enve-muhammed.blogspot.com

Hindistan Teknoloji Enstitüsü (IIT), Kanpur,

Mühendislik Fakültesi,

Su ve Atık Su Mühendisliği Dersi, 10

Ders 10: Filtrasyon Teorisi

Filtrasyon

Filtreler Nasıl Çalışır: Filtrasyon Mekanizmaları

Filtre Malzemeleri

Filtre Çeşitleri

Yavaş Kum Filtrasyonunun İlkeleri Kum Filtreleri ve Hızlı Kum Filtreleri

Filtrasyon

Çökelmeden gelen su saf olmayacaktır ve bazı çok ince askıda tanecikler ve bakteri içerebilir. Suda

halen mevcut olan bu kirliliği gidermek ya da azaltmak için su, örneğin kum gibi ince tanecikli

maddelerden süzülür. Suyun tanecikli (granüler) madde yatağından süzülmesi işlemine filtrasyon

(süzme) adı verilir.

Filtreler Nasıl Çalışır: Filtrasyon Mekanizmaları

Dört adet temel filtrasyon mekanizması mevcuttur:

SEDİMENTASYON (ÇÖKELME): Sedimentasyon mekanizması yerçekimi kuvvetinden kaynaklanır ve

taneciğin akış hattını geçip kollektöre ulaşmasına sebep olan çökelme hızı ile ilintilidir.

KESİŞME: Taneciklerin kesişmesi büyük tanecikler için geçerlidir. Yeteri kadar büyük bir tanecik akış

hattını takip ederse, filtre malzemesi tarafından tutulur.

DİFÜZYON ( BROWN DİFÜZYONU): Filtre malzemeleri boyunca meydana gelen difüzyon yalnızca çok

küçük tanecikler için gerçekleşir. Sıvı içerisindeki tanecikler termal gradyenler sebebiyle rastgele

hareket ederler. Bu mekanizma yalnızca çapı 1 mikrondan daha küçük olan tanecikler için önemlidir.

ATALET: Atalet sebebiyle tutulma, büyük parçacıklar akış hattından çıkmaya yetecek hıza sahip olup

filtre malzemesiyle çarpıştıklarında gerçekleşir.

enve-muhammed.blogspot.com

Filtre Malzemeleri

Kum: Kum genellikle filtre malzemesi olarak kullanılır, ince ya da kalın olabilir. Kumun boyutu verimli

boyut (ya da verimli tane çapı) terimiyle ifade edilir ve değerlendirilir. Verimli tane çapı, diğer bir

deyişle D10, kumun ağırlıkça % 10’unun geçebileceği elek çapının milimetre cinsinden tarifidir.

Boyuttaki tek biçimlilik ya da çeşitliliğin derecesi yeknesaklık katsayısı kavramı ile ölçülür ve ifade

edilir. Yeknesaklık katsayısı, yani (D60/D10), kumun % 60’ının geçebileceği elek çapının, verimli tane

çapına oranıdır.

Çakıl: Kum tabakaları çakıl tarafından desteklenebilir. Kumun altına destek yapılan çakıl süzülmüş

suyun serbest bir biçimde alttan boşaltılmasına ve yıkama suyunun eşit bir şeklide kuma ulaşmasına

olanak verir.

Diğer Maddeler: Bazen filtre malzemesi olarak kum yerine antrafilt kullanılabilir. Antrafilt kömüre

benzer dumansız ve alevsiz yanabilen bir taş olan antrasitten imal edilir. Daha ucuz bir malzemedir ve

yüksek performanslı bir filtrasyon sağlama kapasitesine sahiptir.

Filtre Çeşitleri

Yavaş Kum Filtreleri: Çakılla desteklenmiş ince kumdan oluşurlar. Tanecikleri filtre yatağının yüzeye

yakın kısmında tutarlar ve genellikle kum tabakasının tanecikleri içeren üst kısmının sıyrılması yoluyla

temizlenirler.

Hızlı Kum Filtreleri: Çakılla desteklenmiş daha büyük kum tanelerinden oluşurlar. Tanecikleri filtre

yatağı boyunca yakalarlar. Yatağın geri yıkanması yoluyla temizlenirler.

Çok Malzemeli Filtreler: İki ya da daha fazla farklı tanecikli, farklı yoğunluklu madde katmanından

meydana gelirler. Genellikle antrasit kömür, kum ve çakıl kullanılır. Farklı katmanlar birlikte

kullanıldığında yalnız kum katmanı kullanılmasına oranla daha iyi bir filtrasyon sağlanabilir.

Yoğunluktaki farklılıklar sebebiyle katmanlar geri yıkamadan sonra bile düzgün bir şekilde ayrılırlar.

Hızlı Kum Filtresinin Enine Kesiti

Wash water throughs: Yıkama suyu olukları

Sand: Kum Gravel: Çakıl

Perforated laterals: Delikli yan borular Filter floor: Filtre tabanı

Cast iron manifold with strainers: Filtreli dökme demir manifold

enve-muhammed.blogspot.com

Yavaş Kum Filtrasyonunun İlkeleri

Bir yavaş kum filtresinde su kirliliği şu proseslerin kombinasyonu ile giderilir: çöktürme,

süzme, yüzeyde tutma ve kimyasal ve bakteriyolojik müdahale.

İlk birkaç gün boyunca su mekanik ve fiziksel – kimyasal yöntemlerle arıtılır. Oluşan sediment

ve organik madde birikimi kum yüzeyinin üzerinde ince bir tabaka meydana getirir, kum

geçirgenliğini muhafaza eder ve kum tanecikleri arasındaki boşluklardan daha küçük

tanecikler bile tutulur.

“Schmutzdecke” olarak anılan bu tabaka geliştikçe, tutulan organik maddeleri yıkıma

uğratarak karbon dioksit ve diğer oksitlere çeviren çok sayıda mikroorganizmanın yaşadığı

canlı bir bölge haline gelir.

Bakteri ve virüsler de dahil olmak üzere ham sudaki kirliliğin büyük kısmı, su filtre yüzeyinden

geçerken ve kum yatağının hemen altında iken giderilir. Arıtma mekanizmaları filtre

yüzeyinden, filtre yatağı yüzeyinin 0.3 – 0.4 metre altına kadar olan bölgede, daha düşük

seviyelere doğru su daha temiz olup daha az organik madde içerdikçe gitgide daha az arıtma

gerçekleşerek meydana gelir.

Mikroorganizmalar iyice sabit olduğunda filtre verimli bir şekilde çalışacak ve yüksek kaliteli

çıkış suyu üretecektir, çıkış suyu hastalık taşıyıcı organizmalardan ve organik maddelerden

neredeyse tamamıyla arınmıştır.

Düşük renk, düşük bulanıklık ve düşük bakteriyel içerikli suların arıtılması için uygundurlar.

Kum Filtreleri ve Hızlı Kum Filtreleri

Taban malzemesi: Yavaş kum filtrelerinde (YKF) 3 – 65 mm boyutlarında ve 30 – 75 cm

derinliğinde iken hızlı kum filtrelerinde (HKF) 3 – 40 mm boyutlarında ve 60 -90 cm

derinliğindedir.

Filtre Kumu: YKF ’de verimli boyut 0.2 – 0.4 mm arasında ve yeknesaklık katsayısı 1.8 – 2.5 ya

da 3.0 aralığındadır. HKF ’de verimli tane boyutu 0.35 – 0.55 aralığındadır ve yeknesaklık

katsayısı 1.2 – 1.8 arasındadır.

Filtrasyon Oranı: YKF ‘de az, örneğin 100 – 200 L/sa/m2 filtre alanı iken HKF ‘de çok, örneğin

3000 – 6000 L/sa/m2 filtre alanıdır.

Esneklik: YKF talepteki değişiklikleri karşılayacak esnekliğe sahip değildir ancak HKF talepteki

değişimler konusunda oldukça esnektir.

Son Arıtma Gereksinimi: YKF ‘den neredeyse saf bir su elde edilir ancak su tamamen güvenli

olması için dezenfeksiyona tabi tutulur. HKF ‘de ise dezenfeksiyon bir zorunluluktur.

Temizleme Yöntemi: YKF ‘yi temizlemek için üstteki 1.5 – 3.0 cm kalınlığındaki tabaka sıyrılır.

HKF ‘yi temizlemek için su çalkalanır ve basınçlı havayla ya da havasız geri yıkanır.

enve-muhammed.blogspot.com

Yük Kaybı: YKF ‘de ilk kayıp yaklaşık 0.1 m’dir ve 0.8 – 1.2 m temizlemek için gerekli son

(sınır) değerdir. HKF ‘de ilk kayıp 0.3 m ve sınır 2.5 – 3.0 m’dir.

enve-muhammed.blogspot.com