasal enerjisi doğrudan su, elektrik ve ısıya

dönüşür. Yakıt hücrelerinde genellikle H2, metanol, etanol ve benzeri

yakıtlar kullanılmaktadır. Yakıt hücrelerindeki kimyasal reaksiyonlar

aşağıdaki gibi açıklanabilmektedir:

Anot elektrodundaki hidrojen hidrojen iyonuna dönüşerür ve

elektron salınımı yapar.

Bu elektronlar, katoda doğru yabancı devreden geçer ve elektrik

akımı üretirler.

Anodik ve katodik reaksiyonlar PDM yakıt hücrelerinde H2 gazıyla

aşağıdaki gibi gerçekleşmektedir:

Anot elektrot: H2 2H+ + 2e-

Katot elektrot: O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

Yukarıdaki iki reaksiyonun kombinasyonundan sonra aşağıdaki genel

reaksiyon değişecektir:

Hücrenin genel reaksiyonu: 2H2 + O2 2H2O

Yakıt hücrelerinin en önemli parçası ve diğer bir deyişle yakıt

hücresinin çekirdeği elektrokatalist ve membranı içeren membran

elektrot yerleşimidir. Bu bölümde elektrik üretimi prosesi

1377

(elektrokimyasal reaksiyon) açıklanacaktır. Membranların elektrotlar

arasındaki rolü, üretilen protonların anottan katota aktarılmasıdır

(Zaidi ve diğ., 2006; Peighambardoust ve diğ., 2010). Mevcut iyonlar

elektrolit membrandan katoda doğru hareket eder ve bu alanda serbest

elektronlarla su ve ısı üretir. PDM yakıt hücresinin ana bölümleri Şekil

19.18’da gösterilmektedir.

Şekil 19.18 PDM yakıt hücresinin şematik gösterimi (Peighambardoust

ve diğ., 2010)

Yakıt hücrelerinin diğer enerji üreten ekipmanlarla karşılaştırıldığında

yüksek performansa sahip olma, hareketli parçalarının olmaması, SOx,

CO2, CO ve benzeri kirletici gaz emisyonları oluşturmaması gibi

üstünlükere sahiptir. Bu üstünlükleri yanında, yakıt hücrelerinin sahip

olduğu tek mahsur, yüksek üretim maliyetleridir. Ancak, bu mahsur,

yenilikçi teknolojilerin uygulanması ve ayrıca, yakıt hücrelerinin seri

üretimiyle çözülebilmektedir.

Yakıt hücreleri genellikle farklı parametreler ile ilişkili olarak işletme

şartları ve yakıt hücresi yapısına bağlı olarak sınıflandırılmaktadır. Yakıt

hücresi sistemleri, yakıt hücresinde kullanılan elektrolitin türü,

1378

reaksiyona gire maddelerin tipi (Örn: Birincil yakıtlar ve oksidanlar),

işletme sıcaklığı ve basıncı, birincil yakıtların yakıt hücresi sisteminde

doğrudan ve dolaylı olarak kullanımı ve son olarak, birincil ve

rejeneratif sistemlerden oluşmaktadır.

Yakıt hücreleri genellikle yakıt hücrelerinde kullanılan elektrolitin

doğasına göre tanımlanır ve sınıflandırılırlar. Yakıt hücreleri aşağıdaki

farklı türleri içerir:

Alkalin çözelti elektrolitli(KOH gibi) alkalin yakıt hücreleri(AFC)

Asidik çözeltili(fosforik asit gibi) fosforik asit yakıt hücreleri

(PAFC)

Katı proton değişim membranı (PEMFC) ve elektrolitleri

Erişim karbonat tuzu elektrolitli erimiş karbonat yakıt hücreleri

(MCFC)

Katı oksit formundaki seramik iyon elektroliti ile katı oksit yakıt

hücreleri (SOFC)

Tablo 19.4’te beş ana yakıt hücresinin işletimi ve temel özellikleri

özetlenmektedir (Xianguo, 2006; Peighambardoust ve diğ., 2010). İyon

değiştirme membranları elektrodiyaliz yoluyla tuzlu suyu tuzdan

arındırmada, iyonik malzemelerin iyonik olmayan malzemelerden

ayırmada, asit ve alkalilerin atık asit ve alkali çözeltilerden difüzyon

diyaliz ile ayırımı ve suyla karışabilen organik çözücülerin

pervaporasyon ile susuzlaştırılması gibi çok çeşitli endüstriyel

proseslerde kullanılmaktadır (Kariduraganavar ve diğ., 2006;

Peighambardoust ve diğ., 2010). Daha önce de bahsedildiği üzere, PDM

yakıt hücreleri katı polimerik elektrolitler kullanılarak proton

transferinde kullanılabilmektedir. Jelimsi polimerik yapılar içeren bu

iyonik polimer elektrolitler sabit pozitif ve negatif yükler taşımaktadır.

Bu polimerler, kuru koşullarda proton transfer etme kabiliyetine sahip

olmayıp, bu özelliğini sadece nemli ortamda içerisindeki su miktarının

artmasıyla iyonik iletkenliğini artırmaktadır.

1379

1970’li yıllarda sülfonatlı politetrafluoroetilen esaslı, kimyasal olarak

stabil bir katyon değişim membranı Dupont tarafından Nafion olarak

geliştirilmiştir. Bu membran klor-alkali üretim endüstrisinde ve enerji

depolama veya dönüştürme sistemlerinde (yakıt hücresi) yaygın olarak

kullanılmasına yol açmıştır. Dupont Co. Tarafından geliştirilen bu

florlanmış sülfonik asit Nafion membranı, polimerik elektrolit yakıt

hücreleri için standart bir membran olarak kabul edilmiştir (Grot, 1973;

Peighambardoust ve diğ., 2010). Şekil 19.19’de zaman içerisinde iyon

değiştirme membranlarının gelişimi gösterilmiştir.

Şekil 19.19 İyon değiştirme membranlarının zamanla gelişimi

(Tongwen, 2005)

1380

Tablo 19.4 Beş temel yakıt hücresi türünün işletimi ve temel özellikleri (Peighambardoust ve diğ., 2010)

Yakıt

Hücresi Tipi

İşletme

Sıcaklığı

(oC)

Enerji

Yoğunluğu

(mW/cm2)

Yakıt Verimliliği

(Kimyasaldan

Elektrik

Enerjisine)

Kullanım

Ömrü

(Saat)

Yatırım

Maliyeti

($/kW)

Uygulama

Alanı

AFC

(Xianguo,

2006)

60-90 100-200 40-60 >10.000 >200 Uzay,

PAFC 160-220 200 55 >40.000 3000 Mobil Enerji

Dağıtımı

PEMFC 50-80 350 45-60 >40.000 >200 Taşınabilir,

Mobil Sistemler

MCFC 600-700 100 60-65 >40.000 1000 Dağınık Güç

Üretimi

SOFC 800-1000 240 55-65 >40.000 1500 Anayük Enerji

Üretimi

1381

KAYNAKLAR

Aaberg, R. J., (2003). Osmotic power, A new and powerful

renewable energy source, Refocus 4, 48–50.

Achilli, A., Cath, T.Y., Childress, A.E., (2009). Power generation

with pressure retarded osmosis: an experimental and theoretical

investigation, Journal of Membrane Science, 343, 42–52.

Achilli, A., ve Childress, A.E., (2010). Pressure retarded osmosis:

From the vision of Sidney Loeb to the first prototype

installation- Review, Desalination, 261, 205-211.

Aelterman, P., Rabaey, K., Clauwaert, P., Verstraete, W., (2006).

Microbial fuel cells for wastewater treatment, Water Science and

Technology, 54:8, 9-15.

Bui, N.-N., McCutcheon, J.R., (2014). Nanofiber supported thin-

film composite membrane for pressure-retarded osmosis,

Environmental Science and Technology, 48, 4129–4136.

Chaudhuri, S.K., Lovley, D.R., (2003). Electricity generation by

direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells.,

Nture biotechnology, 21:10, 1229-1232.

Cheng, S., Dempsey, B.A., Logan, B.E., (2007). Electricity

generation from synthetic acid-mine drainage (AMD) water

using fuel cell Technologies, Environmental Science &

Technology, 41:23, 8149-8153.

Chou, S., Wang, R., Shi, L., She, Q., Tang, C., Fane, A.G., (2012).

Thin-film composite hollow fiber membranes for pressure

retarded osmosis (PRO) process with high power density,

Journal of Membrane Science, 389, 25–33.

Chou, S., Wang, R., Fane, A.G,. (2013). Robust and high

performance hollow fiber membranes for energy harvesting

from salinity gradients by pressure retarded osmosis, Journal of


Cui, Y., Liu, X. Y., Chung, T. S., (2014). Enhanced osmotic energy

generation from salinity gradients by modifying thin film

composite membranes, Chemical Engineering Journal, 242, 195–

203.

1382

Davis, F., Higson, S.P., (2007). Biofuel cells—recent advances and

applications, Biosensors and Bioelectronics, 22:7, 1224-1235.

Dinger, F., Troendle, T., Platt, U., (2012). Osmotic power plants,

in: Proceedings of the 3rd Osmosis Membrane Summit, Statkraft,

Barcelona.

Du, Z., Li, H., Gu, T. (2007). A state of the art review on microbial

fuel cells: a promising technology for wastewater treatment and

bioenergy, Biotechnology advances, 25:5, 464-482.

Feng, Y., Wang, X., Logan, B.E., Lee, H., (2008). Brewery

wastewater treatment using air-cathode microbial fuel cells,

Applied microbiology and biotechnology, 78:5, 873-880.

Fritzmann, C., Löwenberg, J., Wintgens, T., Melin, T., (2007).

State-of-the-art of reverse osmosis desalination, Desalination,

216, 1-76.

Fu, F. J., Zhang, S., Sun, S. P., Wang, K. Y., Chung, T. S., (2013).

Poss-containing delamination-free dual-layer hollow fiber

membranes for forward osmosis and osmotic power generation,


Gerstandt, K., Peinemann, K.-V., Skilhagen, S.E., Thorsen, T., Holt,

T.(2008). Membrane processes in energy supply for an osmotic

power plant, Desalination 224, 64–70.

Gorby, Y., Beveridge, T., Wiley, W. (2005). Composition,

Reactivity, and Regulation of Extracellular Metal-Reducing

Structures (Nanowires) Produced by Dissimilatory Metal-

Reducing Bacteria, Annual NABIR PI Meeting, 18–20 April.

Goud, R.K., Babu, P.S., Mohan, S.V., (2011). Canteen based

composite food waste as potential anodic fuel for bioelectricity

generation in single chambered microbial fuel cell (MFC): bio-

electrochemical evaluation under increasing substrate loading

condition, International Journal of Hydrogen Energy, 36:10,

6210-6218.

Grot, W. G., (1973). Laminates of support material and

fluorinated polymer containing pendant side chains containing

sulfonyl groups, U.S. Patent:3,770, 567.

1383

Gude, V.G., (2016). Wastewater treatment in microbial fuel cells–

an overview, Journal of Cleaner Production, 122, 287-307.

Hakes, J.E., (2000). U.S. Energy Information Administration, The

25th Anniversary of the 1973 Oil Embargo,

http://www.eia.doe.gov/emeu/25opec/anniversary.html.

Han, G., Zhang, S., Li, X., Chung, T. S., (2013). High performance

thin film composite pressure retarded osmosis (PRO)

membranes for renewable salinity-gradient energy generation,


Han, G.; ve hung, T.S., (2014). Robust and high performance

pressure retarded osmosis hollow fiber membranes for osmotic

power generation. AIChE Journal, 60, 1107–1119.

Han, G.; Ge, Q.; Chung, T.-S., (2014). Conceptual demonstration of

novel closed-loop pressure retarded osmosis process for

sustainable osmotic energy generation. Appl. Energy, 132, 383–

393.

Ieropoulos, I.A., Greenman, J., Melhuish, C., Hart, J. (2005).

Comparative study of three types of microbial fuel cell. Enzyme

and microbial technology, 37:2, 238-245.

Ingole, P.G., Choi, W., Kim, K. H., Jo, H. D., Choi, W. K., Park, J. S.,

Lee, H. K., (2014). Preparation, characterization and

performance evaluations of thin film composite hollow fiber

membrane for energy generation, Desalination, 345, 136–145.

Ingole, P.G.; Choi, W.; Kim, K.H.; Park, C.H.; Choi, W.K.; Lee, H.K.

(2014). Synthesis, characterization and surface modification of

pes hollow fiber membrane support with polydopamine and thin

film composite for energy generation. Chem. Eng. J., 243, 137–

146.

Ingole, P.G.; Kim, K.H.; Park, C.H.; Choi, W.K.; Lee, H.K. (2014).

Preparation, modification and characterization of polymeric

hollow fiber membranes for pressure-retarded osmosis. RSC

Adv., 4, 51430–51439.

Janicek, A., Fan, Y., Liu, H. (2014). Design of microbial fuel cells

for practical application: a review and analysis of scale-up

studies, Biofuels, 5(1), 79-92.

1384

Jellinek H.H., Masuda, H. (1981). Osmo-power. Theory and

performance of an osmo-power pilot plant, Ocean Engineering 8,

103–128.

Jong, B., Liew, P., Juri, M.L., Kim, B.H., Leo, K., Awang, M. (2011).

Performance and microbial diversity of palm oil mill effluent

microbial fuel cell, Letters in applied microbiology, 53:6, 660-

667.

Kariduraganavar, M.Y., Nagarate, R.K., Kittur, A.A., Kulkarni, S.S.

(2006). Ion –exchange membranes: preparative methods for

electrodialysis and fuel cell applications. Desalination, 197, 225-

246.

Kempener, R., Neumann, F. (2014). Salinity gradient energy-

technology brief. IRENA Ocean Energy Technology.

Kim, J.R., Premier, G.C., Hawkes, F.R., Dinsdale, R.M., Guwy, A.J.

(2009). Development of a tubular microbial fuel cell (MFC)

employing a membrane electrode assembly cathode. Journal of

Power Sources, 187(2), 393-399.

Kim, J., Jeong, K., Park, M.J., Shon, H.K., Kim J.H. (2015). Recent

advances in osmotic energy generation via pressure-retarded

osmosis (PRO): A review, Energies, 8, 11821-11845.

Kishizawa, N. (2015). Low pressure multi-stage RO system

developed in “Mega-ton Water System” for largescaled SWRO

plant, Desalination 368, 81–88.

Kleiterp, R. (2012). The feasibilty of a commercial osmotic

power plant (Master thesis), Department of Hydraulic

Engineering, Delft University of Technology, Delft, The

Netherlands.

Kurihara, M., Hanakawa, M., (2013). Mega-ton Water System:

Japanese national research and development project on

seawater desalination and wastewater reclamation,


Kurihara, M., Sasaki, T., Nakatuji, K., Kimura, M., Henmi, M.,

(2015). Low pressure SWRO membrane for desalination in the

“Mega-ton Water System”, Desalination 368, 135–139.

1385

Kurihara, M., Sakai, H., Tanioka, A., Tomioka, H., (2016). Role of

pressure-retarded osmosis (PRO) in the mega-ton water project,

Desalination and Water Treatment, 57:55, 26518-26528.

Lee, K.L., Baker, R.W., Lonsdale, H.K., (1981). Membrane for

power generation by pressure retarded osmosis, Journal of

Membrane Science, 8,141–171.

Linares V., R., Bucs Sz, S., Li, Z., AbuGhdeed, M., Amy, G.,

Vrouwenvelder, J.S., (2014). Impact of spacer thickness on

biofouling in forward osmosis, Water Research, 57, 223-233.

Lise, I., Hagg M.B., (2013). Pressure Retarded Osmosis and

Forward Osmosis Membranes: Materials and Methods, Review,

Polymers, 5, 303-327, DOI: 10.3390/polym5010303.

Liu, H., Logan, B.E. (2004). Electricity generation using an air-

cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and

absence of a proton exchange membrane, Environmental Science

and Technology, 38:14, 4040-4046.

Loeb S., (1975). Method and apparatus for generating power

utilizing pressure-retarded osmosis, United States patent # 3,

906, 250

Loeb S., (2001). One hundred and thirty benign and renewable

megawatts from Great Salt Lake? The possibilities of

hydroelectric power by pressure-retarded osmosis,


Loeb S., (2002). Erratumto: “One hundred and thirty benign and

renewable megawatts from Great Salt Lake? The possibilities of

hydroelectric power by pressure-retarded osmosis with spiral

module membranes”, [Desalination, 141 (2001) 85–91],


Loeb S., Honda, T., Mehta, G.D. (1990). Comparative mechanical

efficiency of several plant configurations using a pressure-

retarded osmosis energy converter, Journal of Membrane

Science 51, 323–335.

Loeb S., Titelman ,L., Korngold ,E., Freiman J., (1997). Effect of

porous support fabric on osmosis through a Loeb–Sourirajan

type asymmetric membrane, Journal of Membrane Science, 129.

1386

Loeb, S., Norman, R.S., (1975). Osmotic power plants, Science

189, 654–655.

Logan, B., Cheng, S., Watson, V., Estadt, G., (2007). Graphite fiber

brush anodes for increased power production in air-cathode

microbial fuel cells, Environmental Science and Technology,

41:9, 3341-3346.

Logan, B.E., (2008). Microbial fuel cells, John Wiley & Sons.

Logan B.E., and Elimelech, M. (2012). Membrane-based

processes for sustainable power generation using water. Nature,

488, 313-319

Lovley, D.R., (2006). Microbial fuel cells: novel microbial

physiologies and engineering approaches, Current opinion in

biotechnology, 17:3, 327-332.

Mehta, G.D., (1982). Further results on the performance of

present-day osmotic membranes in various osmotic regions,


Mehta, G.D., Loeb S., (1978). Internal polarization in the porous

substructure of a semipermeable membrane under pressure-

retarded osmosis, Journal of Membrane Science, 4, 261–265.

Min, B., Cheng, S., Logan, B.E. (2005). Electricity generation using

membrane and salt bridge microbial fuel cells, Water Research,

39:9, 1675-1686.

Min, B., Logan, B.E. (2004). Continuous electricity generation

from domestic wastewater and organic substrates in a flat plate

microbial fuel cell, Environmental Science and Technology,

38:21, 5809-5814.

Mohan, S.V., Raghavulu, S.V., Sarma, P., (2008). Influence of

anodic biofilm growth on bioelectricity production in single

chambered mediatorless microbial fuel cell using mixed

anaerobic consortia, Biosensors and Bioelectronics, 24:1, 41-47.

McGinnis, R.L., McCutheon, J.R., Elimelech, M., (2007). A novel

ammonia-carbon dioxide osmotic heat engine for power

generation. Journal of Membrane Science, 305, 13-19.

Mohanakrishna, G., Mohan, S.K., Mohan, S.V., (2012). Carbon

based nanotubes and nanopowder as impregnated electrode

1387

structures for enhanced power generation: Evaluation with real

field wastewater, Applied energy, 95, 31-37.

Naylor, R.L., (1996). Energy and resource constraints on

intensive agricultural production, Annual Review of Energy and

the Environment, 21, 99–123.

Newman, D.K., Kolter, R., (2000). A role for excreted quinones in

extracellular electron transfer, Nature, 405:6782, 94-97.

Norman, R.S., (1974). Water salination: a source of energy,

Science, 186, 350–352.

Pant, D., Van Bogaert, G., Diels, L., Vanbroekhoven, K., (2010). A

review of the substrates used in microbial fuel cells (MFCs) for

sustainable energy production, Bioresource technology, 101:6,

1533-1543.

Park, D.H., Zeikus, J.G., (2003). Improved fuel cell and electrode

designs for producing electricity from microbial degradation,

Biotechnology and bioengineering, 81:3, 348-355.

Pattle, R.E. (1954). Production of electric power by mixing fresh

and salt water in the hydroelectric pile, Nature, 174, 660.

Peighambardoust, S.J., Rowshanzamir, S., Amjadi, M. (2010),

Review of the proton exchange membranes for fuel cell

applications, International Journal of Hydrogen Energy, 35,

9349-9384.

Rabaey, K., Lissens, G., Siciliano, S.D., Verstraete, W., (2003). A

microbial fuel cell capable of converting glucose to electricity at

high rate and efficiency, Biotechnology letters, 25:18, 1531-

1535.

Rabaey, K., Verstraete, W., (2005). Microbial fuel cells: novel

biotechnology for energy generation, TRENDS in Biotechnology,

23:6, 291-298.

Reali, M., Dassie, G., Jonsson, G., (1990). Computation of salt

concentration profiles in the porous substrate of anisotropic

membranes under steady pressure-retarded osmosis conditions,


1388

Reguera, G., McCarthy, K.D., Mehta, T., Nicoll, J.S., Tuominen, M.T.,

Lovley, D.R. (2005). Extracellular electron transfer via microbial

nanowires, Nature, 435:7045, 1098-1101.

Schröder, U. (2007). Anodic electron transfer mechanisms in

microbial fuel cells and their energy efficiency. Physical

Chemistry Chemical Physics, 9:21, 2619-2629.

Scott, K., Murano, C. (2007). Microbial fuel cells utilising

carbohydrates, Journal of Chemical Technology and

Biotechnology, 82:1, 92-100.

Seppälä, A., Lampinen, M.J., (2004). On the non-linearity of

osmotic flow, Experimental Thermal and Fluid Science, 28, 283-

296.

Seppälä, A., Lampinen, M.J., (1999). Thermodynamic optimizing

of pressure-retarded osmosis power generation systems, Journal

of Membrane Science, 161, 115–138.

Seppälä, A., Assad, M.E. (2003). The effect of solute leakage on

the thermodynamical performance of an osmotic membrane,

Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics 28, 269–278.

Sharif, A.O., Merdaw, A.A., Aryafar, M., Nicoll, P. (2014).

Theoretical and experimental investigations of the potential of

osmotic energy for power production, Membranes 4, 447-468.

She, Q., Wong, Y.K.W., Zhao, S., Tang, C.Y. (2013). Organic fouling

in pressure retarded osmosis: experiments, mechanisms and

implications, Journal of Membrane Science, 428, 181-189.

Skilhagen, S.E. (2012). Osmotic power: a new, renewable source

of energy, in Proceedings of the 3rd Annual European

Renewable Energy Markets, Platts, Berlin.

Skilhagen, S.E., Dugstad, J.E., Aaberg, R.J., (2008). Osmotic

power—power production based on the osmotic pressure

difference between waters with varying salt gradients,


Son, M., Park, H., Liu, L., Choi, H., Kim, J.H., Choi, H., (2015). Thin-

film nanocomposite membrane with cnt positioning in support

layer for energy harvesting from saline water, Chemical

Engineering Journal, 284, 68–77.

1389

Song, X., Liu, Z., Sun, D.D., (2013). Energy recovery from

concentrated seawater brine by thin-film nanofiber composite

pressure retarded osmosis membranes with high power density,

Energy Environment Science, 6, 1199–1210.

Sourirajan S., (1970). Reverse Osmosis, Academic Press, Inc.,

New York, NY.

Stamatelatou, K., Antonopoulou, G., Tremouli, A., Lyberatos, G.,

(2010). Production of gaseous biofuels and electricity from

cheese whey. Industrial & Engineering Chemistry Research,

50:2, 639-644.

Sun, C., Miao, J., Yan, J., Yang, K., Mao, C., Ju, J., Shen, J., (2013).

Applications of antibiofouling PEG-coating in electrochemical

biosensors for determination of glucose in whole blood,

Electrochimica Acta, 89, 549-554.

Sun, S. P., Chung, T. S., (2013). Outer-selective pressure-retarded

osmosis hollow fiber membranes from vacuum-assisted

interfacial polymerization for osmotic power generation,

Environmental Science and Technology, 47, 13167–13174.

Tamburini, A., La Barbera G., Cipollina A., Micale G., Ciofalo M.,

(2015). CFD prediction of scalar transport in thin channels for

reverse electrodialysis, Desalination and Water Treatment, 55,

3424-3445.

Tamburini A., Giacalone F., Cipollina A., Grisafi F., Vella G., Micale

G., (2016). Pressure retarded osmosis: a membrane process for

environmental sustainability, Chemical Engineering

Transactions, 47, 355-360.

Tanioka, A., Saito, K., Irie, M., Zaitsu, S., Sakai, H., Hayashi, H.,

(2012). Power generation by pressure retarded osmosis using

concentrated brine from seawater desalination system and

treated sewage:review of experience with pilot plant in Japan, in:

Proceedings of the 3rd Osmosis Membrane Summit, Statkraft,

Barcelona.

Taşkan, E. (2013a). Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde Farklı

Kirleticilere Göre Elektrik Üretim Kapasitesi Ve Mikrobiyal Tür

1390

Değişiminin İncelenmesi (Doktora Tezi). Fırat Üniversitesi/Fen

Bilimleri Enstitüsü , Elazığ.

Taşkan, E., Hasar, H., Ozkaya, B. (2013b). Usage of Ti-TiO2

Electrode in Microbial Fuel Cell to Enhance the Electricity

Generation and its Biocompatibility. Applied Mechanics and

Materials. Trans Tech Publ. pp. 371-376.

Taşkan, E., Özkaya, B., Hasar, H. (2016). Comprehensive

evaluation of two different inoculums in MFC with a new tin‐

coated copper mesh anode electrode for producing electricity

from a cottonseed oil industry effluent. Environmental Progress

& Sustainable Energy, 35(1), 110-116.

Thelin, W.R., Sivertsen, E., Holt, T., Brekke, G., (2013). Natural

organic matter fouling in pressure retarded osmosis, Journal of

Membrane Science, 46-56.

Thorsen, T., Holt, T., (2005). Finding hidden energy in membrane

processes, Filtration & Separation, 42, 28–30.

Tian, M., Wang, R., Goh, K., Liao, Y., Fane, A.G,. (2015). Synthesis

and characterization of high-performance novel thin film

nanocomposite pro membranes with tiered nanofiber support

reinforced by functionalized carbon nanotubes, Journal of


Torres, C.I., Marcus, A.K., Lee, H. S., Parameswaran, P.,

Krajmalnik-Brown, R., Rittmann, B.E., (2010). A kinetic

perspective on extracellular electron transfer by anode-respiring

bacteria, FEMS Microbiology Reviews, 34:1, 3-17.

Touati, K., Tadeo, F., (2017a) Green energy generation by

Pressure Retarded Osmosis: state of the art and technical

advancement- review, International Journal of Green Energy, 14,

337-360.

Touati, K., Tadeo, F., Chae, S.H., Kim,J.H., Alvarez-Silva, O. (2017).

Pressure Retarded Osmosis Renewable Energy Generation and

Recovery, Chapter 1- Pressure Retarded Osmosis as Renewable

Energy Source, Elsevier Academic Press.

<URL> U.S. Energy Information Administration, 2017. Short-

Term Energy Outlook – Real Petroleum Prices,

1391

http://www.eia.doe.gov/emeu/steo/pub/fsheets/real_prices.ht

ml, 20.11.2017.

Vázquez-Larios, A.L., Solorza-Feria, O., Poggi-Varaldo, H.M., de

Guadalupe González-Huerta, R., Ponce-Noyola, M.T., Ríos-Leal, E.,

Rinderknecht-Seijas, N. (2014). Bioelectricity production from

municipal leachate in a microbial fuel cell: effect of two cathodic

catalysts. International, Journal of Hydrogen Energy, 39:29,

16667-16675.

Velasquez-Orta, S., Head, I., Curtis, T., Scott, K. (2011). Factors

affecting current production in microbial fuel cells using

different industrial wastewaters, Bioresource technology, 102:8,

5105-5112.

Velvizhi, G., Mohan, S.V. (2011). Biocatalyst behavior under self-

induced electrogenic microenvironment in comparison with

anaerobic treatment: evaluation with pharmaceutical

wastewater for multi-pollutant removal, Bioresource

technology, 102:23, 10784-10793.

Vigo, F., Uliana, C., (1986). Suitability of reverse osmosis

membranes for energy recovery by submarine osmotic power

plants, Desalination, 60, 45–57.

Vitousek, P. M., Mooney, H. A., Lubchenco, J., Melillo, J. M., (1997).

Human Domination of Earth's Ecosystems Science, 277, 494–

499.

Wang, Z., Ma, J., Xu, Y., Yu, H., Wu, Z. (2013). Power production

from different types of sewage sludge using microbial fuel cells:

a comparative study with energetic and microbiological

perspectives, Journal of Power Sources, 235, 280-288.

Xianguo, L. (2006). Principles of fuel cells. Taylor & Francis, New

York.

Yip, N.Y., Elimelech, M. (2013). Influence of natural organic

matter fouling and osmotic backwash on pressure retarded

osmosis energy production from natural salinity gradients,

Environmental Science and Technology, 47, 12607-12616.

Yip, N.Y., Tiraferri, A., Phillip, W.A., Schiffman, J.D., Hoover, L.A.,

Kim, Y.C., Elimelech, M. (2011). Thin-film composite pressure

1392

retarded osmosis membranes for sustainable power generation

fromsalinity gradients. Environmental Science and Technology,

45, 4360–4369.

Yuan, Y., Chen, Q., Zhou, S., Zhuang, L., Hu, P., (2012). Improved

electricity production from sewage sludge under alkaline

conditions in an insert‐type air‐cathode microbial fuel cell,

Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 87:1, 80-86.

Zhang, M., Hou, D., She, Q., Tang, C.Y. (2014). Gypsum scaling in

pressure retarded osmosis: experimets, mechanisms and

implications, Water Research, 48, 383-395.

Zhang, S., Fu, F., Chung, T.-S. (2013). Substrate modifications and

alcohol treatment on thin film composite membranes for

osmotic power. Chemical Engineering Science, 87, 40–50.

Zhang, S., Sukitpaneenit, P., Chung, T.-S. (2014). Design of robust

hollow fiber membranes with high power density for osmotic

energy production. Chemical Engineering Journal, 241, 457–465.

(forwardosmosistech.com, 2016)

İleri Osmoz Membranları ile Elektrik Enerjisi Üretimi

1393

BÖLÜM 20

MEMBRAN TERİMLERİ SÖZLÜĞÜ

İsmail Koyuncu1,2, Reyhan Şengür-Taşdemir2,3, Derya Y. Köseoğlu-İmer1,2,

Serkan Güçlü1,2, Börte Köse-Mutlu2, Türker Türken1,2, Mehmet Emin

Paşaoğlu1,2, Recep Kaya1,2, Meltem Ağtaş1,2 ve Ayşe Yüksekdağ1,2

Bu bölümde, Membran Bilimi ve Teknolojisi alanında karşılaşılan

terminoloji çıkartılmış, Türkçe-İngilizce karşılıkları verilmiş ve her bir

terim kısaca açıklanmıştır.

Tuzlu Su (Brackish Water): Toplam çözünmüş katı madde miktarının

deniz tuzundan az, içme suyunda fazla olduğu (TDS: 1000-10000 mg/lt)

su

Aerobic Dinamik Membran Biyoreaktör (DMBR) (Aerobic Dynamic

Membrane Bioreactor): Atıksu arıtımında aerobik biyolojik arıtma

proseslerinin dinamik membran teknolojisi ile birleştirildiği proses

Aerobik Membran Biyoreaktör (AMBR) (Aerobic Membrane

Bioreactor): Oksijen varlığında eş zamanlı organik parçalanma ve

membran ile katı-sıvı ayırımının sağlandığı proses

Akı (Flux): Birim zamanda birim membran alanından geçen su miktarı

Anaerobik Dinamik Membran Biyoreaktör (AnDMBR) (Anaerobic

Dynamic Membrane Bioreactor): Dinamik membran teknolojisi ile

anaerobik arıtma sistemlerinin entegre edildiği proses

1 İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İTÜ

2 Prof. Dr. Dincer Topacık Ulusal Membran Teknolojileri Uyg-Ar Merkezi, İTÜ

3 Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanobilim Nanomühendislik Programı, İTÜ

1394

Anaerobik Membran Biyoreaktör (AnMBR) (Anaerobic Membrane

Bioreactor): Anaerobik (havasız) biyolojik arıtma ve membran

proseslerinin bir arada kullanıldığı proses

Anot (Anode): Pozitif yüklü uç

Antiskalant (Antiscalant) : Çökelek önleyici

Anyon Değiştiricili Membran (Anion Exchange Membrane): Sabit

katyonik yüke ve mobil anyonlara sahip, maruz kaldığı çözelti

içerisindeki anyonların değiştirilmesine olanak tanıyan membran

Asimetrik Membran (Asymmetric Membrane): İki veya daha fazla

morfolojik özelliklere sahip olan membran

Ayırma Faktörü (Separation Factor) : Süzüntüdeki A ve B

bileşiklerinin içeriklerinin oranının, konsantredeki a ve b bileşiklerinin

içeriklerine oranı. Örneğin: sf (AF): [xa/xb]süzüntü / [xa/xb]konsantre

Ayırma Katsayısı (Separation Coefficient): Membran süzüntüsündeki

A ve B bileşikleri içerikleri oranının girişteki içeriklerine oranı, sc (AK):

[xa/xb]çıkış / [xa/xb]giriş

Ayrı Membran Tanklı Batık MBR (Submerged MBR Different

Membrane Tank): Biyolojik arıtma basamağı sonrası ayrı bir havuz

içerisine yerleştirilmiş membran tanklarının bulunduğu MBR

Basınç Geciktirmeli Osmoz (Pressure Retarded Osmosis): İki su

kaynağı arasındaki tuzluluk farkından oluşan basınç farklılığı ile enerji

üreten proses

Basınç Kabı (Pressure Vessel): Hamsu, arıtılmış su ve konsantre

akımlarının giriş ve çıkışını sağlayan, bağlantı elemanlarını içeren ve

membranların içine yerleştirildiği kap

1395

Basınç Sönümlenme Oranı (Pressure Decay Rate): Dengedeki

basınçla son okunan basınç arasındaki farkın toplam geçen süreye oranı

Basınç Sönümlenme Testi (Pressure Decay Test): Membran

modüllerindeki sızıntıları ve membran kaçaklarını saptamak için

kullanılan hassas bir yöntem

Batık Tip Membran (Submerged Membrane): Membran biyoreaktör

sistemlerinde veya batık tip membranlı su arıtma reaktörlerinde

havuzdaki su veya atıksuyun filtre edilerek ayrılması ve yüksek kalitede

çıkış suyu eldesi için kullanılan membran

Besleme Ön Arıtımı (Feed Pretreatment): Biyolojik ajan ve kolloid

gibi membran işletimini etkileyecek maddelerin, membrana besleme

çözeltisi verilmeden önce besleme çözeltisinden uzaklaştırıldığı proses

Bipolar Membran (Bipolar Membrane): Birbiriyle temas halinde olan

iki karşı yüke sahip iyon değiştirici özellikte katmanı olan sentetik

membran

Biyofilm (Biofilm): Bakteri veya diğer organizmaların katı bir yüzeye

yapışarak oluşturduğu ince fakat dayanıklı katman

Biyofilm Reaktör (Biofilm Reactor): Biyofilm büyümesi için hareketli

veya sabit büyüme ortamı sağlayan reaktör

Biyolojik Tıkanma (Biofouling): Biyofilm oluşumundan kaynaklanan

membran tıkanması

Boşluk Oluşturucu (Feed Channel Spacer) : İki membran arasına

yerleştirilen plastik hasır şeklindeki yapı

Çamur Yaşı/Çamur Bekletme Süresi (Sludge Retention Time): MBR

sisteminde biyolojik tankdaki mikroorganizmaların reaktörde kalma

süresi

1396

Çapraz Akışlı MBR/Harici MBR (Side-Stream MBR): Membranların

havalandırma tankının dışında bulunduğu ve filtrasyonun basınç

kullanılarak gerçekleştirildiği MBR sistemi

Çarpraz Akış (Crossflow): Membran modülü içerisindeki besleme

sıvısının membranın yüzeyine paralel aktığı akış tarzı

Çekme Çözeltisi (Draw Solution): Göreceli olarak yüksek tuzluluğa

sahip çözelti

Çift Değerlikli Tuz (Divalent Salt): Pozitif veya negatif olmak üzere iki

değerlikli yük taşıyan tuz

Çift yada İki Geçişli Dizilim (Double Pass Array): TO süzüntüsünün

ikinci bir TO sisteminden geçirildiği dizilim

Çok Delikli (Multi Bore): Yapısında birden çok su akış kanalı içeren

membran türü

Çok Geçişli Sistem (Multiple Pass Array): İki veya üç aşamalı arıtım

yapılan sistem

Çoklu Paralel Dizilim (Multiple Trains): Yüksek miktarda debilerin

arıtılması gerektiğinde uygulanan TO membran dizilimi

Çökelek Önleyici (Scale İnhibitor): Çökelek önlemek maksadı ile

kullanılan çökelek önleyici kimyasal madde

Çökelme (Precipitate) : Membran yüzeyinde tuzların çökelmesi

Darcy Kanunu (Darcy’s Law): Gözenekli bir ortamda hidrolik yükten

ileri gelen bir enerji farklılığının olması durumunda geçerli kanun

Degazifikasyon (Degasification): Membrandan geçen sudan gazların

uçurulması

1397

Dekarbonizasyon (Decarbonation): Membrandan geçen sudan

karbondioksidin giderilmesi

Demineralizasyon (Demineralization): Su içerisinden iyonların

giderilmesi

Deniz suyu arıtma tesisi konsantresi (Brine) : Desalinasyon

sistemlerinde konsantre akımı

Desalinasyon (Desalination): Deniz suyunun tuzsuzlaştırılması

Dik Akışlı/Ölü-Uçlu Akış (Dead-End Flow): Membran modülü

içerisinde konsantre akımının oluşmadığı ve akışın sadece membranın

besleme kısmından membranın süzüntü tarafına geçtiği akış türü

Dinamik Membran (Dynamic Membrane): Boşluklu yapıdaki destek

malzemesinin (örneğin, kumaş filtre, elek, vb. (konvansiyonel

membranlar hariç)) üzerinde filtre edilen sıvının içerisinde bulunan katı

madde ve partiküllerin birikmesi ile oluşan ve ilave filtrasyon imkanı

veren, destek tabakası ve üzerindeki biyofilm tabakasının beraber

çalıştığı filtre

Dinamik Membran Oluşumu (Dynamic Membrane Formation):

Membran yüzeyindeki aktif biyofilm tabakasının, sıvı içerisinde bulunan

maddelerin birikmesi sayesinde oluşumu

Diyaliz (Dialysis): Membran kalınlığı boyunca taşınımın konsantrasyon

farkı ile sağlandığı membran prosesi

Dizi (Train) : Birbirinden farklı çalışan membran basınç kapları

Dizilim (Array): Basınç kaplarının sıralanma şekli

Doğal Organik Madde (Natural Organic Matter): Karbon bazlı doğal

olarak ayrışma prosesi sonucu oluşan organik madde

1398

Dokunmamış Kumaş/Dokuma Olmayan Kumaş (Non-woven): Düz

plaka membranların üretiminde kullanılan destek malzemesi

Donnan Etkisi (Donnan Exclusion): İyon değiştirici membranlarda

aynı yüke sahip mobil iyonların membran yüzeyindeki konsantrasyon

düşüşü, zıt yükteki iyonların konsantrasyon artışı ile oluşan etki

Donnan Potansiyeli (Donnan Potential): Membran yüzeyindeki yük

ile ters yükte olan iyonların konsantrasyonu, membran yükü ile aynı

yükte olan iyonların konsantrasyonundan daha fazla olması sonucu

membran yüzeyinde oluşan elektriksel potansiyel

Düz Plaka Membran (Flat Sheet Membrane): Membran tipinin levha

ve yaprak benzeri bir şekilde olup membranların bir yüzeyinin aktif

ayırma gerçekleştiren, diğer yüzeyinin süzülen suyun alındığı membran

tipi

Ekstraktif MBR (Extractive MBR): Yoğun bir organofilik (silikon

kauçuk) membran kullanılarak atıksuyun biyolojik ortamdan

uzaklaştırılmasını sağlayan proses

Elektro Osmoz (Electro-Osmosis): Anyon değiştiricili ya da katyon

değiştiricili membran kalınlığı boyunca elektriksel alan sürücü kuvveti

uygulanarak suyun taşındığı membran prosesi

Elektrodeiyonizasyon (Electrodeionization): Ön arıtma uygulanmış

sudan iyonları uzaklaştırmak için iyon seçici membran ve iki elektrot

arasına yerleştirilmiş iyon değiştirici reçinelerin kombinasyonu ile

doğru akım potansiyeli altında ayırma sağlanan prosestir

Elektrodiyaliz (Electrodialysis): İyon seçici membranda elektriksel

alan sürücü kuvvetiyle iyonların giderildiği membran prosesi

1399

Elektrokoagülasyon (Electrocoagulation): Membran

konsantrelerinde çift değerlikli iyonları veya metalleri ayırmada

kullanılan alternatif kimyasal arıtma yöntemlerden biri

Elektronötralite (electroneutrality): Elektriksel açıdan nötr olma

durumu

Element (Element) : Bir adet membran

Engellenmiş Taşınım (Hindered Transport): Membran gözeneğinden

geçebilen molekülün etkin yarıçapının, bulunduğu ortamdaki difüzyon

ve taşınım olaylarını kısıtladığı durum

Entegre Batık MBR (Integrated Submerged MBR): MBR

sistemlerinde biyolojik arıtma havuzu içinde membranların

yerleştirildiği MBR sistemi

Eş Zamanlı Akış (Co-Current Flow): Membran modülü içerisindeki

sıvının membranın giriş ve çıkışında, membran yüzeyine aynı yönde

elde edilen akış profili

Faz İnversiyonu/Evre Dönüşümü/Faz Dönüşümü (Phase

Inversion): Solvent buharlaştırmaya dayalı membran üretim yöntemi

Fick Kanunu (Fick’s Law): Konsantrasyon farklılığı sonucu meydana

gelen kütlesel akıyı ifade eden kanun

Filtrasyon Döngüsü (Filtration Period): Filtrasyon ile bekleme veya

süzüntü ile geri yıkama sürelerinin toplamı

Filtrat (Filtrate) : Filtreden geçen akım

Fiziksel Membran Yaşlandırma (Membrane Physical Aging):

Fiziksel kimyasal yapı değişikliklerine bağlı olarak aşırı olarak

uygulanan bir işlem sonucunda membranlarda yaşanan hızlı değişim

1400

Geçirgenlik Katsayısı (Permeability Coefficient): Membran kalınlığı

ve sürücü kuvvet başına düşen taşınım akısı

Geçirimsiz Membran (Dense/Non-Porous Membrane): Gözenek

içermeyen membran

Geri Devirli Dizilim (Recycle): Ters osmoz konsantre akımının sistem

beslemesine geri devrinin yapıldığı dizilim

Geri Dönüştürülemez Tıkanma (Irreversible Fouling): Kimyasal

temizleme ile dahi önlenemeyen tıkanma

Geri Kazanım (Recovery): Membrandan geçen süzüntü akımının ham

su akımına oranı

Geri Yıkama (Backflush): Süzüntü akışının geçici olarak tersine

çevrilmesi (Süzüntü tarafından besleme tarafına doğru geri besleme)

Giderme Faktörü (R) (Rejection Factor): Membranın giriş ve

çıkışlarından elde edilen akımda i bileşiğinin çıkış ve giriş

konsantrasyonları birbirine oranlarının 1’den çıkarılması ile elde edilen

parametre (r: 1-[ciçıkış/cigiriş])

Giderme Verimi (Rejection): Membran tarafından maddelerin tutulma

(giderilme) yüzdesi

Gözenek Şekil Yapısı (Tortuosity): Membran gözeneklerinin yapısı

hakkında bilgi veren faktör

Gözenekli Yapı (Porous Structure): Membran yüzeyinde veya iç

yapılarında bulunan boşluklari ile oluşan yapı

Gri Su (Grey Water): Banyo, mutfak atıksuları

1401

Güçlendirilmiş İçi Boşluklu Fiber Membran (Reinforced Hollow

Fiber Membrane): Membran yapısının bir destek tabakası kullanılarak

oluşturulduğu, mekanik olarak çekme ve kopmalara dayanıklı silindirik

yapılı membran

Hava Sıyırma (Air Scrub): Membran yüzey temizlemesi sırasında

kullanılan bir metot

Hemodiyaliz (Hemodialysis): Kreatin ve üre gibi zehirli yan ürünlerin,

metabolitlerin kandan diyalizle uzaklaştırıldığı proses

Hemofiltrasyon (Hemofiltration): Kreatin ve üre gibi zehirli yan

ürünlerin, metabolitlerin kandan ultrafiltrasyon prosesi ile

uzaklaştırıldığı proses

Hızlı Yıkama (Flush): Membran yüzeyinde bulunan kalıntı kimyasal ve

partikülleri uzaklaştırmak için yüksek hızda uygulanan yıkama adımı

Hidratasyon Çapı (Hydrated Radius/Stokes Radius): Çözünen

madde dış tabakasının etki alanı

Hidrofilik Membran (Hydrophilic Membrane) : Suyla ıslanmaya

meyilli membran

Hidrofobik Membran (Hydrophobic Membrane) : Suyla ıslanmayan

ve daha çok tıkanmaya meyilli membran

Hidrojen Tabanlı Membran Biyofilm Reaktör (Hydrogen Based

Membrane Biofilm Reactor): Okside olmuş kirleticileri arıtmak için

gaz olarak hidrojenin kullanıldığı biyofilm reaktörü

Hidrolik Bekleme Süresi (HRT) (Hydraulic Retention Time): Giriş

debisinin havuzda kalış süresi

1402

Hidrolik Şok Yükleme (Hydraulic Shock Loading): Sisteme ek ilave

olarak gelen şok hidrolik yüklemeler

Hidrostatik Basınç (Hydrostatic Pressure): Bir sıvı içinde bulunan bir

cisme sıvının kütlesi tarafından yapılan basınç

Homojen Membran (Homogeneous Membrane): Membran kalınlığı

boyunca yapısal ve taşınımsal olarak aynı özellikleri gösteren membran

Isıl Yöntemle Üretilen Faz Dönüşüm Membranı (Thermally-

Induced Phase Separation Membrane): Polimer çözeltisinin kontrollü

soğutma sonucu koagüle olması ya da çökelmesi ile elde edilen

membran

Islak Faz Dönüşüm Membran Üretimi (Wet-Phase Inversion

Membrane Formation): Membran oluşturmak için polimer çözeltisinin

koagülasyon banyosu içerisine daldırıldığı üretim prosesi

Islak-Kuru Faz Dönüşüm Membran Oluşumu (Dry-Wet Phase

Inversion Membrane Formation): Kuru ve ıslak faz ayrımı süreciyle

oluşan membran

İçi Boşluklu Fiber Membran (Hollow Fiber Membrane): Silindirik

şeklinde olup ayırma işleminin iç yüzey veya dış yüzeyin her ikisi ile de

olabilecek şekilde gerçekleştirildiği membran tipi

İçme Suyu (Potable Water): Biyolojik ajanlardan, askıda katı

maddelerden, koku ve renk oluşturucu bileşiklerden arındırılmış,

toplam çözünmüş katı madde miktarının 500 ppm’den az olduğu ve

içilebilir özellikteki su

İçten Dışa / Dıştan İçe (Outside To Inside/Inside To Outside): İçi

boşluklu fiber membranların çalıştırıldığı çalışma prensipleri

1403

İleri Osmoz (Forward Osmosis): Çözünmüş madde konsantrasyonu

düşük bir çözeltiden çözünmüş madde konsantrasyonu yüksek olan

çözeltiye doğru yarı geçirgen bir membranda, yüksek konsantrasyonlu

çözeltinin kontrollü bir şekilde kullanıldığı proses

İleri Osmoz (Osmotik) Membran Biyoreaktörler (OsMBR (Forward

Osmosis (Osmotic) Membrane Bioreactor): İleri osmoz (İO)

prosesinin bir membran biyoreaktöre (MBR) entegre edildiği proses

İnce Film Kompozit (Thin Film Composite): Arayüzey

polimerizasyonu sonucu elde edilen membran

İnce Film Nanokompozit Membran (Thin Film Nanocomposite

Membrane): Üretim aşamasında nanoparçacıkların destek tabakası

veya aktif tabakaya eklendiği membran

İşlenmiş Su (Product Water): Membrandan sonra son arıtma ile

işlenmiş ve servise hazır hale gelmiş su

İşletme Basıncı (Operating Pressure) : Membranların çalıştırıldığı

basınç

İyonik Güç (Ionic Strength) : Çözeltinin kimyasal potansiyelinin

göstergesi

Kabarcık Noktası (Bubble Point): Gözenekli membran yüzeyine

basınçlı gaz verildiğinde, yüzeyde ilk kabarcığın görüldüğü an ve

görülen basınç değeri

Kabarcık Noktası Testi (Bubble Point Test): Membranın kabarcık

noktası basıncını belirlemek için uygulanan test

Kademe (Stage) : Bir membrandan (kademeden) çıkanın bir diğer

membran (kademe) sistemine girmesi

1404

Kapasitif Deiyonizasyon (Capacitive Deionization): İki gözenekli

karbon elektrot kullanılarak elektrik gradyanı oluşturup sudan iyonların

uzaklaştırılmasını sağlayan sistem

Kapasitif İyon Giderimi (Capacitive İon Removal): Çözünmüş

iyonların çözeltiden giderimi için kullanılan proses

Kartuş Filtre (Cartridge Filter) : Membran öncesinde kullanılan ince

filtre

Katot (Cathode): Negatif yüklü uç

Katyon Değiştiricili Membran (Cation-Exchange Membrane): Sabit

anyonik yüke ve mobil katyonlara sahip, maruz kaldığı çözelti

içerisindeki katyonların değiştirilmesine olanak tanıyan membran tipi

Kek Tabakası (Cake Layer): Membranın giriş kısmında yüzeyde

tutulan maddelerin oluşturduğu katman

Kısmi Basınç (Partial Pressure): Birden çok gazın olduğu ortamda tek

bir gazın oluşturduğu basınç

Kil Yoğunluk İndeksi (SDI) (Silt Density Index): Membran yüzeyi

üzerine birikmiş askıda katı maddelerin membran tıkanmasına yol açma

potansiyelini ölçmede kullanılan metot

Kimyasal Destekli Geri Yıkama (CEB) (Chemical Enhanced

Backwash): Geri yıkamanın kimyasal çözelti ile birlikte yapılması

Kompozit Dinamik Membran (Composite Dynamic Membrane):

Farklı malzemeler kullanılarak gerçekleştirilen kaplama işlemleri ile

hazırlanmış dinamik membran

Kompozit Membran (Composite Membrane): Kimyasal ya da yapısal

olarak farklı katmanlar içeren membran

1405

Konsantrasyon Faktörü (Concentration Factor): Bir bileşiğin

membran yüzeyindeki konsantrasyonunun, beslemedeki

konsantrasyonlarına oranı

Konsantrasyon Polarizasyonu (Concentration Polarization):

Membran yüzeyindeki tuz tutunumundan dolayı membran yüzeyinde

oluşan konsantrasyon artışı

Konsantre (Retentate): Membrandan geçemeyen maddelerin

membran modülü çıkışından toplandığı akım

Konsantre Faktörü (Concentrate Factor): Konsantre akımı

konsantrasyonunun, ham su konsantrasyonuna oranı

Kuru-Faz Dönüşümü Membran Oluşumu (Dry-Phase Separation

Membrane Formation): Membran oluşturabilmek için çözünmüş

polimerin belirli bir miktar çözücü ile çöktürülmesi süreci

Kütle Transfer Katsayısı (Mass Transfer Coefficient) : Membrandan

geçen kısmın miktarını gösteren katsayı

Kütle Transferi (Mass Transfer): Kütlenin bir yerden başka bir yere

hareketi

Kütlesel Akı (Mass Flux): Belirli bir alandan geçen kütle miktarının

oranı

Laminer Akım (Laminar Flow): Reynolds sayısının 2500’den küçük

olduğu durumlardaki akış rejimi

Langmuir-Blodgett Membran (LBM) Langmuir-Blodgett

Membrane): Gözenekli veya gözeneksiz destek tabakası üzerine yüzey-

aktif bileşikleri içeren bir veya birden fazla katmanın sıralı olarak

kaplanması sonucu elde edilen sentetik kompozit membran

1406

Levha ve Çerçeve (Plate and Frame): Membranların düz levha

halindeki tertip tarzında kullanılması

Log Giderim Verimi (Log Removal Value): Bir organizma ya da

parçacık için log cinsinden filtrasyon performansını gösteren verim

değeri

Langlier Çökelme İndeksi (Langlier Saturation Index) : TDS,

kalsiyum, toplam alkalinite, pH ve sıcaklığa bağlı olarak belirlenen ve

suyun stabilitesi hakkında (çökelebilirlik veya korozif etki) bilgi veren

indeks

Mansap (Downstream): Membranda süzüntünün elde edildiği taraf

Memba (Upstream): Membrana beslemenin yapıldığı giriş bölgesi

Membran (Membrane): Farklı sürücü kuvvetler altında kütle

transferinin sağlandığı yarı geçirgen malzeme

Membran Biyofilm (MBfR) (Membrane Biofilm Reactor): Gaz difüze

eden hidrofobik membranın biyofilm destek malzemesi olarak

kullanıldığı proses

Membran Biyoreaktör (MBR) (Membrane Bioreactor): Aktif çamur

sistemiyle membran proseslerini birleştiren proses

Membran Delaminasyonu (Membrane Delamination): Basınç

kabının konsantre tarafındaki membranların hasar görmesi

Membran Distilasyon Biyoreaktörleri (MDBR) (Membrane

Distillation Bioreactor): Biyoreaktör sisteminin membran distilasyon

(MD) membranı ile entegre edildiği sistem

1407

Membran Distilasyonu (Membrane Distillation): Hidrofobik

membran gözeneklerinin sıvı fazdan ıslanmadığı buhar fazında

taşınımın olduğu sıvı ve gaz fazların gözenekli bir membran ile ayrıldığı

membran prosesi

Membran Geçiş Basıncı (Transmembrane Pressure): Membranda

oluşan basınç gradyanı

Membran Geri Yıkama (Membrane Backwash): Süzüntü suyunun

belirli bir debide süzüntü tarafından membranın besleme tarafına doğru

beslenmesi

Membran İzoelektrik Noktası (Membrane Isoelectric Point):

Membranın yüzey yükünün pozitiften negatife geçtiği pH değeri

Membran Kapasitif Deiyonizasyon (Membrane Capacitive

Deionization): Kapasitif deiyonizasyon sistemlerine iyon seçici

membranların eklendiği proses

MBR Kaset Sayısı (MBR Cassette): MBR modüllerinin sayısı

Membran Tertip Tarzı (Membrane Configuration): Membranların

belli bir şekile sokularak kullanılması (spiral sargılı vb. gibi)

Membran Kontaktör (Membrane Contactor): Bir fazdan diğerine

uygulanan spesifik bir sürücü kuvvet sayesinde bileşiklerin bir fazdan

diğerine geçerek ayrılmasının gerçekleştirildiği proses

Membran Kristilizasyonu (Membrane Crystallization): Kristalize

olabilen ve uçucu olmayan çözüneni olan bir çözeltinin gözenekli bir

membran vasıtasıyla süzülmesi

Membran Lümen Duvarı (Membrane Lumen Wall): İçi boşluklu fiber

membranların iç kısmındaki membran yüzeyi

1408

Membran Modülü (Membrane Module): Membran ya da

membranların giriş, süzüntü ve konsantre akışlarını ayırmaya yarayan

yapı

Membran Otopsisi (Membrane Autopsy): Kullanım ömrünü

doldurmuş, çeşitli sebeplerden kullanılamaz hale gelmiş veya olağan

performansından düşük performans gösteren membran filtrelerde bu

karşılaşılan problemlerin sebebini belirlemek için kimyasal ve fiziksel

analizler uygulanması ve tanı konulması

Membran Reaktör (Membrane Reactor): Aynı fiziksel ortamda hem

reaksiyon gerçekleşen hem de membran sayesinde ayrım işleminin

gerçekleştiği reaktör

Membran Sıkıştırma (Membrane Compaction): Membran yüzeyinin

membran kalınlığı boyunca uygulanan basınca bağlı olarak sıkıştırılması

Membran Sistemi (Membrane System) : Membran arıtma biriminin

tamamı

Membran Üretim Sonrası İşlemler (Membran Post-Treatment):

Membran üretilip henüz çalıştırılmadan önce membran özelliklerinde

yapılacak işlemler

Mikrobiyal Yakıt Hücresi (MYH) (Microbial Fuel Cell): Elektrik

enerjisi üretmek için bakteriyel metabolizmaların kullanıldığı

biyoelektrokimyasal proses

Mikrofiltrasyon (Microfiltration): 0.1 µm’den büyük parçacıkların ve

çözünmüş moleküllerin giderildiği basınç sürücülü membran prosesi

Modül (Module) : Membranların bir basınç kabı içerisine yerleştirilmiş

hali

1409

Modül Kaçak Testi (Module Leakage Test): Modül uygunluğunun

gösterilmesi amaçlı uygulanan test

Moleküler Ağırlık (Molecular Weight): Bileşiğin bir molekülünün

birleşik atom kütle birimi cinsinden kütlesi

Moleküler Ağırlık Engelleme Sınırı (Ayırma Sınırı) (MWCO)

(Molecular Weight Cut-Off): Herhangi bir membranda %90 oranında

çözünen maddenin giderildiği moleküler ağırlık değeri

Nanofiltrasyon (Nanofiltration): 2 nm’den küçük parçacıkların ve

çözünmüş moleküllerin ağırlıklı olarak iki veya daha büyük yüklü

iyonların giderildiği basınç sürücülü membran prosesi

Nanokompozit Membran (Nanocomposite Membrane):

Nanoparçacıkların membran matrisi içerisinde bulunduğu membran

Net Sürücü Basınç (Net Driving Pressure): Membrana uygulanan

hidrolik basınç farklılığı ile osmotik basınç farklılığı arasındaki fark

Ohm Kanunu (Ohm’s Law): Ortamda sadece elektriksel potansiyelin

olması durumunda gerçekleşen enerji farklılığı durumunda geçerli

kanun

Oksijen Alım Hızı (Oxygen Uptake Rate): Hacimsel oksijen tüketim

hızı

Organik Şok Yükleme (Organic Shock Loading): MBR sistemine gelen

organik madde içeriğinin artması durumu

Organik Tıkanma (Organic Fouling): Organik maddelerin sebebiyet

verdiği tıkanma

1410

Organik Yükleme Oranı (Food/Microorganisms Rate): Birim

zamanda, birim AKM başına reaktöre beslenen birim BOİ ile ifade edilen

oran

Osmotik Basınç (Osmotic Pressure): Yarı geçirgen membranda suyun,

tuz konsantrasyonu düşük taraftan yüksek tarafa akması sonucu oluşan

basınç farklılığı

Osmoz (Osmosis): Yarı geçirgen membrandan suyun, tuz

konsantrasyonu düşük taraftan yüksek tarafa akması

Paketleme Oranı (Packing Density): Membran yüzey alanının

membran modülünün kapladığı hacme oranı

Parmaksı Yapı (Finger-Like Structure): Membran kesitinin, dik

şekildeki parmaksı yapıda ince kanallar içeren yapısı

Pervaporasyon (Pervaporation): Membranın besleme ve konsantre

kısmında sıvı akışın olduğu, süzüntü kısmında ise gaz akışının yaşandığı

membran prosesi

Porozite/Gözeneklilik (Porosity): Membran yapısında bulunan

gözenek hacminin toplam membran hacmine oranı

Proton Değişim Membranı (Proton Exchange Membrane):

Elektrokimyasal tepkimeler sonucu oluşan protonların anottan katota

aktarıldığı membran türü

Sabit Gözenekli Membran Üretimi (Track-Etched Membrane

Formation): Belirli gözenek çaplarına sahip gözenekli membran

üretebilmek için gözeneksiz filmin önce iyon bombardımanına maruz

bırakılıp sonrasında maruz kalan bölgelerin asitle düzenlendiği

membran üretim yöntemi

1411

Seçici Membran Katmanı (Selective Membrane Skin): Asimetrik

membranların geçirgenliğini etkileyen ve genelde asimetrik

membranların üst yüzeyinde bulunan gözenekliliği daha küçük ince

tabaka

Sentetik/Yapay Membran (Synthetic/Artificial Membrane): Doğada

bulunmayan bir proses sonucu üretilen membran

Sentetik Organik Bileşenler (Synthetic Organic Matters): Sentetik

olarak elde edilen karbon içerikli bileşikler

Seramik Membran (Ceramic Membrane): İnorganik malzemelerden

üretilen membran türü

Sıfır Sıvı Deşarjı (Zero Liquid Discharge): Tüm atıksuyun

saflaştırıldığı ve geri dönüştürüldüğü atıksu arıtma prosesi

Sınır Tabakası (Boundary Layer): Membran üzerinde iyonların

konsantrasyonun arttığı ince tabaka

Simetrik Gözenekli Yapı (Symmetric Porous Structure): Membranın

her bölgesindeki gözeneklerin eşit büyüklükte olduğu ve membranın

yanal kesiti boyunca neredeyse bütün gözeneklerin sabit çapa sahip

olduğu yapı

Siyah Su (Black Water): Tuvaletlerden kaynaklanan evsel atıksu

Sol-Jel Membran Üretimi (Sol-Gel Membrane Formation): Farklı

kimyasal fonksiyonelliğe sahip malzemelerin solvent içerisinde

çözdürülüp ağ yapısı oluşturacak reaksiyona girip sonrasında ısıl işlem

uygulayarak gözenekli membranların elde edildiği çok basamaklı üretim

süreci

1412

Son Arıtma (Post Treatment) : Membrandan çıkan suyun servis

edilebilmesi için uygulanan dezenfeksiyon, şartlandırma vb. gibi

prosesler

Sterik Engelleme (Steric Hindrance): Atom ya da atom gruplarının

boyutlarından dolayı birbirlerini itmelerinden kaynaklı durum

Su Difüzyonu (Water Diffusion): Bir sürücü kuvvet sayesinde su

moleküllerinin pasif taşınımı

Süngerimsi Yapı (Sponge-Like Structure): Membranın yanal kesitinde

ince kanallar ya da boşluk içermediği, süngerimsi yapıda bir gözenek

yapısının bulunduğu ve mekanik özellikleri arttırıcı durum

Sürekli Membran Kolonu (Continuous Membrane Column) : Her

modülün ayrı bir basamak olarak düşünüldüğü, distilasyon kolonuna

benzer işletme şartları olan membran kolonu

Sürücü Kuvvet (Driving Force): Membranlardaki transferden dolayı

sistemin toplam enerjisinde bir azalma meydana getiren kuvvet

Süzme (Filtration): Membranın tutabildiği boyuttan daha büyük olan

partiküller yüzeyde tutunurken, su ve daha küçük yapılı partiküllerin

membrandan geçmesi durumu

Süzülen Maddeler (Permeant, Penetrant): Membran süzüntü akımına

geçebilecek maddeler

Süzüntü (Permeate) : Membrandan geçen akım

Süzüntü Sonrası Arıtım (Permeate Post-Treatment): Süzüntü suyu

kalitesini iyileştirmek amacıyla uygulanan şartlandırma üniteleri

1413

Tam-Karışımlı Akış (Completely-Mixed/Perfectly-Mixed Flow):

Membran modülü içerisindeki membranın giriş ve çıkışındaki akışın

bağımsız bir şekilde iyi karıştığı akış

Tek Değerlikli Tuz (Monovalent Salt): Pozitif veya negatif olmak

üzere tek yük taşıyan tuz

Termofilik Biyoproses (Thermophilic Bioprocess): Yüksek

sıcaklıklarda işletilen proses

Ters Akımlı Akış (Counter-Current Flow): Membran modülü

içerisindeki sıvının membranın giriş ve çıkışında membran yüzeyine

farklı yönde elde edilen akış profili

Ters Elektrodiyaliz (EDR) (Reverse Electrodialysis): Elektriksel

potansiyel farklılığı altında çalışan elektrodiyaliz prosesinde akım

yönlerinin geçici olarak yer değiştirmesi ile oluşturulan membran

yüzeyindeki kirleticileri uzaklaştırmak için elektrodiyaliz prosesi içinde

kesikli olarak uygulanan proses

Ters Osmoz (Reverse Osmosis): Osmotik basınç farkına karşı

uygulanan transmembran basıncı sayesinde ayrım sağlayan membran

prosesi

Tersinir Olmayan Tıkanma (İrreversible Fouling): Gözenek

tıkanması ve kirleticilerin yüzeye sıkıca bağlanması sonucu oluşan

tıkanma

Tersinir Tıkanma (Removable Fouling): Kirleticilerin membran

yüzeyine serbestçe yapıştığı ve fiziksel bir yıkama ile giderilebilen

tıkanma

Tıkanma (Fouling): Askıda katı ya da çözünmüş olarak bulunan

maddelerin membran dış yüzeyi, gözenek yüzeylerinde ve gözeneklerin

içinde birikmesi sonucu membranda oluşan performans kaybı

1414

Toplam Organik Karbon İzleme (TOC Monitoring Test): Filtrelenmiş

su kalitesinin doğrulanması, modül uygunluğun gösterilmesi ve

ekipman/filtrasyon problemlerinin tespit edilmesi için kullanılan

sürekli testlerden birisi

Tuz Geçişi (Salt Passage) : Membrandaki giderme verimi

Tübüler Membran (Tubular Membrane): Silindirik şekilde olup

çapları içi boşluklu fiber membranlara göre biraz daha geniş olan

membran tipi

Türbülanslı Akım (Turbulent Flow): Reynolds sayısının 2500’den

büyük olduğu durumlardaki akış rejimi

Ultra Saf Su (High Purity Distilled Water/Ultrapure water):

Çözünmüş madde ve tuz içermeyen veya eser miktarda içeren su

Ultrafiltrasyon (Ultrafiltration): 0.1 µm’den küçük 2 nm’den büyük

parçacıkların ve çözünmüş moleküllerin giderildiği basınç sürücülü

membran prosesi

Uygulanan Basınç (Applied Pressure): Membrana doğru uygulanan

hamsu basıncı

Vakum Sönümlenme Testi (Vacuum Decay Test): Membranın her iki

tarafına hava verilmesi ile gerçekleştirilen test

Yerinde Kimyasal Yıkama (Membran Temizleme Sistemi) (CIP)

(Clean in Place): Membranların kimyasallar ile temizlenmesi

Yeter Sayı Etkisi (Quorum Sensing): Mikroorganizmaların bir araya

gelmek üzere sinyal molekülü salgılaması ve br araya gelmesi

1415

Yeter Sayı Etkisini Azaltan MBR (Quorum Quenching MBR):

Mikroorganizmaların bir araya gelmesini sağlayan sinyal moleküllerinin

parçalandığı ve bir araya gelmesinin engellendiği MBR sistemi

Yeter Sayı Etkisini Azaltma (Quorum Quenching): n-Acil

homoserinlakton (ahl) sinyal moleküllerinin bozundurularak biyofilm

oluşumunun engellendiği ve mikroorganzimaların bir araya gelmesinin

engellendiği durum

Yoğun Yapı (Dense Structure): Su akısı oldukça düşük olup daha çok

gaz ayrımı membranlarında kullanılan yapı

KAYNAKLAR

Koros, W.J., Ma, Y.H. Shimidzu, T. (1996). “Terminology for Membranes

and Membrane Processes”. IUPAC, Pure and Applied Chemistry 68,

1479-1489.

1417

DİZİN

A

AeMBR, 553, 554, 560, 562 Aerobik membran biyoreaktör, 18,

553 Anaerobik MBR, 782 Anaerobik membran biyoreaktör,

18 ARROW, 1076, 1077, 1079

B

Basınç geciktirmeli osmoz, 18, 21, 1325, 1326, 1330, 1336, 1341

Basınç sönümlenme testi, 1267, 1388

Biyoenerji, 14, 656 Bulanıklık, 39

C

CDI, 537, 538, 1069, 1070, 1071 CEB, 470, 762, 765, 766, 767, 768,

769, 770, 1261, 1263, 1265, 1277, 1312, 1397

CIP, 179, 227, 280, 396, 399, 404, 415, 420, 461, 462, 468, 470, 981, 984, 985, 986, 1038, 1174, 1178, 1262, 1264, 1265, 1312, 1407

D

Deri endüstrisi, 1014, 1016, 1017 Derin kuyu enjeksiyonu, 1055,

1120 Desalinasyon, 18, 28, 30, 31, 294,

295, 320, 322, 404, 407, 431, 432, 514, 719, 851, 929, 1048, 1053, 1092, 1094, 1100, 1108, 1113, 1116, 1118, 1121, 1122, 1208, 1210, 1214, 1215, 1390

Dinamik membran, 234, 711, 1386 Düz-Plaka, 840, 1340, 1342, 1343

E

Elektrodeiyonizasyon, 18, 25, 82, 532, 536, 1391

Elektrodiyaliz, 17, 18, 22, 56, 79, 532, 886, 968, 974, 1050, 1067, 1068, 1069, 1080, 1391, 1406

Elektrokoagülasyon, 1062, 1063, 1078, 1392

Endüstriyel atıksu, 203, 205 ExMBR, 753, 795, 796, 797, 798,

799, 801

F

Fujiwara testi, 1319, 1321, 1322

G

GEN MBR, 197, 205, 608, 610, 612, 1314, 1323

Geri yıkama, 176, 459, 460, 461, 1259, 1261, 1265, 1313, 1393, 1397, 1400

Gıda endüstrisi, 980, 983, 986 Gözenek çapı, 40 Gri su, 814, 815, 818, 820, 821, 822,

827, 830, 837, 838, 840, 841, 842

H

Hemodiyaliz, 16, 530

İ

İçi boşluklu fiber, 17, 42, 43, 62, 183, 194, 195, 196, 197, 204, 225, 226, 229, 230, 282, 302, 303, 382, 561, 575, 601, 682, 1255, 1395, 1400

İçme suyu, 4, 5, 6, 11, 14, 16, 18, 26, 69, 177, 197, 218, 219, 220, 221, 222, 296, 413, 418, 422, 425,

1418

426, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 439, 440, 441, 463, 468, 518, 833, 837, 849, 850, 854, 859, 866, 870, 903, 906, 912, 920, 926, 927, 936, 974, 979, 1055, 1085,1089, 1090, 1186, 1188, 1195, 1208, 1217, 1228, 1256, 1274, 1275, 1298

İleri oksidasyon, 886, 912, 1071 İleri osmoz, 18, 21, 73, 771, 1065,

1327, 1396 İnce film kompozit, 1396 İSKİ, 544, 545, 929, 931, 932, 933,

1000, 1010

K

Kabarcık noktası, 1297, 1396 Kapasitif deiyonizasyon, 537, 1397,

1400 Kaset sayısı, 1400 Konsantrasyon polarizasyonu, 73,

75, 135, 138, 139, 140, 141, 142, 145, 146, 149, 157, 158, 159, 160, 180, 181, 200, 217, 351, 375, 776, 777, 1065, 1332, 1334, 1335, 1336, 1337, 1338, 1339, 1340, 1346, 1349, 1398

Konsantre, 16, 53, 55, 56, 66, 69, 70, 74, 75, 77, 82, 104, 105, 176, 180, 185, 186, 196, 217, 225, 227, 231, 301, 303, 304, 305, 306, 307, 320, 324, 326, 334, 347, 361, 362, 363, 364, 365, 367, 368, 369, 373, 374, 375, 376, 377, 379, 383, 384, 387, 388, 396, 397, 400, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 409, 411, 412, 428, 495, 532, 535, 539, 540, 544, 546, 559, 581, 613, 674, 713, 720, 733, 738, 772, 891, 902, 914, 936, 944, 957, 962, 967, 974, 984, 987, 988, 990, 992, 995, 1009, 1020, 1021, 1029, 1030, 1047, 1048, 1049,

1050, 1052, 1054, 1055, 1057, 1061, 1062, 1063, 1064, 1065, 1066, 1071, 1072, 1073, 1075, 1076, 1077, 1078, 1079, 1080, 1081, 1085, 1086, 1087, 1088, 1090, 1091, 1098, 1099, 1100, 1101, 1103, 1104, 1105, 1107, 1112, 1113, 1114, 1115, 1119, 1120, 1121, 1122, 1123, 1127, 1131, 1139, 1140, 1141, 1142, 1168, 1186, 1192, 1206, 1208, 1211, 1214, 1222, 1262, 1273, 1279, 1289, 1302, 1303, 1318, 1330, 1351, 1353, 1387, 1390, 1393, 1399, 1401, 1403

Kuyu suyu, 294, 369, 544, 956, 1153, 1158, 1160, 1171, 1190, 1201, 1202, 1205, 1206

Kütlesel akı, 1398

M

Maliyet, 9, 17, 49, 69, 284, 355, 392, 479, 487, 491, 492, 493, 499, 559, 663, 693, 694, 696, 711, 725, 769, 837, 866, 869, 870, 905, 968, 1100, 1104, 1106, 1107, 1112, 1117, 1153, 1154, 1155, 1157, 1158, 1159, 1160, 1162, 1169, 1170, 1171, 1172, 1173, 1174, 1176, 1177, 1180, 1181, 1185, 1186, 1187, 1188, 1189, 1196, 1197, 1199, 1200, 1206, 1208, 1211, 1214, 1215, 1218, 1222, 1228, 1230, 1234, 1242, 1244, 1245, 1246, 1247, 1286, 1290, 1350, 1351, 1353, 1362

MBfR, 785, 787, 788, 789, 790, 791, 792, 793, 794, 807, 809, 842, 1399

MDBR, 753, 779, 780, 781, 782, 783, 784, 803, 1399

Membran biyoreaktör, 18, 24, 25 Membran distilasyonu, 18, 22

1419

Membran kontaktör, 18, 23 Membran kristalizasyonu, 1064 Membran otopsisi, 174, 1315,

1319, 1320, 1401 MEMTHANE, 657, 691, 693 Mikrobiyal yakıt hücreleri, 1354,

1401 Mikrofiltrasyon, 18, 19, 29, 55, 56,

60, 63, 217, 288, 369, 373, 374, 416, 419, 421, 518, 519, 521, 738, 767, 772, 886, 914, 953, 1003, 1255, 1269, 1272, 1401

Moleküler ağırlık engelleme sınırı, 40

N

Nanofiltrasyon, 55, 56, 67, 68, 168, 179, 294, 299, 426, 519, 520, 521, 531, 532, 868, 953, 958, 1004, 1114, 1190, 1206, 1285, 1402

Nanokompozit, 51, 52, 1396, 1402 NeWater, 906

O

Orange County, 911, 912 OsMBR, 753, 771, 772, 773, 774,

775, 776, 777, 778, 779, 809, 810, 1396

Ö

Ön arıtma, 260, 291, 292, 293, 321, 337, 572, 591, 902, 1304

P

Paketleme oranı, 1403 Pervaporasyon, 17, 18, 23, 55, 56,

83, 84, 131, 1403 Porozite, 237, 1403 Proses suyu,14, 59, 70, 74, 79, 81,

517, 518, 522, 523, 529, 531, 541, 543, 545, 850, 887, 895,

896, 903, 929, 936, 967, 992, 995, 1140

Q

QQ MBR, 753, 759, 761, 763, 764, 765, 766, 767, 768, 769, 770, 771

Quorum Quenching, 753, 754, 755, 756, 757, 759, 762, 766, 802, 805, 806, 807, 811, 1408

R

ROSA, 412, 480, 481, 482, 491

S

Sağlamlık testleri, 1265, 1293 SDI, 170, 171, 172, 261, 307, 324,

325, 326, 337, 338, 339, 340, 341, 368, 369, 412, 413, 434, 436, 439, 441, 467, 470, 479, 909, 928, 1004, 1158, 1192, 1198, 1287, 1288, 1298, 1397

Seçicilik, 13, 62 Sıfır-sıvı deşarjı, 1056 Sıvı membran, 975, 976 Sızıntı suyu, 735, 997, 1001, 1003,

1004, 1005, 1008, 1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1042

Siyah su, 813, 821, 830, 831, 832, 1404

SKKY, 612, 630, 872, 884, 1000, 1001

SPARRO, 1075, 1076 Spiral sargılı membran, 198, 199,

362 Su geri kazanım, 11, 12, 13, 544,

850, 851, 852, 863, 908, 911, 913, 919, 982, 983

Su kıtlığı, 12, 13, 14 Su stresi, 4, 5, 849, 851, 884 Süngerimsi yapı, 1405

1420

T

Tekstil atıksuyu, 727, 952, 953, 955, 959, 960

Ters elektroliz prosesi, 1068 Ters osmoz, 16, 18, 20, 29, 39, 41,

46, 48, 60, 65, 67, 68, 71, 72, 74, 83, 102, 105, 119, 128, 130, 131, 137, 149, 164, 173, 175, 179, 191, 193, 198, 199, 213, 219, 261, 287, 288, 289, 294, 295, 296, 299, 310, 316, 320, 321, 322, 326, 336, 347, 369, 370, 372, 378, 381, 384, 431, 434, 436, 437, 439, 440, 443, 463, 465, 479, 480, 483, 491, 530, 531, 534, 535, 542, 543, 544, 546, 712, 772, 773, 887, 955, 956, 958, 961, 969, 1004, 1006, 1007, 1056, 1062, 1066, 1069, 1070, 1073, 1076, 1123, 1125, 1153, 1156, 1157, 1159, 1160, 1161, 1170, 1171, 1192, 1201, 1202, 1203, 1204, 1208, 1209, 1214, 1219, 1220, 1221, 1247, 1255, 1285, 1291, 1297, 1330, 1332, 1334, 1335, 1338, 1340, 1346, 1351, 1352, 1353

Tıkanma, 157, 164, 169, 171, 178, 180, 200, 202, 209, 227, 268, 269, 270, 272, 274, 276, 277, 278, 319, 333, 336, 446, 573, 574, 660, 671, 868, 1388, 1393, 1402, 1406

Tuzlu su, 14, 373, 374, 410, 978, 1062, 1070, 1172, 1231

Tübüler, 42, 43, 62, 180, 182, 183, 201, 202, 204, 226, 227, 234, 561, 666, 667, 682, 683, 689, 728, 731, 735, 737, 1357, 1361, 1407

U

Ultrafiltrasyon, 18, 19, 29, 55, 56, 64, 115, 149, 217, 421, 425, 436, 455, 457, 458, 459, 460, 461, 462, 466, 468, 469, 470, 518, 519, 886, 953, 955, 958, 969, 970, 1003, 1027, 1171, 1204, 1255, 1269, 1272, 1407

V

VSEP, 1074, 1075, 1079, 1147

Y

Yakıt hücresi, 1354, 1355, 1368, 1369, 1371, 1372

Yeter sayı etkisini azaltma, 755, 756, 1408

su/atıksu arıtılması membran teknolojileri ve uygulamaları · su/atıksu arıtılması ve geri...

Documents