Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü ENV 313 Fiziko-Kimyasal Prosesler Laboratuvarı Deney Föyü

(1)

Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Çevre Mühendisliği Bölümü

ENV 313 Fiziko-Kimyasal Prosesler Laboratuvarı Deney Föyü

Hazırlayanlar

Arş. Gör. Candan ERYILMAZ Arş. Gör. Ali Kemal TOPALOĞLU Arş. Gör. Dr. Bekir Fatih KAHRAMAN

Ders Sorumlusu Prof. Dr. Ayten GENÇ

Ekim 2020 ZONGULDAK

(2)

1

İÇİNDEKİLER

İÇİNDEKİLER ... 1

1 DENEY PROGRAMI ... 3

2 LABORATUVARDA UYULACAK GENEL KURALLAR ... 4

2.1 Kimyasal Madde ile Çalışırken Uyulması Gereken Kurallar ... 5

2.2 Cam Malzeme ile Çalışırken Uyulması Gereken Kurallar ... 5

2.3 Cihaz Kullanımında Uyulması Gereken Genel Kurallar ... 5

2.4 Kazalarda Uyulması Gereken Kurallar ve İlk Yardım ... 6

3 LABORATUVAR ÇALIŞMALARININ DEĞERLENDİRİLMESİ ... 8

4 DENEY RAPORU YAZIM KILAVUZU ... 9

4.1 Deney Raporu ... 9

4.2 Deney Notunun Hesaplanması ... 10

5 DENEYLER ... 11

5.1 HAVALANDIRMA ... 11

5.1.1 Deneyin Amacı ... 11

5.1.2 Kullanılan Malzemeler ... 11

5.1.3 Teori ... 12

5.1.4 Deneyin Yapılışı ... 14

5.1.5 Hesaplamalar ... 15

5.1.6 Değerlendirme ... 17

5.2 PIHTILAŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA (JAR TEST) ... 19

5.2.3 Teori ... 19

5.2.4 Deneyin Yapılışı.. ... 20

5.4 DÖNER BUHARLAŞTIRICI (ROTARY EVAPORATOR) ... 23

5.4.3 Teori ... 23

(3)

2

5.5 ADSORPSİYON ... 29

5.5.3 Teori ... 29

5.6 ELEK ANALİZİ ... 35

5.6.3 Teori ... 35

5.6.5 Hesaplamalar.. ... 38

5.7 MODEL ÇÖKELME TANKI ... 40

5.7.3 Teori ... 40

(4)

3 1 DENEY PROGRAMI

DENEY TARİHLERİ VE GRUPLAR

Tarih DENEY NO 27.10.2020 D1 03.11.2020 D2 10.11.2020 D3 01.12.2020 D4 08.12.2020 D5 15.12.2020 D6

D1 Havalandırma

D2 Pıhtılaştırma ve Yumaklaştırma (Jar Test)

D3 Döner Buharlaştırıcı

D4 Adsorpsiyon

D5 Elek Analizi

D6 Model Çökelme Tankı

(5)

4

FİZİKOKİMYASAL PROSESLER LABORATUVARI GÜVENLİK VE ÇALIŞMA KURALLARI

2 LABORATUVARDA UYULACAK GENEL KURALLAR

 Laboratuvarda çalışırken mutlaka önlük ve kapalı ayakkabı giyilmelidir. Laboratuvar önlüğü daima kapalı olmalıdır. Önü açık önlük ile çalışmak tehlikelidir.

 Çalışma sırasında mutlaka eldiven giyilmelidir. Gerektiğinde koruyucu gözlük takılmalıdır.

 Uzun saçlar, sallantılı takılar ve elbiseler laboratuvar ortamında tehlikeye yol açabileceklerinden dolayı, uzun saçlar arkada toplanmalı, sallantılı takılar çıkarılmalıdır.

 Ellerde açık yara, kesik, çatlak vs. varsa çalışmaya başlamadan önce mutlaka bandajla kapatılmalı ve yapılacak işe uygun eldiven giyilmelidir.

 Laboratuvarda asla cep telefonu kullanılmamalıdır. Uçucu ve yanıcı çözücüler nedeniyle pillerin alev alma riski taşıdığı ve statik elektrik ile çözücülerin alev alma riski olduğu bilinmelidir.

 Laboratuvarda hiçbir şekilde müzik dinlenmemelidir.

 Laboratuvarlara yiyecek ve içecek getirilmemeli ve sakız çiğnenmemelidir.

 Laboratuvarlarda bulunan hiçbir malzeme deney dışı amaçlar için kullanılmamalıdır.

 Laboratuvarda başkalarının dikkatini dağıtıcı hareketler yapılmamalıdır. Laboratuvarda oyun oynanmamalı ve asla şaka yapılmamalıdır.

 Palto, çanta, kitap gibi eşyalar için laboratuvar girişinde yer alan dolap ve askılar kullanılmalıdır. Bu malzemeler ile laboratuvara kesinlikle girilmemelidir.

 Laboratuvarda yangın söndürücülerin yeri ve nasıl kullanılacağı öğrenilmelidir.

 Laboratuvarda hiçbir şekilde deney bırakılıp gidilmemelidir.

 Deney esnasında beklenmeyen bir durum ortaya çıktığında laboratuvardaki sorumlu kişiye hemen haber verilmelidir.

 Laboratuvarda yapılan deneyler sona erdiğinde, kullanılan elektrikli malzemelerin fişi çekilmeli ve su vanaları kapatılmalıdır. Bu işlemler sonunda, sorumlu kişi bilgilendirilmeli ve birlikte son kontrol yapıldıktan sonra, sorumlu kişinin izni ile laboratuvardan çıkılmalıdır.

 Laboratuvardan çıkışta eller mutlaka yıkanmalıdır.

(6)

5

 Kullanılmış kaplar, her ne suretle olursa olsun kirli bırakılmamalıdır. İçindeki maddelerin kuruyup yapışmasına imkan verilmemelidir. Temizleme işlemi bittikten sonra kaplar ve diğer malzemeler yerlerine yerleştirilmeli, deney masası ve deney setinin temizliğine özen gösterilmelidir.

2.1 KİMYASAL MADDE İLE ÇALIŞIRKEN UYULMASI GEREKEN KURALLAR

 Laboratuvarda bulunan kimyasallara çıplak elle dokunulmamalı, tadına bakılmamalı ve koklanmamalıdır.

 Kimyasalların alındıkları şişelerin kapakları derhal kapatılmalı ve kapaklar karıştırılmamalıdır. Şişelerden kullanılmak üzere alınan kimyasallar, orijinal şişelerine tekrar konulmamalıdır.

 Katı kimyasallar temiz bir spatül ile alınmalıdır.

 Pipet ile sıvı çekilirken asla ağız kullanılmamalıdır. Bunun yerine puar kullanılmalıdır.

 Asitler suya azar azar ilave edilmelidir. Kesinlikle asidin üzerine su ilave edilmemelidir.

 Zehirli buharları ve gazları solumaktan kaçınılmalıdır. Bu tür maddeler ile derişik asit, baz ve uçucu çözücülerle çalışırken çeker ocak kullanılmalıdır.

 Kimyasal maddeler hiçbir zaman laboratuvar dışına çıkarılmamalıdır. Ancak sorumlu kişiler tarafından gerekli taşıma aracı ve güvenlik tedbirleri sağlandıktan sonra transfer yapılabilir

2.2 CAM MALZEME İLE ÇALIŞIRKEN UYULMASI GEREKEN KURALLAR

 Çatlak, kırık ve kirli cam malzemeler kullanılmamalıdır.

 Kırık cam malzemelere çıplak el ile dokunulmamalıdır. Kırılan cam malzemeler süpürülerek dikkatlice uygun bir yerde muhafaza edilmelidir.

 Pipet, baget gibi yuvarlanabilecek cam malzemeler laboratuvar tezgahı üzerine düşmelerini önleyecek şekilde konulmalıdır.

 Sıcak cam malzemeler doğrudan soğuk ortama veya çalışma tezgâhına konulmamalıdır.

Ani sıcaklık değişimi cam malzemelerin çatlamasına veya kırılmasına neden olabilir.

 Kullanımdan önce ve sonra cam malzemeler distile su ile mutlaka yıkanmalıdır.

2.3 CİHAZ KULLANIMINDA UYULMASI GEREKEN GENEL KURALLAR

 Laboratuvardaki cihazlar, kullanma talimatlarına uygun olarak kullanılmalı ve hiçbir cihaz amacı dışında kullanılmamalıdır.

(7)

6

 Etüv veya fırın kullanırken yapılmış sıcaklık ayarı değiştirilmemelidir. Değişim gerekiyor ise sorumlu kişiye bildirilmelidir.

 Plastik eldiven ile etüv, fırın kullanılmamalıdır. Yüksek sıcaklıklarda çalışırken maşa kullanılmalıdır.

 Isıtma veya kaynatma işleminde kabın tamamen kapalı olmamasına dikkat edilmelidir.

Basınç artışı patlamaya neden olabilir.

 Hassas terazi kullanılmadığı zamanlarda kapalı ve yüksüz olmalıdır.

 Hassas terazinin dengesi kontrol edilmelidir. Su terazisindeki hava kabarcığının ortalanmış olması gerekmektedir. Aksi durumda sorumlu kişiye bildirilmelidir.

 Hassas terazi üzerine veya etrafına kimyasal madde dökülmemesine özen gösterilmelidir.

Dökülme durumunda sorumlu kişiye bildirilmelidir.

 Çeker ocaklar kullanılmadan önce havalandırma sistemi çalıştırılmalıdır.

 Çeker ocakla çalışırken kimyasallar çeker ocağın ön kısmından en az 15 cm içeriye konulmalı ve ocağın camı mümkün olduğunca kapalı tutulmalıdır.

 Patlayıcı veya yanıcı kimyasallar ile çeker ocakta çalışırken tüm cihazların elektrik bağlantısı önceden yapılmalıdır.

 Çalışma bittikten sonra tüm cihazların elektrik bağlantısı kesilerek kapalı olduğundan emin olunmalıdır.

2.4 KAZALARDA UYULMASI GEREKEN KURALLAR VE İLK YARDIM

 Cilde veya göze kimyasal madde sıçraması halinde bol su ile yıkanmalı, ilk yardım kuralları çerçevesinde hareket edilmelidir.

 Kesik veya kanamalarda; sorumlulara haber verilerek, gerekli müdahalenin yapılması sağlanmalı, kanamanın durdurulmasına çalışılmalıdır. Yara, laboratuvar ilk yardım dolabında bulunan oksijenli su ile temizlenmelidir. Yaralı uygun bir şekilde yatırılarak kanayan organ yukarı kaldırılmalıdır. Temiz bir bezle yara üzerine 10 dakika basınç (başparmakla) uygulanmalı, eğer yara ikiye ayrılıyorsa iki taraftan basınç uygulanarak kenarların bitişik durması sağlanmalı, kanama durmuyorsa ana damarlara basınç uygulanmalıdır. Derin kesiklerde tampon yapılarak, sorumlulara bilgi verilmeli ve 112’ye telefon edilmesi sağlanmalıdır.

 Giysilerin ateş alması durumunda asla koşulmamalı; yerde yuvarlanarak alev söndürülmeye çalışılmalı ve yardım istenmelidir.

(8)

7

 Bir yangın çıktığında yapılacak ilk iş yangını haber vermektir. Yangının yayılmasını önlemek için kapı kapatılıp yardım istenmelidir. Yardım gelince yangın tüpleri ile müdahale edilir.

 Gaz zehirlenmelerinde öncelikle açık havaya çıkılarak derin nefes alınımı ile ciğerlerin boşalması sağlanır.

(9)

8

3 LABORATUVAR ÇALIŞMALARININ DEĞERLENDİRİLMESİ

CEV303 Temel İşlemler, CEV313 Fiziko-Kimyasal Prosesler ve ENV313 Physico-chemical Processes derslerini alan öğrenciler bu laboratuvar föyünde yer alan deneylerin sunumlarını yapmak zorundadırlar. Öğrenciler sunumlarını yapmadıkları ve raporlarını sunmadıkları deneylerden not olarak “Sıfır” alacaklardır. İki deneyden “Sıfır” notu alındığında laboratuvar notu da “Sıfır” olarak kabul edilecektir. Bu durumda öğrenciler yukarıda bahsi geçen derslerden Arasınav ve Final notları ne olursa olsun “Başarısız” olarak kabul edilecektir.

Her bir öğrenci için:

Deney Notu = Sunum (%40) + Rapor (%40) + Final Ödevi (%20) Laboratuvar Notu= Deney Notları Toplamı/Deney Sayısı

 Sunum: Deney hakkında öğrencilerin detaylı olarak araştırma yapıp power point sunumu olarak hazırladıkları en fazla 20 dakikalık sunudur.

 Rapor: Öğrenciler deneyde yapmış oldukları çalışmaları içeren ve yazım kurallarına uygun olarak hazırlanmış grup raporunu deneyler yapıldıktan bir hafta sonra sunmalıdırlar.

 Final Ödevi: Laboratuvar sonunda tüm deneylerden sorular içeren ve öğrencilerin araştırarak cevaplaması gereken sınavdır.

Zamanında gelmeyen raporlar daha sonra kabul edilmeyecektir. Tüm raporlar bilgisayarda yazılarak mail olarak iletilir. Raporlar grup olarak hazırlanmalıdır.

(10)

9 4 DENEY RAPORU YAZIM KILAVUZU

Deney raporu yazılırken, rapordaki bilgilerin tam ve eksiksiz olmasına; eksik veya yanlış ya da fazla veya tekrar bilgilerin yer almamasına; imlâ kurallarına uyulmasına ve kurulan cümlelerde geniş zaman edilgen yüklemlerin kullanılmasına dikkat edilmelidir.

4.1 Deney Raporu

Bir deney için hazırlanacak rapor aşağıdaki formatta sunulmalıdır:

KAPAK SAYFASI:

DERSİN İSMİ : GRUP NO : DENEY NO : DENEY İSMİ : DENEY TARİHİ : ÖĞRENCİ NO : ÖĞRENCİ İSMİ :

1. DENEYİN AMACI:

Bu başlık altına kısa, sade ve net bir biçimde deneyin amacı yazılır.

2. DENEYİN ANLAM VE ÖNEMİ:

Bu bölümde deneyin anlam ve önemi üzerinde durulur, Çevre Mühendisliğindeki kullanım amaçlarından, faydalarından ve diğer gerekli temel bilgilerden bahsedilir. Bu bölüme yazılanlar konunun temelini teşkil etmeli, fazla, gereksiz ve tekrar bilgilerden kaçınılmalı, sade ve net bir şekilde yazılmalıdır. Bu bölüme deney hakkında bilinmesi gereken temel bilgiler de yazılabilir.

3. DENEY DÜZENEĞİ:

3.1 Kullanılan araç ve gereçler

Deneyde kullanılan cihazların isimleri yazılır.

3.2 Kullanılan kimyasallar

Deneyde kullanılan kimyasallar formülleri ile birlikte verilir.

(11)

10 4. DENEYİN YAPILIŞI:

Bu bölümde deneyin yapılışı anlatılır. Deney esnasında izlenen adımlar ve ölçülen parametreler yazılır.

5. HESAPLAMALAR:

Bu bölüme gerekirse deney esnasında yapılan, yapılmasına ihtiyaç duyulan hesaplamalar ve grafikler verilerek açıklamalarda bulunulur.

6. DEĞERLENDİRME:

Deney sonucunda elde edilen verilerin değerlendirilmesi bu bölümde yapılır. Yapılan deney ve çıkan sonuçlar değerlendirilir. Sebep-sonuç açıklamasında bulunulur. Deney yapılırken kafalarda oluşan soruların cevapları aranır ve yazılır.

7.KAYNAKLAR

Kaynaklar metin içerisinde kullanıldığı yerde (Yazar soyadı, tarih) şeklinde belirtilmeli ve aşağıdaki düzene göre raporun sonunda kaynaklar bölümünde verilmelidir.

Yazarın soyadı, Adının ilk harfi, (yıl), “Makalenin adı”, Kitabın/derginin adı, Sayı (cilt), Sayfa no, Yayınevinin adı, Ülke/şehir adı.

4.2 Deney Notunun Hesaplanması

Deney raporlarının değerlendirilmesinde aşağıdaki puanlama sistemi kullanılacaktır.

KATEGORİ PUAN

1. Deney raporunun formata uygun olarak yazılması 10

2. Teori 10

3. Deneyin yapılışı 20

4. Hesaplamalar 30

5. Sonuçların yorumlanması 20

6. Kaynaklar 10

TOPLAM 100

(12)

11 5 DENEYLER

5.1. HAVALANDIRMA 5.1.1. Deneyin Amacı

Suların absorpsiyon katsayısı ve oksijenlenme kapasitesinin belirlenmesi.

5.1.2. Kullanılan Malzemeler

Kimyasallar

 Çeşme Suyu

 Sodyum Sülfit Çözeltisi (1/100lük)

 Cobalt(II)Klorür

Cihazlar

 Havalandırma düzeneği

 Sıcaklık Probu

 Çözünmüş Oksijen Probu

Şekil 5.1 Havalandırma Deney Düzeneği

(13)

12 5.1.3. Teori

Havalandırma su ve atıksu arıtımında suya oksijen kazandırmadır. Su ortamında oksijenden başka, metan, CO2, H2S gibi gazlar da çözünür ve bu gazlar suyun tadını bozar. Bu yüzden suda bulunmaları istenmez ve çeşitli havalandırma sistemleri ile su ortamından uzaklaştırılırlar.

a) Gaz Transferi ve Havalandırmanın Teorik Esasları

Sıvı faz içinde gaz fazının iletilmesine gaz transferi denir. İki faz arasında gaz transferinin gerçekleşebilmesi için gaz fazına basınç uygulanması gereklidir. Su ve atıksulara çeşitli amaçlarla hava (demir mangan giderimi, aerobik arıtma), CO2 (sertlik giderimi, karbonat dengesi), O3 (dezenfeksiyon) ve Cl2 (dezenfeksiyon) gibi gazlar transfer edilir. Havalandırma esnasında, gaz fazının etkin kuvveti basınç; sıvı fazın ise konsantrasyon gradyantıdır. Gaz-sıvı ara yüzeyindeki konsantrasyon doyma değerine eşittir. Birçok atıksu arıtma prosesinde olduğu gibi, oksijen ve karbondioksit gibi az çözünen gazlar için transfer işlemini yönlendiren sıvı fazdır. Bu durumda konsantrasyon gradyantı önem kazanmaktadır. Böylece:

Birim zamanda kütle transferi=KL.a.(Cs-C) (5.1)

Burada,

KL: Sıvı film katsayısı

a: Birim hacimdeki transfer için temas alanı [(Yüzey Alanı, A)/(Hacim, V)]

Sıvı film katsayısı KL sıvının difüzyon katsayısı (D) ile film kalınlığına (Y) bağlı bir parametredir:

KL=D/Y (5.2)

Ayrıca “a” değeri damlacıkların yüzey alanı (A) ve hacmine (V) bağlı olarak tanımladığında:

a= A/V (5.3)

(14)

13

elde edilir. Damlacıklar küçüldükçe “a” değeri büyür ve gaz transferi artar. Pratikte “a” değerini ölçmek mümkün değildir. Bunun yerine birim zaman için toplam katsayı (KL.a) deneysel olarak bulunur.

Su ve atıksuların arıtılmasında gaz transferi demek suya hava, C02, O3, Cl2 v.b gazlarının verilmesi demektir. Bu gazlar su ortamına verilirken önemli olan husus, bu gazların su ortamında çözünürlüklerinin arttırılmasıdır. Gazların sudaki çözünürlüğünü bir çok faktör etkilemektedir.

Gazların sudaki çözünürlüğünü çözünen gazların cinsi, gazların gaz fazındaki kısmi basıncı veya derişimi, suyun sıcaklığı ve sudaki mevcut safsızlıklar gibi faktörler etkilemektedir.

b) Gazların cinsinin çözünürlüğe etkisi

Bazı gazlar suda moleküler olarak çözünürler ve su ile reaksiyona girmezler. Örneğin 02, 03, H2, N2,CH4 gibi gazlar su ile reaksiyona girmeden moleküler çözünen gazlardır. Bazı gazlar ise belli oranda su ile reaksiyona girerek ortamın pH değerine göre hem iyonik hem de moleküler olarak çözünürler (NH3, H2S ve CO2)

c) Çözünürlüğe gaz derişiminin etkisi

Gaz ortamındaki gaz derişimi, gazın kısmi basıncı veya mol sayısı ile doğru orantılıdır. Gazların basıncı artıkça hacmi azalmakta, dolayısıyla çözünürlüğü artmaktadır. Gazlar su ortamı ile karşılaştıklarında gaz ortamında bulunan gaz belli oranda suda çözülür ve aralarında dinamik bir denge oluşur. Herhangi bir nedenle denge bozulursa yeniden denge oluşuncaya kadar çözünme devam eder. Her gazın aynı sıcaklıkta belli bir çözünürlüğü vardır.

Bu değere doygunluk derişimi denir (Cs).

d) Sıcaklığın çözünürlüğe etkisi

Isınan maddelerde hacim genişlemesi olur. Su ortamı ısıtılırsa hem su hem de su ortamında çözünmüş halde bulunan gaz genleşir. Ancak gazın genleşmesi suyun genleşmesinden daha fazla olduğundan su içinden uzaklaşmak ister. Bu yapıda gazların sıcaklıkta çözünürlüğünün azaldığını göstermektedir.

(15)

14

Havalandırma atıksu ve içme suyu uygulamalarında çokça kullanılan bir süreçtir. Ayrıca aktif çamur, havalandırma lagünleri ve aerobik süreçler sırasında biyolojik kütlenin oksijen ihtiyacının karşılanması için havalandırma işlemi en önemli basamaklardan biridir.

Sprey/jet havalandırıcılar, kabarcıklı havalandırıcılar, mekanik havalandırıcılar, yüzey havalandırıcılar, kademeli havalandırıcılar, düşümlü havalandırıcılar, havalandırma işlemi için kullanılan araçlardır. 1 atmosfer basınçta havayla denge halindeki saf sudaki doygunluk

oksijen derişimleri ve sıcaklık düzeltme faktörleri Tablo 5.1’de sunulmuştur.

Tablo 5.1 Çözünmüş oksijenin sıcaklık ile değişimi

Sıcaklık (⁰C) O2 Derişimi (mg/L) Sıcaklık düzeltme faktörü (F)

0 14.63 1,219

2 13,84 1,172

4 13,11 1,126

6 12,45 1,083

8 11.84 1,040

10 11,28 1,000

12 10,77 0,961

14 10,29 0,924

16 9,86 0,888

18 9,46 0,853

20 9,08 0,820

22 8,74 0,788

24 8,42 0,758

26 8,12 0,728

28 7,84 0,700

30 7,57 0,673

5.1.4. Deneyin Yapılışı

- Tankı 2 L çeşme suyu ile doldurunuz. Çözünmüş oksijen probunu suyun içine yerleştirerek suyun çözünmüş oksijen derişimini belirleyiniz.

- Tankın içerisine 20 ml Sodyum Sülfit çözeltisi ekleyiniz ve çözünmüş oksijen derişimini yeniden ölçünüz. (Çözünmüş oksijen probunun göstergesinde yanıp sönen mg/l ifadesi

(16)

15

sabitlenene kadar bekleyiniz ve her ölçümden sonra probu saf su ile yıkayarak kurulayınız, ikinci ölçüme kadar bekletme kabında saklayınız)

- Çözünmüş oksijen derişimi >0,7 mg/l ise bir miktar daha sodyum sülfit çözeltisi ekleyerek çözünmüş oksijen derişimini kontrol ediniz.

- Çözünmüş oksijen probunu tanktan çıkararak pedallı karıştırıcıyı ve havalandırma pompasını en yüksek ayarda çalıştırınız.

- 25 dk sonunda havalandırma pompasını kapatarak 5 dk karıştırma işlemine devam ediniz. 5 dakikalık sürenin sonunda pedallı karıştırıcıyı da kapatarak çözünmüş oksijen probunu tanka yerleştiriniz ve suyun çözünmüş oksijen derişimini kaydediniz.

- 2 saat süresince her her 30 dakikada 1 kez bu işlemi tekrarlayınız. Sonuçlarınızı Tablo 5.2’ye kaydediniz.

5.1.5. Hesaplamalar

Tablo 5.2 Zamana bağlı olarak çözünmüş oksijen ölçümleri

Zaman(dak) 0 0 30 60 90 120

O2 (mg/L) Sıcaklık (ºC)

- Zamana karşılık konsantrasyonuna bağlı çözünmüş oksijen doygunluk değerlerinin grafiğini çiziniz.

- Gaz transfer katsayısını hesaplayınız

a) Zamana karşılık konsantrasyonuna bağlı çözünmüş oksijen doygunluk değerlerinin grafiğini çiziniz.

b) Gaz transfer katsayısını hesaplayınız

(17)

16

Tablo 5.3 Gaz transfer katsayısının hesaplanması

t (dk) C -In( )

(5.4)

Burada:

Cs: Gazın doygunluk değeri, mg/L C: Gaz konsantrasyonu, mg/L

Denklem (5.4) logaritması alındığında:

(5.5)

elde edilir ve zamana (t) karşılık (-In( )) grafiği çizilirse eğiminden toplam gaz transfer katsayısı hesaplanır (Şekil 5.3).

m=KLa

(18)

17

Şekil 5.2 Zamana karşılık (t), (-In( )) grafiğinden KLa’nın bulunması

 Oksijenlenme kapasitesini hesaplayınız

Hacmi belirli bir reaktördeki oksijenlenme kapasitesi,

Oc=(KLa). Cs. V (5.6)

5.1.6. Değerlendirme

Bir su haznesi 300 m³ hacminde olup, yüzeyden bir mekanik havalandırıcıyla havalandırılmaktadır. Oksijen alma kapasitesini tayin etmek için hazne 10°C sıcaklığında temiz su ile doldurulmuştur. Test standart normal şartlar altında yapılmıştır (Deniz seviyesinde, 101.3 kPa basınç altında). Aşağıda verilen ölçme neticelerine göre kütle transfer katsayısını bulunuz?

(19)

18 Ölçümler

Zaman (dakika) O2 konsantrasyonu (g/m³)

0 2.0

1 3.85

2 5.33

3 6.51

4 7.46

5 8.22

 Yukarıdaki verileri kullanarak 10 dakika sonraki O2 konsantrasyonunu bulunuz ve sistemin oksijen alma kapasitesini bulunuz?

(20)

19

5.2. PIHTILAŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA DENEYİ (JAR TEST) 5.2.1. Deneyin Amacı

Pıhtılaştırma ve yumaklaştırma sürecindeki gerekli koagülant dozu ve en uygun pH değerinin Jar test deneyi ile belirlenmesi.

5.2.2. Kullanılan Malzemeler

Kimyasallar

 Alüminyum sülfat (alum çözeltisi), %10 luk: 10 gr alüminyum sülfat (Al2(SO4).18H2O) tartılır ve bir miktar distile suda tamamen çözülerek 1L’ye tamamlanır.

Cihazlar

 Türbidimetre

 pH metre

 Cam beher (1L’lik)

 Balon joje (1L’lik)

 Jar test deney düzeneği 5.2.3. Teori

Sulara bazı kimyasal maddeler ekleyerek çökelme özelliği olmayan kolloidlerin, daha iyi çökebilen yumaklar haline çevrilmesi yöntemine pıhtılaştırma-yumaklaştırma (koagülasyon- flokülasyon) adı verilir. Yüzeysel sulardan su temini çalışmaları, evsel ve endüstriyel atıksuların arıtılması için sık kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem ile bulanıklık, renk, zararlı bakteriler, patojenler, algler, planktonlar, koku yaratan ve tat bozan maddeler çöktürülerek giderim yapılmaktadır.

Kolloid adı verilen parçacıklar 10^-3 – 10^-6 mm arasında ölçülere sahiptir. En önemli özelliği yüzey alanlarının çok büyük olmasıdır. Ayrıca kolloid partiküller genellikle davranışlarını etkileyen elektrik yüklerine sahiptir. Partikül yüzeyinde bulunan yükler, bir elektriksel alan oluştururlar. Bu yükler birincil yük olarak tanımlanır ve iki nedenle oluşurlar. Birincisi, partikül yapıyı oluşturan moleküllerin uç kısımlarındaki reaktif grupların iyonik açıdan aktifleşmesi, ikincisi su içinde dağınık halde bulunan bazı iyonların adsorbsiyon ile kolloid üzerine yapışmasıdır.

Doğal suların içerdiği askıda katı maddelerin çoğu kolloidal yapıdadır. Bu kolloidal yapılar negatif yüklüdürler. Bu yüzden yumaklaştırmada +3 değerlikli alüminyum ve demir kullanılır.

(21)

20

Suların arıtılmasında en çok kullanılan yumaklaştırıcı alum olarak adlandırılan alüminyum sülfattır [Al2(SO4)3.14H2O]. Bu madde suya eklendiğinde, moleküller SO42-’ye, Al^3+’e, Al(OH)²⁺, Al(OH)3 ve Al(OH)4- gibi çeşitli alüminyum hidroliz komplekslerine ayrışır. Ortaya çıkan ürünlerden biri olan alüminyum hidroksit (Al(OH)3) normal pH’larda oldukça az çözünen ve çökebilen bir maddedir ve çökelirken kolloidal maddeleri de beraberinde çökeltir. Böylece sistemin uygun bir hızla karıştırılması ile askıda katı maddeler çökelti parçacıklarıyla çarpışır, onlara yapışır ve büyüyen flokların bir parçası haline gelirler. Kolloidlere gelince ise, bu mekanizma onlar için yeterli olmayıp, negatif yüzeysel yüklerin mutlaka pozitif yüklerle karşılanması ve böylece zeta potansiyellerinini sıfıra indirilmesi gerekir. Pozitif yükleri kolloidal partikül üzerindeki yükü nötralize etmek üzere negatif yüklü kolloidlerle birleşmesi sağlanarak zate potansiyeli sıfıra indirilmiş olur. Böylece elektriksel itme gücünü kaybeden kolloid flok yüzeyine adsorblanır ve flokla çökelir.

Koagülant türü, dozu ve pH gibi parametreler koagülasyon verimini etkiler. Bu parametrelerin, verimli koagülasyon için gerekli değerleri ham suyun özelliklerine göre değişim gösterir. Bu nedenle, kimyasal yumaklaştırma konusunda en iyi kimyasalı veya kimyasal bileşeni belirlemede ve içme suyu, evsel ve endüstriyel atıksu çalışmalarında istenen hedefe ulaşmak için gerekli miktarların belirlenmesinde laboratuvar çalışmalarına ihtiyaç duyulur. Jar test deneyi ile koagülant türü, dozu ve en uygun pH değeri belirlenmektedir.

Koagülasyon işlemi için kullanılabilecek başlıca maddeler;

 Alüminyum sülfat

 Demir(III) klorür

 Demir sülfat

 Sodyum alüminat

 Amonyaklı alüminyum sülfat 5.2.4. Deneyin Yapılışı

Uygun koagülant dozunun belirlenmesi

 Beherlere 1000 ml su numunesi konulur ve numuneler deney düzeneğine yerleştirilir. Suyun ilk PH, bulanıklık değerleri kaydedilir.

(22)

21

Şekil 5.3 Jar test deney düzeneği

 Beherlere 2.5 ml, 5 ml, 7.5ml ve 10 ml alum çözeltisi eklenir.

 Dozlamadan sonra numunelere 100 devir/dakika(rpm) hızla 1 dakika boyunca hızlı karıştırma yapılır.

 Daha sonra numuneler 30-40 rpm’de 20-30 dk yavaş karıştırılır. Gözler görülen yumakların oluşumuna kadar geçen süre, meydana gelen yumakların boyut ve görünüşü not alınır.

 Yumaklaşma işleminden sonra pedallar çıkarılır ve beherler 30 dk çökelmeye bırakılır.

 30 dk sonra beherden numune alınarak türbidimetre yardımıyla bulanıklık değerleri ölçülerek uygun koagülant dozu belirlenir.

Uygun pH değerinin belirlenmesi

 Bir önceki bölümde yapılan jar test deneyinde bulunan uygun koagülant dozu kullanılarak pH değeri 6.0, 7.0, 8.0, ve 9.0’a getirilmiş numunelerde yukarıdaki işlemler tekrarlanır.

(Numunelerin pH değeri 0,1 N H2SO4 veya 0,1 N NaOH kullanılarak pıhtılaştırıcı ilavesinden önce ayarlanmalıdır).

 İşlem sonunda berrak kısımdan numune alınarak bulanıklık ve pH ölçümü gerçekleştirilerek, optimum pH değer belirlenir.

5.2.5. Hesaplama

 Deney koşullarına göre bulanıklık giderim verimlerini hesaplayarak tablo ile gösteriniz.

 Kullanılan koagülant dozu ile bulanıklık arasındaki değişimi gösteren grafiği çiziniz.

5.2.6. Değerlendirme

 Optimum alum dozajı ve pH değerini nasıl belirlediğinizi açıklayınız.

 Alüminyum eklenmesi durumunda etkin bir flokülasyon sağlanamıyorsa ne yapılmalıdır?

(23)

22

 Flokülasyon sırasında suda bir miktar alkalinite olması neden istenmektedir?

(24)

23

5.3 DÖNER BUHARLAŞTIRICI (ROTARY EVAPORATOR)

5.3.1 Deneyin Amacı

Numunedeki farklı kaynama noktalarına sahip maddelerin ayrılmasında kullanılan Rotary Evaporator cihazının sıcaklık ve dönme hızının bu maddelerin ayrılmasındaki etkisinin incelenmesi.

5.3.2 Kullanılan Malzemeler Kimyasallar

 Nacl

 Saf su

Cihazlar

 Rotary Evaporator

 İletkenlik Probu

5.3.3 Teori

Düşük basınç altında farklı kaynama noktalarına sahip maddeler döner buharlaştırıcı yardımıyla ayrılmaktadır. Bu maddeler organik maddeler olabilir bunun yanı sıra seyreltik toryum, uranyum gibi nükleer atık çözeltileri buharlaştırma yöntemi ile deriştirilerek tekrar kullanıma hazırlanmaktadır.

Döner buharlaştırıcı vakumda çalışılacağı için koruma gözlüğü, eldiven ve önlük mutlaka giyilmelidir. Şekil 5.4’te döner buharlaştırıcı deney düzeneği sunulmuştur. Çözücüsü uzaklaştırılacak karışım, hacmine uygun dibi yuvarlak bir balona konulur (Balon sağlam olmalıdır ve püskürmelere karşı önlem olarak en fazla yarısına kadar doldurulmalıdır). Balon bir sıkıştırma klempi ile motor ünitesine tutturulur (klemp sağlam olmalıdır ve balonun ağırlığını taşımalıdır). Soğutucunun suyu açılır. Su banyosu istenilen sıcaklığa ayarlanır ve balon otomotik/mekanik asansör ile istenilen miktarda su banyosuna daldırılır. Döndürme motoru istenilen hıza ayarlanır. Vakum ünitesi (eğer gerekiyorsa) çalıştırılır, yavaş ve dikkatli bir şekilde sistem havaya kapatılarak istenilen miktarda (örneğin bulunduğu balondaki kaynama şiddeti göz önünde bulundurularak) vakum sağlanır. Bu esnada çözücü buharlaşır ve soğutucudan geçerek yoğunlaşır, toplama balonunda birikmeye başlar. Çözücünün tamamının uzaklaştığından emin

(25)

24

olunduğunda vakum kapatılır ve içeride oluşan vakumu dışarı atmak için yoğunlaştırıcı üzerindeki vana açılır. Daha sonra buharlaştırılacak sıvının balonu su banyosundan çıkarılır.

Sistemin sıcaklığı ve rotary kapatılır. Daha sonra balon sistemden çıkarılır.

Şekil 5.4 Döner Buharlaştırıcı

Döner buharlaştırıcının ana parçaları:

a) Elektrikli su banyosu: örnek çözeltiyi istenilen sıcaklığa ısıtmak ve buharlaşma sırasında soğumasını yada donmasını engellemek için,

b) Motor: örneği istenilen hızda döndürerek homojen ısıtmayı sağlamak ve aşırı ısınmayı önlemek için,

c) Soğutucu: buharlaşan çözücünün yoğunlaştırılarak toplama kapında toplanması için,

d) Vakum Ünitesi: vakum uygulayarak yüksek kaynama noktalı çözücünün daha düşük sıcaklıklarda kolayca uzaklaşmasını sağlamak için, (vakum pompası)

e) Mekanik asansör: örneğin bulunduğu balonu su banyosuna daldırmak ya da uzaklaştırmak için,

f) Toplama balonu: yoğunlaşan çözücünün toplanması için kullanılır.

Döner buharlaştırıcı aslında basit ve pratik vakumda damıtma düzeneği olarak düşünülebilir. Dış basınç, vakum pompası ile düşürülerek, yüksek sıcaklılara gerek duyulmadan, düşük

(26)

25

sıcaklıklarda, uzaklaştırılması istenen organik çözücü uzaklaştırılmış olur (Eter gibi çok düşük kaynama noktasına sahip çözücülerde vakum uygulanmaz).

Döner buharlaştırıcıyı kullanırken dikkat edilmesi gereken hususlar:

 Kullanılan balonlar çatlaksız ve sağlam olmalıdır.

 Klemp çatlaksız ve sağlam olmalıdır, metal klempler daha güvenilirdir.

 Toplama balonu işleme başlamadan önce mutlaka boşaltılmalıdır.

 Her şey sistem havaya açıkken ayarlanmalı ve daha sonra dikkatli ve yavaşça havaya kapatılarak vakum açılmalıdır. İşlem sonlandırılırken önce yavaş ve dikkatlice hava verilmeli, basınç dengelenmeli ve ardından vakum kapatılmalıdır.

 Genellikle n-hekzan, etilasetat, vb. gibi düşük kaynama noktalı çözücülerin uzaklaştırılmasında kullanılır. Daha yüksek kaynama noktalı; su (100 ^oC), dimetilformamid (DMF, 153 °C), dimetilsülfoksit (DMSO, 189 °C) gibi çözücüler, oldukça kuvvetli bir vakum ünitesi ile ancak çok düşük basınçlara inilebiliyorsa uzaklaştırılabilir ve pratikte pek kullanılmaz. Örneğin, DMF ve DMSO, basınç 760 torr’dan 5 torr’a düşürülürse 50 °C’de kaynar.)

 Çok düşük kaynama noktalı çözücülerin uzaklaştırılmasında ise dikkatli olunmalıdır.

Dietileter’in kaynama noktası çok düşüktür ve çabuk buharlaşır. Bu nedenle vakum uygulamak tehlikelidir. Su banyosunda hafif bir ısıtma ile vakum olmaksızın kolaylıkla uzaklaştırılabilir. Ayrıca eterli çözeltiler peroksit içerebilirler ve bu da patlamaya sebebiyet verebilir. Organik asitler, nitro içeren bileşikler gibi kararsız bileşiklerin uzaklaştırılmasında da patlamalar söz konusudur. Çalışılırken son derece bilinçli ve dikkatli olunmalı ve mutlaka koruma gözlüğü kullanılmalıdır.)

 Banyo sıcaklığı çözücünün kaynama noktasının altında bir sıcaklığa ayarlanmalıdır (unutulmamalıdır ki vakum ile kaynama noktası düşecektir). Asla çözücünün kaynama noktasının üzerinde bir sıcaklığa çıkılmamalıdır.

 Buharlaşma sırasında balon içeriği mutlaka gözlem altında tutulmalıdır, çok şiddetli kaynamalar püskürme ve hatta patlamalara neden olabilir. Şiddetli kaynama gözlenmesi durumunda sisteme kontrollu bir şekilde hava verilerek engellenmelidir.

 Püskürme ile soğutucu ve toplama balonu kirlenirse kullanıcı tarafından mutlaka hemen temizlenmelidir.

(27)

26

 Su banyosu açık bırakılmamalı, eğer bırakılacaksa soğutucuya su buharı girmemesi için ağzı bir kağıt mendil ile kapatılmalıdır, zira su bir diğer kullanıcı için sorun yaratabilir.

 Su banyosu için saf su kullanılmalıdır. Banyonun kireç ile kaplanması banyonun verimini düşürür, temizlenmesi çok güçtür ve cihaza zarar verir.

5.3.4 Deneyin Yapılışı

a) Tuz çözeltisi hazırlanır ve iletkenlik değeri okunur (Eo).

b) Su banyosuna yeterli miktarda su konulur.

c) Tuz çözeltisi buharlaştırılacak sıvı balonunun içerisine konur ve cihazdaki yerine takılır.

d) Balon otomotik/mekanik asansör ile istenilen miktarda su banyosuna daldırılır.

e) Soğutma suyu açılır ve su banyosunun sıcaklığı 25^ºC’ye ayarlanır ve dönme hızı kapalı olarak deneye başlanılır.

f) Vakum ünitesi çalıştırılır ve zamanla çözücü buharlaşır ve soğutucudan geçerek yoğunlaşır, toplama balonunda birikmeye başlar. Aynı zamanda sıvı balonundaki tuz konsantrasyonu zamanla artacaktır.

g) T zaman sonra vakum kapatılır ve içeride oluşan vakumu dışarı atmak için yoğunlaştırıcı üzerindeki vana açılır.

h) Balon su banyosundan çıkarılır ve T zaman sonrası iletkenlik değeri ölçülür (ECT1).

i) Balona yeniden aynı özellikteki tuz çözeltisi konur ve yukarıdaki basamaklar aynı şekilde a)’dan d)’ye kadar tekrarlanır.

j) Soğutma suyu açılır ve su banyosunun sıcaklığı 25^ºC’ye ve dönme hızı 100 rpm’e ayarlanarak deneye başlanılır.

k) Vakum ünitesi çalıştırılır ve zamanla çözücü buharlaşır ve soğutucudan geçerek yoğunlaşır, toplama balonunda birikmeye başlar.

l) T zaman sonra vakum kapatılır ve içeride oluşan vakumu dışarı atmak için yoğunlaştırıcı üzerindeki vana açılır.

m) Balon su banyosundan çıkarılır ve T zaman sonrası iletkenlik değeri ölçülür (ECT2).

n) Balona yeniden aynı özellikteki tuz çözeltisi konur ve yukarıdaki basamaklar aynı şekilde a)’dan d)’ye kadar tekrarlanır.

o) Soğutma suyu açılır ve su banyosunun sıcaklığı 80^ºC’ye ve dönme hızı kapalı olarak deney yapılır.

p) T zaman sonra cihaz kapatılarak iletkenlik değeri okunur (ECT3).

(28)

27

q) Yeni tuz çöz çözeltisi hazırlanarak su banyosunun sıcaklığı 80^ºC’ye ve dönme hızı 100 rpm’e ayarlanarak deney tekrarlanır.

r) T zaman sonra cihaz kapatılarak iletkenlik değeri okunur (ECT3).

5.3.5 Hesaplamalar

Deney esnasında yapılan ölçümler aşağıdaki tabloya kaydedilmelidir.

Tablo 5.4 Farklı ortam şartlarında ölçülen iletkenlik değerleri Sıcaklık

(ºC)

Dönme Hızı (rpm)

İletkenlik Değeri µS/cm

5.3.6 Değerlendirme

- 25^ºC’deki İletkenlik değerlerinin grafiğini çiziniz ve yorumlayınız.

- Sıcaklık ve dönme hızına göre iletkenliğin nasıl değiştiğini yorumlayınız.

- Döner buharlaştırıcıyı deniz suyundan saf su elde etmek için kullanmış olsaydınız verimi artırmak için neler önerirdiniz?

- Bir deney öğrencisi döner buharlaştırıcı cihazının verimini gözlemlemek için 0,01N’lik 1litre KCl çözeltisi hazırlayacaktır. Bu işlem için kaç gram tuz gerekmektedir.

- Bir endüstri firması organik bileşiğin %80’nini geri kazanmak için dönel buharlaştırıcı cihazını kullanmaktadır. Dönel buharlaştırıcıyla geri kazanmak için 4 tane yöntem vardır.

Maliyet analizi yaparak en uygun yöntemi bulunuz? (1KWatt enerji için 0.4TL harcanmaktadır.)

(29)

28

Deney No Dönme Hızı Sıcaklık Harcanan

Elektrik Verim Çalışma saati

1 - 50 0,6Kwatt/h %60 10

2 100rpm 50 1Kwatt/h %85 8

3 - 90 0,9Kwatt/h %80 9

4 100rpm 90 1,8Kwatt/h %95 6

(30)

29 5.4 ADSORPSİYON

Aktif karbon kullanarak adsorpsiyon yöntemiyle atıksulardan boyar madde giderimi gerçekleştirmek.

 Boyar madde içeren atıksu (10 mg/L metilen mavisi)

 Aktif karbon

Cihazlar

 Manyetik karıştırıcı düzeneği

 Spektrofotometre (650 nm)

 50 mL Erlenmayer

 Kronometre

 Filtrasyon düzeneği

5.4.3 Teori

Adsorpsiyon, maddelerin adsorban katısının veya sıvının yüzeyine toplanmasıdır. Yüzeye tutunan madde “adsorbat”, bunları adsorplayan katı ya da sıvı “adsorbent” olarak isimlendirilir.

Adsorpsiyon fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon olmak üzere ikiye ayrılır. Fiziksel adsorpsiyonda etkileşim zayıf bağlar ve çekim kuvvetleri sonucu meydana gelir. Fiziksel adsorpsiyonda etkili olan kuvvet Van Der Waals kuvvetleridir. Kimyasal adsorpsiyon ise adsorbat ile absorbent arasında kimyasal reaksiyon oluşması, elektron alış verişi olması sonucunda meydana gelir.

Fiziksel adsorpsiyonda bağ kuvvetleri moleküller arasında olurken kimyasal adsorpsiyonda moleküller içindedir. Fiziksel adsorpsiyonun kimyasal adsorpsiyona karşı en büyük üstünlüğü tersinir olmasıdır. Yani fiziksel adsorbent rejenere edilip yeniden kullanılabilirken kimyasal adsorbent rejenere edilebilirliği etkileşimde olduğu adsorbata göre değişir.

Fiziksel adsorpsiyonda etkileşim hızlı gerçekleşirken kimyasal adsorpsiyonda etkileşim hızı sıcaklığa bağlı olarak değişir. Adsorpsiyonda, adsorbentin özellikleri, yüzey etkileşimleri,

(31)

30

adsorbat ve çözücünün özellikleri ve sistemin özellikleri önemli etkenlerdir. Aktif karbon, kitosin, zeolitler, killer, bazı endüstriyel atıklar ve tarımsal atıklar adsorbent olarak kullanabilen materyallerdir.

Bunların arasında aktif karbon en çok kullanılan adsorbenttir. Aktif karbon, yapısında ağırlıklı olarak karbon atomu bulunan (%85 – %95) gözenekli yüzeye sahip, tabakalı yapıda ve insan sağlığı için zararsız bir maddedir (Şekil 5.5).

Şekil 5.5 Aktif karbonun yüzey yapısı

Ahşap, talaş, meyve çekirdekleri, hindistan cevizi kabuğu, kömür ve linyit aktif karbon üretiminde kullanılan maddelerdir. Aktif karbonun gözeneklerinin alanı yüzey alanın kat ve kat fazlasıdır ve adsorpsiyon işleminin büyük bir çoğunluğu bu gözeneklerde gerçekleşmektedir.

Aktif karbon toz veya granül şeklinde ticari olarak satılmaktadır. Adsorpsiyon işlemi sırasında sistem dengeye geldiği anda, adsorban maddenin birim kütlesinin adsorpladığı kirletici madde miktarı, sıcaklık, derişim, basınç veya denge basıncının bir fonksiyonudur. Sıcaklığın sabit tutulduğu durumlarda bu fonksiyon aşağıdaki denkleme eşittir;

(5.7) Burada;

x : adsorplanan kirletici kütlesi m: adsorbentin kütlesi

X: kütle oranı (birim adsorbent kütlesi başına düşen adsorplanan kirletici kütlesi)

(32)

31

Bu fonksiyon sayesinde elde edilen eğrilere adsorpsiyon izotermi adı verilir. Bu izotermler için önerilen bazı matematiksel modeller vardır. Bunlardan bazıları Freundlich, Langmuir, Polonyi, Sylgin-Frumkin, Hill, Temkin, Fowler ve BET (Brunauer, Emmett, Teller) izotermleridir.

Freundlich ve Langmuir izotermleri diğer izotermlere göre daha çok kullanılmaktadır.

a) Langmuir İzotermi

Langmuir İzotermi aşağıdaki denklemle ifade edilir;

(5.8)

Burada;

a: adsorbentin maksimum adsorplama kapasitesi (sabit) Ce: sistem dengedeyken çözeltide kalan kirletici derişimi K : Langmuir adsorpsiyon sabiti

Bu denklem gerekli düzeltmeler yapılıp dorusallaştırılırsa aşağıdaki denklem elde edilir;

(5.9)

Bu denkleme göre y ekseninde ve x ekseninde Ce değerleri olacak şekilde grafik çizilirse, grafiğin eğimi değerini, eğrinin y eksenini kestiği nokta ise değerini verir.

Şekil 5.6 Langmuir izoterm sabitlerinin bulunması

(33)

32 b) Freundlich İzotermi

Freundlich izorterm denklemi:

(5.10)

Burada;

K: Freundlich sabiti

Ce: sistem dengedeyken çözeltide kalan kirletici derişimi n: sabittir ( n > 1 )

Eğer bu denklemin logaritması alınıp doğrusallaştırılırsa aşağıdaki denklem elde edilir.

(5.11)

y ekseninde ve x ekseninde Log Ce değerleri olacak şekilde grafik çizilirse, grafiğin eğimi 1/n değerini, eğrinin y eksenini kestiği nokta ise Log K değerini verir.

Şekil 5.7 Freundlich izoterm sabitlerinin bulunması

(34)

33 5.4.4 Deneyin Yapılışı

- 5 adet 50 mL 10 mg/L metilen mavisi içeren atıksu erlenlere alınır.

- 0.20, 0.13, 0.10, 0.07 ve 0.05 g aktif karbonlar tartılır.

- 50 mL’lik atıksular manyetik karıştırıcılara yerleştirilir ve sırasıyla içlerine tartılan aktif karbonlar eklenir.

- Her bir erlene bir adet balık atılır ve manyetik karıştırıcılar çalıştırılır.

- Her bir numuneden 15 dakikada bir 5 mL örnek alınır, örnek alınmadan 1 dakika önce karıştırıcı durdurularak aktif karbonun çökmesi beklenir, alınan numunelerin 650 nm dalga boyunda spektrofotometrede ölçümleri yapılır.

- Elde edilen sonuçlar ilgili çizelgelere kaydedilir.

- Bu işlem 90 dakika sürdürülür.

- Numuneler 90. dakika sonunda denge derişimine ulaşamadıkları için 120, 150 ve 180. dakika örnekleri için boyarmadde derişim sonuçları deneyin sorumlu asistanı tarafından verilecektir.

5.4.5 Hesaplama

Tablo 5.5 Kalibrasyon eğrisi

Derişim (mg/L)

Absorbans (abs.)

Tablo 5.6 Deneysel veriler

Zaman (dk) Absorbans (abs.)

Derişim (mg/L)

(35)

34

Tablo 5.7 Freundlich ve Langmuir izotermleri sabitlerinin hesaplanması Langmuir İzotermi Freundlich İzotermi

Eğrinin Denklemi R² K a Eğrinin Denklemi R² K n

- Tablo 5.5 yardımı ile kalibrasyon eğrisini çiziniz, Tablo 5.6’yı kullanarak her bir örnek için X değerlerini hesaplayınız.

- Deneylerde aktif karbon yerine başka hangi adsorbentler kullanılabilir, deney sonucu elde ettiğiniz veriler hangi izoterme daha uygundur?

(36)

35 5.5 ELEK ANALİZİ

Eleme işlemi ile farklı boyut gruplarında bulunan tane miktarını belirleyerek, granülometri eğrisi yardımıyla malzemeye ait karakteristik çapların tespit edilmesi.

5.5.2 Kullanılan Malzemeler

Cihazlar

 Değişik elek açıklıklarına sahip elekler

 Otomatik sallama makinesi

 Terazi

 Numune Kabı

 Kum

5.5.3 Teori

Eleme katı bir malzeme karışımını elekler kullanarak farklı boyutlardaki bileşenlerine ayırma işlemidir. Eleme işleminde kullanılan elekler büyüklüklerine göre sınıflandırılırken “meş numarası” kavramı kullanılır. Meş numarası bir elekte birim alan (inç² veya mm²) başına düşen delik sayısını göstermektedir.

Doğada bulunan veya işlenmiş malzemelerde farklı boyut dağılımına ve şekillere sahip taneler bulunmaktadır. Parçacıkların boyut analizi, farklı boyut gruplarında bulunan tane miktarının belirlenmesiyle birlikte sonraki işlemler içinde önem teşkil etmektedir. Boyut dağılımını belirlemek için birçok farklı yöntem mevcuttur.

Bu yöntemlerin içinde en çok tercih edileni uygulanabilirliğinin kolay olması nedeniyle elek analizidir (Şekil 5.8). Çakıl ve kum boyutundaki iri yapılı taneciklerde elek analiz tercih edilir.

Silt ve kil boyutundaki ince taneli yapılarda ise hidrometre analizi uygulanmaktadır.

Akarsulardaki tanelerin biçimi küresel olmadığı için tane büyüklüğünü temsil eden karakteristik bir çap tanımlanması gerekir. Bu çap çeşitli şekillerde seçilebilir:

a) Elek çapı: Tanenin geçebildiği en küçük elek açıklığıdır. Kum ve daha iri tanelerin çapı

(37)

36

çoğu zaman elek analizi ile ölçüldüğü için elek çapı ile belirtilir.

b) Çökelme çapı: Aynı akışkanda söz konusu tane ile aynı çökelme hızı ile çökelen, aynı yoğunluktaki küresel tanenin çapıdır. Standart çökelme çapı 24 °C’deki suda ölçülür. Silt ve killer için elek analizi yapılamadığından çap çökelme deneyiyle (ya da mikroskobik analizle) belirlenir ve çökelme çapı kullanılır. Hidrolik bakımdan en anlamlı çaptır.

Şekil 5.8 Parça Boyut Dağılımını Belirleme Yöntemleri

c) Nominal çap: Tane ile aynı hacimdeki kürenin çapıdır. Sediment yığınlarının hacminin belirlenmesinde kullanılır. Nominal çap elek çapından biraz büyüktür, 0.2-20 mm arasındaki taneler için iki çap arasındaki oran 1.1 kadardır.

Aşağıdaki tabloda partiküllerin çaplarına göre sınıflandırılması sunulmuştur.

Tablo 5.8 Tanelerin büyüklerine göre sınıflandırılması

Adı D Tane Çapı (mm)

Kaya >250

İri Taş 60-250

Çakıl 2-60

Kaba Kum 0.5-2

Orta Kum 0.25-0.5

İnce Kum 0.06-0.25

Silt 0.004-0.06

Kil <0.004

(38)

37

Farklı büyüklükte taneler bir arada bulunduğunda tane büyüklerinin dağılımını bilmek gerekir.

Bu dağılım granülometri eğrisi yardımıyla belirlenebilmektedir (Şekil 5.9). Bunun için yatay eksende tane büyüklüğü, düşey eksende belli bir çaptan küçük (ya da büyük) tanelerin yüzde olarak ağırlığı işaretlenir. Tane büyüklüğü için yatay eksende genellikle logaritmik ölçek kullanılırken, düşey eksende normal dağılım ölçeği kullanılmaktadır. Bir granülometri eğrisinden, malzemelerin % 50’sini geçiren çap D50 (medyan çap) kolaylıkla okunabilir.

Şekil 5.9 Granülometri Eğrisi 5.5.4 Deneyin Yapılışı

- Partikül boyut dağılımı incelenecek olan numuneyi tartarak ağırlığını Tablo 4.12’de yer alan ilk satıra kaydediniz.

- Elekleri numaralarına göre büyükten küçüğe doğru sıralayınız.

- Eleklerin numaralarını, mesh açıklıklarını ve elek ağırlıklarını Tablo 4.12’ye yazınız. Ayrıca eleklerin en altına yerleştirilen kör eleğin ağırlığını da yazınız.

- Hazırlanan elek setini, elek sallama makinesine yerleştiriniz.

- Tartılan numuneyi en üstteki eleğe koyarak kapağı kapatınız.

- Elek setinin vidalarını sıkıştırınız.

- Eleme işleminin gerçekleşmesi için elek sallama makinesini çalıştırarak yaklaşık 5 dakika bekleyiniz.

- Elemeden sonra her bir eleği üzerindeki malzeme ile tartarak Tablo 4.12.’ye not ediniz.

- Deney düzeneğini temizleyiniz.

(39)

38 5.5.5 Hesaplamalar

- Elek açıklıklarına göre deneyde kullandığınız elekleri yazınız.

- Deney sonuçlarınızı aşağıdaki Tablo 5.9 ve Tablo 5.10 formatında oluşturunuz.

- Tane boyut aralığı ve % madde miktarı değişimini veren boyut dağılım grafiği granülometri eğrisini çiziniz.

Tablo 5.9 Deneydeki Ölçümler MALZEMENİN TOPLAM

AĞIRLIĞI (g) Elek

No

Elek Açıklı ğı (mm)

Boş Elek Ağırlığı

(g)

Elek ve Elek Üstündeki Malzemenin Toplam Ağırlığı

(g)

Elek Üstündeki Malzemenin Toplam Ağırlığı

(g)

Elekten Geçen Malzemenin Toplam Ağırlığı

(g)

1 2

2 1

3 0,6 4 0,5 5 0,3 6 0,25 7 0,212 8 0,150 9 0,135 10 0,075

SON KÖR

Tablo 5.10 Deney Sonuçları

Elek Açıklığı (mm)

Elek üstündeki tutulan malzemenin ağırlıkça

yüzdesi (%)

Elekten geçen malzemenin ağırlıkça

yüzdesi (%) 2

1 0,6 0,6 0,3 0,25 0,212 0,150 0,135 0,075 KÖR

(40)

39

- Granülometri eğrisinden malzemeye ait karakteristik çaplardan D10, D30, D50 ve D60 değerlerini belirleyiniz.

- Uniformluk ve süreklilik katsayısını hesaplayınız.

(Uniformluk Katsayısı , Süreklilik Katsayısı

- Bir malzemenin boyut analizini yaparken elek açıklıklarının seçiminde nelere dikkat edilmesi gerekir? Sizin yapmış olduğunuz deneyde elek açıklıklarını değiştirir miydiniz? Neden?

- Hesaplamalarınızda elde ettiğiniz uniformluk ve süreklilik katsayıları kullandığınız malzemenin partikül boyut dağılımı hakkında ne tür bir bilgi sağlar?

(41)

40 5.6 MODEL ÇÖKELME TANKI

Model çökeltme tankındaki verimin belirlenmesi.

Cihazlar

 Armfield W7 model çökeltme tankı (1000 x 400 x 200 mm),

 Türbidimetre,

 Pipet,

 Numune kabı,

 Model atıksu,

 Kronometre

5.6.3 Teori

Çökeltme, askıda katıların ayrılması için yerçekimiyle çöktürmenin kullanıldığı bir katı sıvı ayırma yöntemidir. Çöktürme işlemleri çevre mühendisliğinde su ve atıksuların arıtımında en çok kullanılan işlemlerdir. Su ve atıksu ortamında bulunan tüm kirlilikler nihai olarak katı madde olarak çöktürülerek ortamdan uzaklaştırılırlar.

Çökelme, suda bulunan katı maddelerin ağırlıkları etkisiyle, su ortamından ayrılma olayı olmasına rağmen, katı maddeler çökelme esnasında farklılık gösterirler. Taneciklerin derişimi ve tanecikler arası etkileşim temelinde dört genel sınıfa ayrılabilir. I. tip çökelme, ya da serbest çökelme seyreltik bir çözeltide, yumaklaşmamış, ayrık taneciklerin çökelmesidir. Tanecikler ayrı birimler şeklinde çökelir ve aralarında görünür bir yumaklaşma ya da etkileşme yoktur. Yüzey sularının kendiliğinden çökelmesi ve kum tutucularda kum taneciklerinin çökelmesi örnek olarak gösterilebilir. II. tip çökelme, yumaklaşmış taneciklerin çökelmesidir. Çökelme süresince tanecikler yumaklaşarak boyutları büyür ve daha hızlı çökelir. II. tip çökelmeye örnek olarak, atıksuların birincil çökelmeleri, kimyasal olarak pıhtılaştırılmış su ve atıksuyun çökelmeleri gösterilebilir. III. tip çökelme, engelli çökelme olarak da bilinir. Tanecikler arası kuvvetlerin diğer taneciklerin çökelmesini engellemesi ile oluşan bir çökelme tipidir. Çevre mühendisliği

(42)

41

uygulamalarında bu çökelme türüne, biyolojik çökelme (son çöktürme) ve ikincil arıtma birimlerinde rastlanmaktadır. IV. tip çökelme, birbirlerine değecek kadar yüksek derişimlerde bulunan taneciklerin çökelmesidir ve sıkışık çökelme olarak da adlandırılır. Hem ayrık hem de yumaklaşmış tanecikler sıkışık şekilde çökelmekle birlikte yumaklaşmış olanların bu şekilde çökelmesi ile daha sık karşılaşılır.

İçme sularının artımında, evsel ve endüstriyel atıksularda, askıda katıların çöktürülmesinin sağlanması için farklı tipte çökeltme tankları kullanılmaktadır. Genellikle betonarme olarak yapılırlar, dairesel, dikdörtgen ya da kare kesitli olabilir. Hem su hemde atıksu arıtımında kullanılan havuzlarda çökeltme ilkeleri aynıdır, donanım ve işletme yöntemleri de birbirine benzemektedir.

5.6.4 Deneyin Yapılışı

a) Deney perdeli olarak gerçekleştirileceği için, vidaları yardımıyla perde giriş bendinden 5 cm uzaklıkta, derinlik olarak su yüzeyinden 9 cm aşağıya gelecek konumda sabitlenir.

b) Besleme tankı vanası kapalı, bypass vanasının açık konumda olması kontrol edilir.

c) Besleme tankındaki model atıksuyun karışmasının sağlanması için pompa çalıştırılarak bir süre beklenir.

d) Drenaj vanası kapatılarak, besleme tankı vanası açılır ve tankın tamamen dolması sağlanır.

e) Tank tamamen dolduktan sonra, tanktaki bekleme süresi 90 dakika olacak şekilde besleme tankından gelmesi gereken debi miktarı hesaplanır.

f) Hesaplanan debiye göre, besleme tankı vanası ayarlanır ve deney başlatılır.

g) Deneyin başladığı anda besleme tankından ve sonrasında 5, 10, 20, 30, 50, 70 ve 90.

dakikada bir tankın girişinden 30, 70 ve 100 cm mesafe uzaklığından numuneler alınıp türbidimetrede okunur, bulanık değerleri Tablo 5.11’e kaydedilir.

h) Bypass vanası yardımıyla çökeltme tankındaki su besleme tankına alınarak deney tamamlanır.

(43)

42

Şekil 5.10 Deney Düzeneği

1- Besleme tankı, 7- Besleme tankı için akış ölçer,

2- Pompa, 8- Giriş bendi,

3- Bypass, 9- Dikey perde,

4- Besleme tankı vanası, 10- Çökeltme tankı, 5- Musluk suyu için akış ölçer, 11- Drenaj vanası, 6- Musluk suyu vanası, 12- Çıkış bendi,

5.6.5 Hesaplamalar

Tablo 5.11 Perdeli koşullarda deney sonuçları

Zaman, dk

Mesafe, cm 5 10 20 30 50 70 90

0 30 70 100

(44)

43 5.6.6 Değerlendirme

 Perdeli ve perdesiz durum için elde edilen değerleri Tablo 5.11’e kaydediniz ve deneyde elde ettiğiniz sonuçlar yardımıyla perdeli durumdaki tank verimini hesaplayınız.

 Tankın boyutlarından faydalanarak yatay akış hızı ile yüzey yükü değerini hesaplayınız, perdeli durum için zaman ve mesafeye bağlı olarak bulanıklık değerlerinin değişimini 3- boyutlu bir grafik yardımıyla gösteriniz.