UF/TO bütünleĢik membran sistemleri deneyleri

UF/TO bütünleĢik membran sistemleri deneylerinde öncelikle UP150 membranı ile TO deneyleri için yeterli süzüntü elde etmek amacıyla uzun süreli UF deneyleri

122

yürütülmüĢtür. Yapılan üç ayrı deney, UF deneylerinde en iyi filtrasyon koĢullarının sağlandığı 22,5°C sıcaklık, 4 bar membran geçiĢ basıncı, 600L/sa çapraz akıĢ hızı ve 10 L baĢlangıç besleme hacminde gerçekleĢtirilmiĢtir. UF deneyleri, besleme akımını konsantre etme Ģartlarında ve minimum %75 geri kazanım sağlanana kadar sürdürülmüĢtür. Bu orana bağlı olarak ortalama 7’Ģer saat süren üç ayrı deneyde elde edilen ortalama süzüntü akısı 57,2 L/m2_{.sa, geri kazanım oranı %82,1 olarak}

belirlenmiĢ, VRF değeri ise 4,4-8,1 arasında değiĢkenlik göstermiĢtir. ġekil 3.10’ da UF/TO bütünleĢik membran sistemleri deneylerindeki akı-zaman değiĢimleri verilmektedir.

UP150 membranı ile gerçekleĢtirilen her bir UF deneyi sonunda toplanan kompozit süzüntü daha sonra LFC3, CPA3 ve TFC TO membranlarından geçirilmiĢtir. 5L baĢlangıç besleme hacminde gerçekleĢtirilen TO deneyleri, minimum %70 geri kazanım sağlanana kadar, aynı sıcaklık ve çapraz akıĢ hızı ile 10 bar membran geçiĢ basıncında yürütülmüĢtür. Deney sonunda UP150/LFC3, UP150/CPA3, UP150/TFC bütünleĢik membran sistemlerinde sırasıyla 31,5, 13,6, 30,5 L/m2_{.sa’ lik akı elde}

edilmiĢtir. Aynı sistemlerde belirlenen geri kazanım oranları sırasıyla %72,4, %30,5, %71,7; VRF değerleri ise 3,6, 1,4, 3,5 Ģeklindedir.

Performans bakımından değerlendirme yapıldığında; 8’ er saat yürütülen TO deneylerinde, UP150/CPA3 bütünleĢik membran sistemi ile hedeflenen geri kazanım oranının sağlanamadığı görülmektedir. Ayrıca UP150/LFC3 sisteminde UP150/TFC sistemine göre aynı süre ve Ģartlarda daha iyi geri kazanım oranı, süzüntü akısı ve VRF değeri elde edilmiĢtir.

123 (a)

(b)

(c)

ġekil 3.10. UF/TO bütünleĢik membran sistemleri deneylerinde akı-zaman değiĢimleri (a) UP150/LFC3, (b) UP150/CPA3, (c) UP150/TFC

UF ve NF proseslerinde olduğu gibi en iyi filtrasyon koĢullarında gerçekleĢtirilen UF/TO bütünleĢik membran sistemleri deneylerinde, deney baĢında (t0) ve deney

sonunda (tson) membran giriĢinden ve çıkıĢından alınan anlık numunelerde Tablo

124

Tablo 3.20. UF/TO bütünleĢik membran sistemlerinde deney baĢı (t0) ve deney sonu (tson) elde edilen analiz sonuçları ve giderim verimleri

Parametre Birim

UP150 _{UP150/LFC3 UP150/CPA3 UP150/TFC}

t0 tson t0 tson t0 tson t0 tson

GiriĢ Ortalama ÇıkıĢ Ortalama R(%) Ortalama GiriĢ Ortalama ÇıkıĢ Ortalama R(%) Ortalama ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) Al µg/L 50,62 39,49 21,99 59,10 41,64 29,55 16,73 57,6 13,62 67,3 5,90 85,1 1,31 96,8 11,33 71,3 3,92 90,6 As 0,74 0,74 0,00 1,07 0,90 16,24 0,11 84,5 0,04 95,6 0,74 0,0 0,08 91,4 0,74 0,0 0,06 92,9 Be 0,01 0,01 0,00 0,01 0,01 0,00 0,01 0,0 0,01 0,0 0,01 0,0 0,01 0,0 0,01 0,0 0,01 0,0 Cd 0,05 0,04 22,62 0,19 0,11 39,14 0,00 95,1 0,01 95,2 0,01 81,3 0,01 93,4 0,02 50,9 0,02 86,7 Cr 10,03 9,55 4,79 15,00 10,20 31,95 2,51 73,8 1,65 83,9 2,37 75,2 1,86 81,8 6,70 29,8 10,20 0,0 Co 0,42 0,35 15,08 0,81 0,38 52,88 0,01 95,8 0,03 91,4 0,05 85,7 0,02 95,1 0,05 84,9 0,01 98,3 Cu 25,01 21,29 14,89 155,83 79,00 49,31 1,50 93,0 1,73 97,8 2,50 88,3 1,36 98,3 2,22 89,6 1,79 97,7 Fe 72,75 66,87 8,08 179,85 37,67 79,05 0,62 99,1 8,78 76,7 21,42 68,0 0,11 99,7 0,22 99,7 0,08 99,8 Pb 2,64 2,33 11,54 10,59 4,71 55,56 0,42 82,0 1,75 62,8 0,71 69,6 0,24 94,9 0,31 86,8 0,49 89,6 Li 1,79 1,77 0,80 2,04 1,94 5,13 0,29 83,5 0,18 90,6 - - - - Mn 37,18 36,91 0,72 34,48 30,15 12,56 1,17 96,8 5,81 80,7 1,36 96,3 0,31 99,0 1,02 97,3 0,16 99,5 Mo 0,53 0,43 18,70 1,72 1,23 28,72 0,04 91,4 0,04 96,4 0,14 68,4 1,23 0,0 0,08 81,2 0,04 96,4 Ni 20,29 12,21 39,82 48,58 19,94 58,95 0,43 96,4 0,15 99,2 2,03 83,4 0,66 96,7 0,56 95,4 0,24 98,8 Se 0,34 0,19 42,96 0,35 0,30 14,30 0,03 85,3 0,06 81,4 0,05 76,0 0,00 100,0 0,11 40,9 0,19 38,1 V 1,03 0,99 3,71 1,35 1,17 13,69 0,16 84,3 0,09 92,0 0,13 86,7 0,16 86,1 0,12 87,7 0,05 95,4 Zn 169,74 138,82 18,22 142,21 56,99 59,93 43,73 68,5 19,57 65,7 42,36 69,5 5,21 90,9 32,45 76,6 7,39 87,0 B mg/L 0,50 0,50 0,00 0,50 0,50 0,00 0,50 0,0 0,50 0,0 0,01 97,7 0,40 20,2 0,03 94,6 0,24 51,3 Hg µg/L 0,44 0,32 27,69 3,01 0,94 68,93 0,17 46,8 0,06 93,8 0,09 72,7 0,11 88,0 0,20 35,3 0,33 64,5 F - mg/L 0,20 0,14 29,78 0,19 0,18 4,99 0,02 87,5 0,01 91,7 0,04 72,9 0,04 79,6 0,04 73,0 0,04 78,6 Cl - 95,49 95,40 0,09 96,45 96,22 0,23 4,96 94,8 2,25 97,7 4,92 94,8 2,76 97,1 4,38 95,4 1,94 98,0 Na+ _{82,79 80,23 3,09 97,56 86,19 11,65 4,52 94,4 2,37 97,2 6,57 91,8 4,33 95,0 5,92 92,6 3,41 96,0}

125

Tablo 3.20.(Devam) UF/TO bütünleĢik membran sistemlerinde deney baĢı (t0) ve deney sonu (tson) elde edilen analiz sonuçları ve giderim

verimleri

Parametre Birim

UP150 UP150/LFC3 UP150/CPA3 UP150/TFC

t0 tson t0 tson t0 tson t0 tson

GiriĢ Ortalama ÇıkıĢ Ortalama R(%) Ortalama GiriĢ Ortalama ÇıkıĢ Ortalama R(%) Ortalama ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) ÇıkıĢ R(%) Ca+2 mg/L 47,85 45,74 4,40 57,75 48,43 16,15 5,74 87,5 1,53 96,8 1,53 96,7 0,61 98,7 2,44 94,7 0,20 99,6 Mg+2 _{5,32 5,23 1,81 6,30 5,54 12,05 0,25 95,3 0,06 98,9 0,26 95,0 0,12 97,9 0,21 96,0 0,04 99,2} SAR - 3,03 3,00 - 3,25 3,13 - 0,50 - 0,51 - 1,29 - 1,33 - 0,98 - 1,79 - Sülfat mg/L 44,48 37,61 15,44 74,05 51,27 30,76 1,64 95,6 0,60 98,8 3,44 90,9 1,18 97,7 2,84 92,4 2,24 95,6 Fosfat 7,28 5,35 26,54 10,05 7,25 27,87 0,29 94,5 0,44 93,9 0,34 93,6 0,50 93,1 0,29 94,6 0,24 96,7 K+ _{16,47 15,05 8,59 18,67 16,61 11,03 1,66 89,0 1,51 90,9 1,46 90,3 1,22 92,6 2,35 84,4 0,69 95,9} NO3- 12,91 4,40 65,96 11,01 10,60 3,74 0,34 92,3 0,59 94,4 0,07 98,3 1,03 90,2 0,86 80,5 0,59 94,5 NO3--N 2,91 0,99 65,96 2,49 2,39 3,74 0,08 92,3 0,13 94,4 0,02 98,3 0,23 90,2 0,19 80,5 0,13 94,5 NO2- 1,34 0,79 40,72 3,13 2,18 30,29 0,07 91,4 0,07 96,7 0,09 88,7 0,17 92,1 0,09 89,0 0,10 95,5 TN 18,07 9,38 48,06 17,42 12,08 30,64 1,47 84,3 1,15 90,5 3,04 67,6 1,57 87,0 0,95 89,8 2,20 81,7 TP 2,68 2,23 16,98 4,22 2,31 45,33 0,08 96,3 0,01 99,6 0,06 97,1 0,04 98,1 0,07 96,7 0,06 97,5 pH - 6,54-7,92 6,00-8,05 - 7,55-8,03 7,55-8,37 - 6,38 - 8,56 - 6,00 - 6,15 - 6,47 - 6,60 - Ġletkenlik µS/cm 822,67 791,04 3,84 921,00 833,25 9,53 47,17 94,0 25,43 96,9 57,22 92,8 30,60 96,3 45,00 94,3 30,13 96,4 Bulanıklık NTU _{4,10 0,46 88,81 17,33 0,32 98,14 0,10 77,7 0,02 94,9 0,16 64,0 0,02 94,7 0,11 76,5 0,01 97,2} AKM mg/L 9,06 0,79 91,32 26,17 3,72 85,77 0,00 100,0 0,00 100,0 0,20 75,0 0,00 100,0 0,11 86,0 0,00 100,0 TÇM 404,00 387,16 4,17 452,33 408,28 9,74 22,15 94,3 11,60 97,2 27,60 92,9 14,13 96,5 21,47 94,5 13,89 96,6 KOĠ 48,57 22,75 53,15 86,93 18,81 78,36 6,66 70,7 2,42 87,2 17,70 22,2 3,31 82,4 2,47 89,1 2,35 87,5 CO3-2 _mg/LCaCO 3 0,00 0,00 - 0,00 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 100,0 HCO3- 143,27 138,53 3,31 172,50 157,41 8,75 15,44 88,9 16,40 89,6 18,29 86,8 7,25 95,4 15,34 88,9 8,19 94,8 Fekal Koliform (kob/ 100mL) - - - 2x103 _{nd - - - nd - - - nd - - - nd -} Toplam Koliform - - - 2x10 4 _{nd - - - nd - - - nd - - - nd -}

126

UP150/LFC3, UP150/CPA3 ve UP150/TFC bütünleĢik membran sistemlerini karĢılaĢtırdığımızda konvansiyonel parametreler bakımından t0 için sırasıyla %70,7-

100, %22,2-98,3, %76,5-96,7 aralıklarında giderim verimleri elde edildiği görülmektedir. tson için elde edilen giderim verimleri ise aynı sıralamaya göre %87,2-

100, %82,4-100, %81,7-100 Ģeklindedir. Buna göre performans bakımından en iyi geri kazanım oranı ve süzüntü akısı elde edilen UP150/LFC3 sisteminde, konvansiyonel parametreler için giderim verimi bakımından da diğer sistemlere kıyasla daha iyi kalitede süzüntü sağlandığı belirlenmiĢtir. Bu nedenle en iyi performans sağlanan UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi süzüntüsüne göre hem kentsel hem de tarımsal sulama suyu kalitesi değerlendirilmiĢtir.

AATTUT-Tablo E7.1’e göre Sınıf A ve Sınıf B kalitesinde, ayrıca (USEPA, 2004)’e göre giriĢi kısıtlı sulama alanı ile kentsel ve tarımsal yeniden kullanım bakımından, pH değerinin 6-9 arasında olması beklenmektedir. Bu iki mevzuata göre UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi çıkıĢında pH değeri hem deney baĢında hem de deney sonunda istenen seviyededir. (WHO, 2006)’ya göre deney sonunda pH için istenen sınır değerin bir miktar üzerinde süzüntü elde edilmiĢtir. (FAO, 1992)’ye göre ise UP150/LFC3 sistemi çıkıĢ suyunun deney sonunda pH açısından damlatmalı sulama sistemleri için kullanımda kısıtlanma derecesi “ġiddetli”dir. Bu nedenle (FAO, 1992)’ye göre UP150/LFC3 sistemi süzüntüsünün damlatmalı sulama için kullanımında pH ayarlaması yapılması gerekmektedir.

AKM ve bulanıklık konsantrasyonları UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi çıkıĢında deney baĢı ve sonunda AATTUT-Tablo E7.1, (USEPA, 2004), (WHO, 2006) ve (FAO, 1992) kriterlerine göre istenen düzeydedir. Deney baĢında ve sonunda elde edilen KOĠ çıkıĢ konsantrasyonları sırasıyla 6,66 ve 2,42 mg/L’ dir. Bu değerlere göre BOĠ5 konsantrasyonunun da (USEPA, 2004) ve AATTUT

mevzuatlarında belirtilen kentsel ve tarımsal yeniden kullanım kriterlerinin altında olması beklenmektedir.

UF/TO bütünleĢik membran sistemi deneylerinde ikincil arıtılmıĢ atıksuda yapılan mikrobiyolojik analizlerde fekal ve toplam koliform miktarları sırasıyla ortalama 2x103 ve 2x104 kob/100mL olarak belirlenmiĢtir. Tüm UF/TO bütünleĢik sistem deneyleri sonunda ise UF ve TO süzüntülerinde bu mikroorganizmalar tespit

127

edilemez miktardadır. Bu bakımdan fekal koliform için bu çalıĢmada yer alan mevzuatlardaki sınır değerler sağlanmıĢtır. Ancak (USEPA, 2004)’e göre bazı durumlarda virüs ve parazitleri inaktif hale getirmek için daha yüksek kalıntı klor ve/veya temas süresi önerilmektedir. Ayrıca sulama amaçlı geri kazanılmıĢ suda patojen kirliliğin ölçülebilir düzeyde olup olmadığını belirlemek bakımından fekal koliformun günlük olarak izlenmesi gerekmektedir.

SAR değeri ikincil arıtma çıkıĢında 3,03 ve deney sonunda UP150 membran süzüntüsünde 3,13 iken, UP150/LFC3, UP150/CPA3 ve UP150/TFC bütünleĢik membran sistemleri süzüntülerinde sırasıyla 0,51, 1,33, 1,79’dur. SAR parametresi için ön deneysel çalıĢmalar ile UF ve NF proseslerinde elde edilen sonuçlar benzerlik göstermektedir. AATTUT-Tablo E7.2’ ye göre ikincil arıtma çıkıĢı ve UF çıkıĢında SAR bakımından 2. sınıf, UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi çıkıĢında ise 3. sınıf sulama suyu üretilebilmiĢtir. Benzer Ģekilde (WHO, 2006) ve (FAO, 1992) standartlarına göre SAR parametresi için sulama suyunun kullanımda kısıtlanma derecesi aynı sistem için “ġiddetli” olarak belirlenmiĢtir. Ön deneysel çalıĢmalarda olduğu gibi UP150/LFC3 sistemi çıkıĢ suyuna KCl ilavesiyle iletkenliği hedef değere getirerek 2. sınıf su elde etmek mümkündür. UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi çıkıĢında SAR değeri AATTUT-Tablo E7.4’te verilen aralıkların altında kaldığından, kimyasal ilavesi ile sulama suyu sınıfının iyileĢtirilmesi esnasında sulanacak bitki toleranslarına dikkat etmek gerekmektedir.

AATTUT-Tablo E7.2’ye göre kentsel ikincil arıtma çıkıĢ suyu ve deney sonu UP150 membran süzüntüsü, iletkenlik ve TÇM parametreleri bakımından sırasıyla 2. ve 1. sınıf sulama suyu ile eĢdeğerdir. UP150/LFC3 bütünleĢik membran sisteminde ise deney sonunda iletkenlik için 1. sınıf sulama suyu üretilirken, TÇM için sulama suyu sınıfı aynı kalmıĢtır. AATTUT-Tablo E7.3’te bitkilerin tuzluluğa olan hassaslıkları açısından bakıldığında; UP150/LFC3 sistemi deney sonu süzüntüsü TÇM değeri 500 mg/L’ den küçüktür. Bu nedenle tarımsal yeniden kullanımda bitkiler için olumsuz tuzluluk etkisinden söz edilemez. Bor parametresi açısından da TÇM sonuçları benzerlik göstermektedir. (WHO, 2006) ve (FAO, 1992) standartlarına göre UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi deney sonu süzüntüsünün, bor parametresi bakımından kullanımda kısıtlanma derecesi “Yok”tur. Bor konsantrasyonu 0,5 mg/L olan UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi deney sonu süzüntüsü, AATTUT-

128

Tablo E7.6’da bitkilerin bora karĢı dayanıklılık dereceleri bakımından sadece fasulye, yer fıstığı, buğday, soğan, arpa, börülce ve meyveli ağaçlar için “Hassas” sınıfa girmektedir.

UP150/LFC3 bütünleĢik membran sisteminde sodyum parametresi giderim verimi, deney baĢında %94,4 iken deney sonunda %97,2’a ulaĢarak artıĢ göstermiĢtir. Cl-

giderim verimi ise %94,8’den %97,7’e ulaĢmıĢtır. Deney sonu TO süzüntüsündeki Na+ ve Cl- konsantrasyonları, hem yüzey sulaması hem de damlatmalı sulama bakımından AATTUT-Tablo E7.2’ye göre 1. sınıfa eĢdeğerde sulama suyu üretilebildiğini göstermektedir. Deney sonu süzüntüsünün, aynı parametreler için (WHO, 2006) ve (FAO, 1992) standartlarına göre, sulama suyu bakımından kullanımda kısıtlanma derecesi “Yok”tur. AATTUT-Tablo E7.5’te verilen bitkilerin yapraklarına zarar veren klorür konsantrasyonları bakımından; UP150/LFC3 deney sonu süzüntüsünde tespit edilen 2,25 mg/L Cl-

konsantrasyonu, sadece hassas sınıftaki badem, kayısı ve erik bitkileri için etkili olmaktadır.

UP150/LFC3 bütünleĢik membran sisteminde TN, TP ve NO3--N nütrientleri

bakımından elde edilen deney sonu giderim verimleri sırasıyla %90,5, %99,6 ve %92,3’ tür. AATTUT-Tablo E7.9’ da verilen BNR+MF+TO+dezenfeksiyon içeren bir proses için geri kazanılmıĢ atıksuda olabilecek nütrient seviyeleri bakımından TP ve NO3--N konsantrasyonları UP150/LFC3 bütünleĢik membran sistemi deney sonu

süzüntüsünde beklenen düzeydedir. Süzüntüdeki 1,15 mg/L TN konsantrasyonu ise AATTUT’ ne göre beklenen düzeyin (<1mg/L) bir miktar üzerinde belirlenmiĢtir. Ancak elde edilen değer (WHO, 2006)’ya göre sulama için kullanımda kısıtlanma olmayan TN konsantrasyonu <5mg/L’nin altındadır. (FAO, 1992)’ye göre ise NO3--

N için kullanımda kısıtlanma derecesi “Yok” tur.

Ca+2, Mg+2, SO4-2, PO4-3, K+, NO2- ve HCO3- parametreleri için UP150/LFC3

bütünleĢik membran sisteminde elde edilen deney sonu giderim verimleri sırasıyla %96,8, %98,9, %98,8, %93,9, %90,9, %96,7 ve %89,6 Ģeklindedir.

UP150/LFC3, UP150/CPA3 ve UP150/TFC bütünleĢik membran sistemlerinde Tablo 3.20’de belirtilen tüm ağır metal ve toksik elementler için deney sonunda elde edilen giderim verimleri sırasıyla %0-99,2; %0-100 ve %0-99,8 arasındadır. Sulama suyu kalitesinin değerlendirilmesi için uygun görülen UP150/LFC3 bütünleĢik

129

membran sisteminde her bir membran çıkıĢındaki ağır metal ve toksik element konsantrasyonları, AATTUT’nde her türlü zeminde sürekli sulama yapılması durumu için belirtilen sınır değerlerin altındadır. Bitki büyümesi için topraktaki eser element miktarının en aza indirilmesi gerekli olmakla birlikte, ön deneysel çalıĢmalarda olduğu gibi UP150/LFC3 sistemi deney sonunda da %99,2’ye kadar ağır metal ve toksik element giderim verimi elde edilmiĢtir. Ayrıca (WHO, 2006) ve (FAO, 1992) kriterlerine göre Fe ve Mn konsantrasyonları açısından UP150/LFC3 sistemi deney sonu süzüntüsünün, damlatmalı sulama için kısıtlanma derecesi “Yok” olarak belirlenmiĢtir.