Su ve Çevre Sektörü: İçme Suyu Arıtma Proseslerinde Tek-Parametreli Online Analizörler

09 Şubat 2021

Temel yaşam kaynaklarının başında gelen su, yalnızca hayati mineral ve besin ögelerini değil aynı zamanda biyolojik birikme yapan zararlı kirleticileri de içerebilmektedir. Suyun yeraltı veya yüzey kaynaklarından toplanması ve depolanması sırasında meydana gelebilecek ağır metal, gübre, tarım ilacı, hormonlar, vb. maddeler kaynaklı kirlilikler sağlık açısından yüksek tehlike arz etmektedir.

su

Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından söz konusu sağlık risklerini elimine etmek üzere yaklaşık 200 farklı analitik parametre içeren konsantrasyon limitleri ile ilgili bir yönetmelik yayınlanmıştır. Tüm dünyada katı kurallarla takip edilen bu parametre limitleri, analizlerin gerçekleştirildiği ilgili coğrafyanın hidrojeolojik yapısına göre değişiklik göstermektedir.

turkchem tv

Analitik parametrelerin sürekli takibi, endüstriyel proseslere engel teşkil edebilecek problemleri önlemek adına büyük önem arz etmektedir. Örneğin; içme suyunun dezenfeksiyonu sırasında gerçekleştirilen analizler ile ortaya çıkabilecek yan ürünlerin ortadan kaldırılması mümkündür.

Bu çerçevede, içme suyu arıtma prosesi esnasında sürekli takip edilmesi gereken parametrelere yönelik olarak uygun fiyatlı, kullanımı kolay ve entegre çözümleri içeren online ölçüm sistemlerine ihtiyaç artmaktadır.

Şekil 1. İçme suyu arıtma tesisi

 

Tipik İçme Suyu Arıtma Prosesi Adımları

Bir içme suyu arıtma tesisinin tasarımı, kaynak suyun kalitesi ve bileşenlerine bağlı olmakla beraber tipik olarak sırasıyla; ham su girişi, koagülasyon/flokülasyon, sedimantasyon, filtrasyon, dezenfeksiyon, korozyon kontrol ve dağıtım adımlarından oluşmaktadır. Ana proses öncesinde kaynak suyun koşullarına bağlı olarak ham su girişini takiben bazı ön-işlem adımları da (eleme, ön-çöktürme, vb.) eklenebilmektedir.

Koagülasyon ve Flokülasyon

Koagülasyon/flokülasyon proseslerinde, suda asılı bulunan partiküllerin biriktirilmesi ve çöktürülmesi sağlanarak takip eden sedimantasyon veriminin artırılması amaçlanmaktadır.

Zayıf çökme özelliğine sahip bu partiküller 1 µm boyutundan küçük olup, kolloidler olarak adlandırılmaktadır. Suyun rengi ve bulanıklığını etkileyen bu kolloidler arasında killer, metal oksitler, proteinler, mikroorganizmalar ve suya kahverengi renk verebilen organik maddeler bulunmaktadır. Kolloidlerin sahip olduğu ortak özellik, durgun suda birikmelerini ve çöktürülmeyi engelleyen negatif yük taşımalarıdır.

Kolloidler karşıt (pozitif) yüke sahip ve koagülant olarak nitelendirilen kimyasalların suya eklenmesi ile toplanmaktadır. Tipik koagülantlar Al3+
ve Fe3+ iyonları olarak bulunan alüminyum ve demir tuzları şeklinde olmak ile birlikte, günümüzde tesislerde ağırlıklı olarak demir (III) tuzları tercih edilmektedir.

Pozitif yüke sahip bu koagülantlar, karşıt yüke sahip kolloidleri nötralize ederek partiküllerin kümelenmesini sağlamakta ve böylece yüksek tuz konsantrasyonu ve yeterli alkalinite varlığında çözünmeyen hidroksitler oluşmaktadır. Koagülasyon ile birlikte oluşan flok adı verilen birikintiler diğer küçük partiküllerle birleşerek daha büyük kütleli birikintilere dönüşmekte ve sedimantasyon adımında çöktürülmektedir.

Şekil 2. Sedimantasyon havuzu

Sedimantasyon

Sedimantasyon, asılı partiküllerin yerçekimi yardımı ile çöktürülerek su kolonundan ayrılmasıdır. Bu aşamada uzun tutulma süreleri ve çeşitli tank mekanizmaları yardımı ile flokun belirli bir derinliğe yerleşmesi sağlanmaktadır. Havuz tabanında flok oluşumlarının çöktürülmesi sağlanırken, en üst tabakadan ise berrak su çıkarılmaktadır.

Flokun çöktürülmesi ile havuz dibinde oluşan çamur tabaka; koagülant, organik ve inorganik kaynaklı kolloidler ve mevcutsa bakteri, virüs ve protozoa içermektedir. Çamur, havuzun dibinden çıkarıldıktan sonra su ve bazı katıların giderilmesi amacıyla işlenmektedir.

Filtrasyon

Filtrasyon sırasında, kısmen arıtılmış su, sedimantasyon ile uzaklaştırılamayan ince organik ve inorganik partikülleri bertaraf etmek amacıyla kum veya antrasitten oluşan gözenekli bir ortamdan geçirilmektedir.

Filtreden geçirilen suda bulunması muhtemel flok veya askıda katılar; filtrenin gözenekli ortamına yapışarak veya adsorbe edilmiş diğer partiküllerle etkileşime girerek süzülmektedir.

Şekil 3. Hızlı yerçekimi kum filtre

 

Filtrasyon, gerek kullanılan filtre türü (basit yavaş kum veya hızlı yerçekimi kum kombinasyonları) ve gerekse gerçekleşen eylem türleri (Örn. biyolojik) açısından oldukça karmaşık bir süreçtir.

Dezenfeksiyon

Suyun şebekeye dağıtımından önce, gözle görülemeyecek boyutlarda bulunan patojen mikroorganizmaların uzaklaştırılması için dezenfeksiyon işleminin uygulanması gerekmektedir.

Klor; düşük konsantrasyonlardaki etkinliği, düşük maliyeti ve dezenfeksiyon uygulamasının verimliliğini gösterir nitelikte bıraktığı kalıntı nedeniyle kullanılan en popüler dezenfektan maddedir.

dezenfeksiyon

Şekil 4. Suyun klorla dezenfeksiyonu

 

Klor kullanımının birtakım dezavantajları da bulunmaktadır. Dezenfeksiyon işlemi uygulanacak suda organik maddelerin bulunması, sağlık için tehdit oluşturabilecek kanserojen yan ürünlerin (TMH, Trihalometanlar) oluşumuna yol açabilmektedir. Yapılan birçok araştırmada en yüksek TMH konsantrasyonlarına alkali pH değerlerinde ulaşıldığı gözlemlenmiştir. Ülkemizde TSE-266 içme suyu kalite standartlarında TMH limit değeri 100 µg/L olarak belirlenmiştir.

Klor ayrıca amonyakla reaksiyona girerek dezenfektan maddesi olan kloraminleri oluşturmaktadır. Kloraminler, dezenfeksiyon etkinliği klor kadar yüksek olmasa da kötü tat ve kokuları üretme olasılığı çok daha düşük olup, serbest klora göre daha uzun süre dayanıklıdır. Son zamanlarda yaygınlaşan ozon (O3) kullanımı ise virüs ve sporlara karşı etkili olmasının yanı sıra TMH gibi yan ürün oluşumuna neden olmamaktadır.

Öte yandan ozonlama, özellikle suda brom bulunması durumunda toksik bromatlar oluşturabilmekte ve aynı zamanda dağıtım esnasında koruma sağlamak için klor gibi artık bir seviye sağlamamaktadır. Bu nedenle ozonlamadan geçen su, tedarik sistemine girmeden önce klorlanmaktadır.

Analitik Parametreler

İçme suyu arıtma proseslerinde kritik parametrelerin izlenmesi ve kesintisiz takibi, elde edilecek su kalitesinin sürdürebilirliği ve toplum sağlığı için hayati öneme sahiptir. Bu çerçevede arıtma prosesinin her bir aşamasına spesifik bir katkı sağlayan bu analitik parametrelerin yönetmeliklerde belirlenen standart koşullara uygunluğu için yakından takibi öngörülmektedir:

Eser Ağır Metaller

Suda bulunan ppb seviyesindeki ağır metaller insan sağlığı için tehlike arz etmektedir. Bu nedenle; toplam arsenik ve toksik metallerin (Hg, Ni, Co, Cu, Cd, Pb, Cr, Zn, Sb) analizi hayati önem taşımaktadır.

pH

Gerek tesis giriş ham suyunun kontrolü ve gerekse verimli bir koagüasyon prosesi için optimum pH değerinin sağlanması hayati öneme sahiptir. Bu duruma ek olarak, dezenfeksiyon sırasında su içindeki aktif klorun etkinliği ve TMH yan ürünlerinin oluşumu da suyun pH derecesi ile bağlantılıdır.

Amonyak

Tesis girişlerindeki ham suda izlenen amonyak seviyeleri tarımsal atıkların akış ve sızıntısından kaynaklanan kirlenme olaylarının bir göstergesi olabilmektedir.

Demir/Alüminyum

Arıtma süreci esnasında su içindeki metaller, organikler ve diğer istenmeyen bileşenlerin uzaklaştırılması ve çöktürülmesi amaçlı olarak kullanılan koagülant madde dozajlamalarındaki alüminyum veya demir tuzu seviyelerinin doğrulanması ve takibi önemli bir kalite parametresidir.

Mangan

Su içindeki yüksek mangan safsızlıkları içme suyunda ciddi renk değişimlerine neden olabilmektedir.

Sertlik

ppm seviyelerindeki sertlik, özellikle borularda ciddi boyutlarda kireçlenme ve tortu oluşumuna neden olabilmektedir. Bu tür tahribatları önlemek amacı ile sudaki sertliğin izlenmesi önemlidir.

Florür

Bazı içme suyu tesisleri, son kullanıcılar için diş problemlerini önlemek amaçlı olarak içme suyuna florür dozajlamaktadır.

Klor

İçme suyunun klorlanması, dezenfeksiyon işlemi ve suyun mikrobik üremeden uzak tutulması için önemlidir. Klor seviyesinin insan sağlığını korumak amacı ile yönetmeliklerde belirlenen limitleri aşmaması gereklidir.

Şekil 5. İçme suyu arıtma prosesinde analiz noktaları

 

Amonyak / Kloraminasyon İzleme

Kloraminasyon, günümüzde içme suyu ağlarında sıklıkla kullanılan ve daha uzun süre dayanarak sağlığa zarar verebilecek daha az yan ürün oluşturan bir dezenfeksiyon stratejisi olarak göze çarpmaktadır. Öte yandan, içme suyunun kloraminasyonu fazla miktarda serbest amonyak gerektirmektedir. Ancak serbest amonyak miktarının izin limitlerini aşmaması için kloraminasyon prosesindeki serbest amonyak seviyesinin takibi ve kontrolü oldukça önemlidir.

Fosfat

Fosfat dozajı, boru şebekelerini korozyondan korumak ve aynı zamanda toksik kurşunun içme suyunda çözünmesini önlemek için önemlidir. Çok yüksek fosfat seviyeleri ise ayrı bir sağlık riskidir ve bu nedenle yakından takip edilmelidir.

İçme Suyu Arıtma Proseslerinde Online Analiz

İçme suyu arıtma prosesindeki kritik parametre analizlerinde manuel örnekleme ya da manuel analiz süreçlerinde yaşanabilecek aksaklıklar önemli üretim kalitesi ve zaman kayıplarına sebebiyet verebilmektedir. Operatör farkı, deneyim seviyesi, alınan numune hacmi, ekipman/aksesuar temizliği, analiz frekansı vb. potansiyel hatalardan kaynaklı tüm unsurlar göz önüne alındığında, otomatik örnekleme, tam otomatik analiz, sonuç raporlama ve limit dışı değerlerde alarm transferi adımlarını mümkün kılabilecek bir online analiz platformunun sunabileceği avantajlar net bir şekilde ortaya çıkmaktadır.

Parametre ölçümleri, numunenin otomatik olarak örneklenmesi ve takip eden tüm analitik süreçlerin herhangi bir müdahaleye gerek duyulmaksızın tamamlanması yolu ile gerçekleşmektedir. Elde edilen analiz sonuçlarının PLC kontrolör sistemlerine otomatik olarak aktarılması ve analizörü uzaktan kontrol edebilme kolaylığı sayesinde prosese hızlı müdahale imkanı elde edilmekte ve bu çerçevede önemli avantajlar sağlanmaktadır.

Metrohm olarak, proses analizleri konusunda bugüne kadar edindiğimiz tecrübe, bilgi birikimi ve özellikle titrasyon alanında global lider konumumuzun temelini oluşturan zengin uygulama yelpazemiz çerçevesinde, su arıtma tesisleri için Endüstri 4.0 nesline uygun, tam otomatik 202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemlerimizi beğeninize sunuyoruz.

Kesintisiz faal kalabilme, düşük kimyasal tüketimi, güvenilir 7/24 çalışma ve kullanıcı dostu grafik arayüzü gibi avantajları ile 202X Serisi Tekli Metot Online Analizör sistemleri, güvenilir proses izleme ve kontrol gerçekleştirmenizi garanti altına alarak zamandan ve maliyetten tasarruf etmenizi sağlamaktadır.

202X Serisi Tekli Metot Online Analizör sistemleri iki ana donanım segmenti altında gruplanmaktadır.

Potansiyometrik ve ISE analiz teknikleri tabanlı ölçümler için 2026 Online Titrolyzer:

Şekil 6. 2026 Online Titrolyzer

Fotometrik ve kolorimetrik analiz teknikleri tabanlı ölçümler için 2029 Online Photometer:

Şekil 7. 2029 Online Photometer

 

Her iki sistem varyantında da çarpıcı ortak özellikler öne çıkmaktadır:

• Dar endüstriyel alanlar için yerden tasarruf sağlayan kompakt ayak izi.
• IP66 uyumlu güvenli ve sağlam dış kasa .
• Geniş yelpazede çeşitli sektörler için doğrudan sahada kanıtlanmış uygulamalar.
• Uzaktan erişim/kontrol için ethernet, Modbus TCP/ IP ve USB veri aktarım olanağı.
• 7” tam renkli dokunmatik ekran üzerinden sistem yönetimi ve trend grafikleri.

Standart Ekipman Setleri 202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri, içme suyu arıtma prosesinde yer alan parametrelerin analizi ve kontrolü için çeşitli standart sistem bileşenlerine sahip analizör ekipman setleri şeklinde sunulmaktadır:

Örnekleme

202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemlerinde numune direkt olarak kapalı bir örnekleme hattı ile reaksiyon kabına getirilmektedir. Böylece manuel örneklemeden farklı olarak dış ortam ile temas etmeyen, doğru örnekleme noktasından çekilmiş temsili numune analizöre gelmektedir. 202X sistemi ile ister tek, ister iki farklı örnek akış noktasından örnekleme yapmak mümkün olabilmektedir.

Güvenilir Analiz Sonuçları

202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri kullanılarak gerçekleştirilen ölçümler sonucunda elde edilen doğru ve tekrarlanabilir sonuçlar sistemlerin su arıtma tesisin her aşamasına başarılı bir şekilde entegre edilebileceğini göstermektedir. Sistemin tam otomasyon niteliği taşıması sayısız avantajı beraberinde getirmektedir.

Manuel analizlere kıyasla gerçekleştirilen tam otomatik online analizlerde hatalı örnekleme, ölçüm noktalarının saptanamaması, yanlış ve tekrarlı olmayan sonuçlar gibi hataların önüne geçilebilmektedir. Numune alma, kimyasal eklemeleri, analiz adımı, sonuçların kaydı gibi tüm prosedürler 202X sistem çatısı altında otomatik olarak sağlandığından, ölçüm hataları, operatörler arası farklılıklar ve analiz süresi tutarsızlıkları ortadan kalkmakta ve el değmeden kesintisiz analizler gerçekleşmesi sayesinde iş gücü gereksinimleri azalırken operatör güvenliği artırılmaktadır.

Parametre ölçümlerinin daha doğru, hassas ve verimli hale gelmesi ile birlikte proseste meydana gelebilecek aksaklıklar gerçek zamanlı olarak takip edilebilmekte, kalitede artış elde edilmekte ve üretim tekrarı sorunları minimize edilmektedir.

202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri, devam eden analizler, elde edilen sonuçlar, alarmlar vb. tüm verileri donanı-mında var olan dijital/4-20 mA analog çıkışlar, Modbus TCP veya VNC gibi iletim alt yapıları ile PLC veya talep edilebilecek diğer veri sistemlerine aktararak prosesin kesintisiz takibini ve herhangi bir aksama olması halinde anlık müdahaleyi mümkün kılmaktadır.

Komple İçme Suyu Arıtma Prosesi İzleme

202X Serisi Tekli-Metot Online Analizör sistemleri, su arıtma prosesinde yer alan farklı operasyon adımları için tek parametreli başlangıç seviyesi sistemleri oluşturmaktadır. Arıtma tesisinde, birden fazla parametrelerin bir arada ölçülmesi veya analiz frekansı ya da ölçüm noktalarının artırılması istendiğinde, 2035 veya 2060 Proses Analizörleri gibi daha üst seviye modellerimiz sunularak kapsamlı kombinasyonlar elde edilmektedir (Şekil 8).

Şekil 8. 2060 Online Proses Analizörü

 

202X sistemleri ile ölçülen parametrelerin yanı sıra, ağır metallerin (Hg, Ni, Co, Cu, Cd, Pb, Cr, Zn, Sb) online voltammetrik analizleri ise 2045VA Online Proses Analizörü ile gerçekleştirilebilmektedir.

Metrohm Proses Analitiği, online proses analizlerinde dünya çapında 40 yılı aşkın bir deneyime sahiptir. İçme suyu arıtma tesislerinde sadece EMEA bölgesinde 153 adeti aşkın kurulu analizör sistemi ekipman parkımız ile müşterilerimize güvenle hizmet vermeye ve sektördeki global tecrübelerimizi sunmaya devam ediyoruz.

Metrohm Turkey Proses Analitiği Ekibi olarak proje danışmanlığı, mühendislik ve satış aşamalarından; analizör kurulumu, devreye alma ve eğitim, sistem bakımı, aksesuar ve yedek parça tedariği, destek, servis ve onarım süreçlerine kadar uzanan geniş bir yelpazede kapsamlı hizmetler sunabilmekteyiz. Metrohm Process Analytics EMEA Bölge Merkezi ile entegre çalışan yerel yapımız sayesinde tüm online analiz gereksinimleriniz için yanınızdayız.

Kaynaklar  1) 80005233EN 2026 Titrolyzer/2029 Process Photometer – Powerful and compact single method online analyzers 2) 80005XXXXEN Metrohm Process Analytics – Online Analyzers for Potable Water Processing 3) Open Learn Free Courses – Potable water treatment. (2012, August 10). Retrieved December 15, 2020, from https://www.open.edu/openlearn/science-mathstechnology/engineering-and-technology/technology/ potable-water-treatment/content-section-0?activetab=description-tab 4) Lisle, J. (2000). Drinking Water Treatment and Regulations in the United States. Laboratory Medicine. 31(9): 492-496