SULARIN STABILIZASYONU

1. KTI (sularin stabilizasyonu) 1 SULARIN STABILIZASYONU Sularda CaCO3 ve Mg(OH)2 konsantrasyonlari eger kendi çözünürlüklerinden daha yüksek ise, bu maddelerin çözünemeyen miktarlari kendiliginden çökme egiliminde olacaktir. Bu durumda bu maddelerden ötürü suda kati madde birikimi meydana gelecektir. Bu olumsuz durumu önlemek için sularin stabilizasyonu gerekir. Eger suyun stabilizasyonu saglanmissa ne çözünme ne de çökelme olacaktir. Eger suyun pH’si yüksek ise herhangi bir asit kullanarak ya da CO2 ile suyun stabilizasyonu saglanabilir. Suyun pH’sinin düsük olmasi durumunda ise, kireç ya da herhangi bir baz kullanilarak stabilizasyonun saglanmasi gerekir.

2. KTI (sularin stabilizasyonu) 2 Karbonat dengesi Sularda karbonat dengesi; suyun iyonik kuvveti, aktivite katsayisi ve iyon konsantrasyonlarinin bir fonksiyonudur. Denge sabitleri sicakliga bagli olarak degisir ve iyonlarin konsantrasyonlarindan yararlanilarak bulunabilir. Sularda karbonat dengesine etki eden en önemli katyon Kalsiyumdur. Kalsiyum iyonu (Ca+2) ile CO2 ve karbonat arasindaki denge “karbonat dengesi” olarak ifade edilmektedir. Bunlara ilave olarak, su molekülünün çözünürlük sabitinin de burada göz önünde bulundurulmasi gerekir. Katyon olarak Ca+2 olmasi durumunda 250C’deki denge sabitleri (K); (1) (2)

3. KTI (sularin stabilizasyonu) 3 Karbonat dengesi(devam) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

4. KTI (sularin stabilizasyonu) 4 Karbonat dengesi(devam) Ksp, çözünürlük çarpimi “{}” gösterimi iyonlarin aktivitesi. ?, aktivite katsayisi, iyonlarin konsantrasyonlarini bulmak için kullanilabilir. “[ ]” gösterimi iyonlarin konsantrasyonunu ifade eder. A iyonunun aktivitesi {A}, konsantrasyonu [A] ise; (9) yazilabilir.

5. KTI (sularin stabilizasyonu) 5  Karbonat dengesi(devam) Bir çözeltide bulunan parçaciklar iyonlasirken parçacik sayisi da artar. Aktivite katsayisi çözeltideki iyonlarin sayisinin bir fonksiyonudur. Parçacik sayisi iyonik kuvvet ile ifade edilebilir. Iyonik kuvvet “µ” ile gösterilir. Iyonik kuvvet Lewis ve Randall tarafindan (10) olarak verilmistir. Burada; i, iyon türlerini gösteren bir indis; Ci,i iyonunun konsantrasyonu, gmol/L; zi, i iyonunun degerligi.

6. KTI (sularin stabilizasyonu) 6 Karbonat dengesi(devam) Aktivite katsayisi ise DeBye-Huckel kanunu ile verilebilir: (11) (12) Langelier tarafindan (1936’da) toplam çözünmüs madde miktarina bagli olarak iyonik kuvvet; (13) olarak belirlenmistir.

7. KTI (sularin stabilizasyonu) 7 Karbonat dengesi(devam)  Örnek 11-3: DENKLEM 10 KULLANILARAK IYONIK KUVVETIN BULUNMASI

8. KTI (sularin stabilizasyonu) 8 Karbonat dengesi(devam)  Örnek 11-4: Örnek 11-3 için aktivite katsayisini denklem 11 ya da 12’den bularak bikarbonat konsantrasyonunun belirlenmesi

9. KTI (sularin stabilizasyonu) 9 SICAKLIK VE DENGE SABITI Kimyasal reaksiyonlarin belli sicakliktaki denge sabitleri bilinmektedir. Farkli sicakliklardaki denge sabitlerinin bulunmasi için Van’t Hoff esitligi kullanilabilir: (14) Burada; ?H0, standart entalpi degisimi, cal/gmmol. (15) T, mutlak sicaklik,; (T=273+oC olarak verilebilir. 25 oC için T=273+25 =298 oK bulunur.) R, universal gaz sabiti,1.987 cal/gmmol.oK (birimlerle ilgili detay tablo 11-1’de verilmistir. Su stabilizasyonu ile ilgili maddelerin entalpileri tablo 11-2’de verilmistir).

10. KTI (sularin stabilizasyonu) 10 SICAKLIK VE DENGE SABITI(devam) Van’t Hoff esitliginin; K, KT1’den KT2’ye ve T, T1’den T2’ye integrali alinirsa; (16) esitligi elde edilir. Bu esitlik, sicakliga bagli olarak denge sabitinin bulunmasinda kullanilir.

11. KTI (sularin stabilizasyonu) 11

12. KTI (sularin stabilizasyonu) 12 Örnek 11-5 farkli sicakliktaki denge sabitinin esitlik 16 ile bulunmasi Yumusatma sonrasi sebekeye verilen suyun sicakligi 15 oC. Bu sicakliktaki denge sabitini CaCO3 için bulunuz. Suyun 25 oC’de dengede oldugu bilindigine göre CaCO3 çökelmesi olup olmadigini belirtiniz. Su asiri doygun. CaCO3 çökelmesi olur.

13. KTI (sularin stabilizasyonu) 13 Suyun Denge Durumu Ne çökelek olusturan ne de korozyona neden olan su kararli su demektir. Kuyu sularinin çogu kuyudayken kararli olmalarina ragmen, sicaklik degisiminden ötürü ya çökelek olusturucu ya da korozyona yol açabilen su haline dönüsebilmektedir. Yüzey sulari da genellikle kararli yapida degildir. Genellikle korozif olmalarinin yaninda bazi özel sartlar altinda çökelek olusturucu da olabilmektedir.

14. KTI (sularin stabilizasyonu) 14 SUYUN AGRESIFLIGI Sularda agresiflik: Suyun agresif olmasi, sudaki karbon dioksit (CO2) ve bikarbonat (HCO3) dengesinin bulunmamasindan kaynaklanir. Suyun agresif olmasi iki temel sebepten ötürü istenmez: Iletim borularinda asinma: Su agresif ise, borularda asinma meydana gelir, su kayiplari olur ve sistemin onarimi için ilave masraf gerekir. Iletilen suyun kalitesinde bozulma: Suyun agresif olmasi durumunda, iletim borusu yapisinda bulunan maddeler suya geçer ve suyun kalitesi olumsuz etkilenir.

15. KTI (sularin stabilizasyonu) 15  Langelier Indeksi Langelier tarafindan belirlenen yöntem ile ilgili esitlik; Burada; Karbondioksit ile dengede iken pH degeri, Karbonik asidin ayrisma sabitinin negatif logaritmasi, Kalsiyum karbonatin çözünme sabitinin negatif logaritmasi, Kalsiyum molar konsantrasyonunun negatif logaritmasi Mol cinsinden alkalinitenin negatif logaritmasi,

16. KTI (sularin stabilizasyonu) 16 Langelier Indeksi (devam) Langelier Indeksi ya da Doyma indeksi (Saturation Index) ( ), ölçülen pH ile hesaplanan doygunluk pH’si (pHs) arasindaki farki ifade eder ve Denklemiyle verilebilir. Burada, = 0 ise SU DENGEDEDIR. < 0 ise SU AGRESIFTIR; burada su ‘a AZ DOYMUS. > 0 ise SU ASIRI DOYMUS; burada su ‘a ÇOK DOYMUS demektir ve çökelmesi olacaktir.

17. KTI (sularin stabilizasyonu) 17 Stabil Su (LI=0) Bir suyun kalsiyum ve karbonat iyonlarinin çarpimi çözünürlük çarpimina esitse su dengededir. Alkalinitesi belli bir suyun karbonat iyonu pH’ya baglidir. Verilen bir pH için karbonat iyonu hesaplanabilir. Eger sudaki karbonat iyonu belli ise, çözünürlük çarpimina esit olacak kalisyum miktari, alkalinite biliniyorken hangi pH’da gerçeklesecegi bulunabilir.

18. KTI (sularin stabilizasyonu) 18 LI Denklemi için Yapilan Kabuller Analitik kabuller nedeniyle pH 6.5-9.5 arasinda geçerlidir. Kalsiyum iyonlari kompleks bilesikler içeriyorsa, kompleks olusturanlar çikarilmalidir. Alkaliniteye katkida bulunan inorganik türler varsa (silika, amonyak vb.) bu türler toplam alkaliniteden çikarilir. pH 10.4’den sonra (CO3 alkalinitesi, OH alkalinitesine dönüsür) indisin isareti ters anlam tasir.

19. KTI (sularin stabilizasyonu) 19 ve TÇK faktörlerinin asagida belirtilen matematiksel formülü ile LI bulunabilir

20. KTI (sularin stabilizasyonu) 20 Langelier Indeksi (devam) SI degerinin iletim hatlarinda pozitif olmasi istenir (0<SI<0.5). Bu durumda iletim hatlarinda korozyon önlenir. Çökelmeyi önlemek için de polifosfatlar gibi sartlandiricilar suya ilave edilir ve iletim süresince çökelme önlenebilir. pHs degerinin grafikle bulunmasi: örnek; -Kalsiyum karbonat cinsinden toplam alkalinite, (200mgCaCO3/l) -Kalsiyum konsantrasyonu,( 150mg/l) -Toplam çözünmüs kati konsantrasyonu, (300mg/l) -Sicaklik, (250C)

21. KTI (sularin stabilizasyonu) 21

22. KTI (sularin stabilizasyonu) 22 Langelier Indeksi (devam) pHs degerinin abak kullanilarak bulunmasi: a.Toplam çözünmüs konsantrasyonu (mg/l) ve sicaklik kullanilarak 1 nolu sütunda “sicaklik-kati madde sabiti isaretlenir. b. Sudaki Ca+2 konsantrasyonu 3 nolu sütunda isaretlenir ve 1 nolu sütunda isaretlenen nokta ile birlestirilir. c. 5 nolu sütunda suyun alkalinite içerigi isaretlenir ve bu nokta 2 nolu sütunda isaretlenen nokta ile birlestirilir. Son çizilen dogrunun 4 nolu sütunu kestigi noktada pHs degeri okunur. d. denkleminden doyma indeksi degeri hesaplanir. (pH=7-9.5 için abak)

23. KTI (sularin stabilizasyonu) 23

24. KTI (sularin stabilizasyonu) 24 Langelier Indeksinin Kullanim Alanlari Isale Hatlarinda, Kuyu Sularinda, Kireç-Soda kullanilan proseslerde Ters Osmoz Giris Sularinda AAT, filtrelerde

25. KTI (sularin stabilizasyonu) 25 YÖNTEMLER Sularin stabilizasyonu; Havalandirma Kimyasal Madde ilavesi Filtrasyon gibi yöntemlerle yapilabilmektedir.