enve-muhammed.blogspot.com

Hindistan Teknoloji Enstitüsü (IIT), Kanpur,

Mühendislik Fakültesi,

Su ve Atık Su Mühendisliği Dersi, 6

Ders 6: Çöktürme Tankı Tasarımı

Çöktürme

Çöktürmenin Amacı

Çöktürmenin Esası

Çöktürme Tipleri

1. Tip Çöktürme

Laminer Akım

Laminer Olmayan Akım Çöktürme Tankı Tipleri

Uzun Dikdörtgensel Çöktürme Havuzları

Giriş ve Çıkış Düzenlemeleri

Savak Taşma Oranları

Dairesel Havuzlar

Çöktürme İşlemleri

Tasarım Detayları

Çöktürme

Askıdaki katı ve sıvıları ayırma işlemi iki aşamada gerçekleşir:

Berraklaşmış üst faz tankın üst kısmından tahliye edilir (overflow).

Konsantre haldeki çamur çöktürme tankının alt kısmından tahliye edilir (underflow).

Çöktürmenin Amacı

Kaba dağınık fazı gidermek.

Pıhtılaştırılmış ve yumaklaştırılmış kirliliği gidermek.

Kimyasal arıtmadan sonra kalan kirliliği gidermek.

Aktif çamur işlemi / damlatmalı filtrelerden sonra kalan çamuru (biyokütleyi) gidermek.

Çöktürmenin Esası

Suda bulunan askıda katılar suyun sahip olduğundan daha büyük bir özgül ağırlığa sahiptirler.

Depolamayla birlikte türbülans ortadan kalkar kalkmaz çökelme eğilimine girerler.

Akımın (türbülansın) geciktirildiği havuza çökeltme tankı denir.

Suyun teorik olarak tankta bulunduğu ortalama süreye alıkonma (bekletme) süresi denir.

Çöktürme Tipleri

Tip I: Taneli Çökelme – Tanecikler kendi başlarına, yakınlarındaki tanecikler ile etkileşime girmeden

çökelirler.

enve-muhammed.blogspot.com

Tip II: Yumaklı Çökelme – Yumaklaşma taneciklerin kütlelerin büyümesine ve daha yüksek bir oranla

çökelmelerine sebep olur.

Tip III: Engelli Çökelme – Birbirlerine göre sabit konumlarda bulunan tanecikler bir bütün şeklinde

çökelme eğilimi gösterirler.

Tip IV: Sıkışmalı Çökelme - Taneciklerin konsantrasyonu çok yüksek bir noktaya ulaşır ve bu noktadan

sonra çökelme yalnızca yapının sıkıştırılması ile gerçekleşir.

I. Tip Çöktürme

Taneciğin boyut, şekil ve özgül ağırlığı zamanla değişmez.

Çökelme hızı sabit kalır.

Bir tanecik suyun içinde askıda ise üzerine etkiyen 2 kuvvet vardır:

1. Yerçekimi kuvveti: Fg= p*g*Vp

2. Kaldırma kuvveti: Fb=g*Vp

Eğer taneciğin yoğunluğu suyunkinden farklı ise uygulanan net kuvvet:

Fnet= ( p-)*g*Vp

Bu net kuvvet itici güç (kuvvet) olur.

Hareket başladıktan sonra, sürtünme sebebiyle üçüncü bir kuvvet oluşur. Bu kuvvet sürtünme kuvveti

olarak adlandırılır ve aşağıdaki gibi hesaplanır:

Fd= (CD*Ap*v2)/2

CD= Sürtünme Katsayısı

Ap = Taneciğin İzdüşüm Alanı

Sürtünme kuvveti hareketin aksi istikametinde etkidiği ve hızın karesi ile doğru orantılı olarak arttığı

için, sürtünme kuvvetinin itici kuvvete eşit olduğu noktada sabit hıza ulaşılana kadar ivmelenme

azalan bir oranla gerçekleşir:

(p -)*g*Vp = (CD*Ap**v2)/2

Küresel tanecikler için,

Vp=d3/6 ve Ap=(d2)/4

Böylece, v2= 4g(p-)d

3 CD

enve-muhammed.blogspot.com

CD ifadesi, farklı akım rejimlerinin karakteristiğine göre değişir. Laminer , laminer olmayan ve

türbülanslı akımlar için CD değerleri:

Akım Türü CD Değeri

Laminer CD = 24 Re

Laminer olmayan CD = 24 + 3 + 0.34 Re Re

1/2

Türbülanslı CD= 0.4

Re: Reynolds Sayısı: Re=vd

Reynold Değeri Akım

<1.0 Laminer

1.0< Re < 10 Laminer Olmayan

>10 Türbülanslı

Laminer Akım

Laminer akımlar için, nihai çökme hızı:

v= (p-)gd2 şeklinde ifade edilir. Eşitlik Stokes Eşitliği olarak bilinir.

18

Laminer Olmayan Akım

Doğrusal olmayan denklemlerin çözümünü gerektirir:

v2= 4g(p-)d

3 CDCD= 24 + 3 +0.34

Re Re1/2

Re=vd

Stokes yasasını kullanarak hızı hesaplayın Reynold sayısını hesaplayın ve kontrol edin CD değerini hesaplayın Genel formülü kullanın Yakınsama noktasına ulaşıncaya kadar 2. adımdan itibaren tekrar edin (iterasyon)

enve-muhammed.blogspot.com

Çöktürme Tankı Tipleri

Çöktürme tankları sürekli ya da kesikli olarak çalışabilirler. Kesikli tanklar sakin tanklar olarak

da bilinirler. Suyu belli bir süre için depolar ve tam bir dinlenme halinde muhafaza ederler.

Sürekli akım tanklarında ise, akım hızı yalnızca azaltılabilir ve kesikli tanklarda olduğu gibi tam

bir dinlenme şartı sağlanamaz.

Çöktürme havuzu uzun dikdörtgensel ya da dairesel planda olabilir. Uzun, dar, dikdörtgen

şeklindeki, yatay akımlı tanklar genellikle radyal ya da spiral akımlı dairesel tanklara nispeten

daha çok tercih edilirler.

Uzun Dikdörtgensel Çöktürme Havuzları

Dikdörtgen şeklindeki uzun havuzlar hidrolik olarak daha istikrarlıdırlar, ve büyük hacimler

için akım kontrolü bu düzenleme biçiminde daha kolaydır.

Tipik bir uzun dikdörtgensel tankın uzunluğu genişliğinin 2 – 4 katı kadardır. Taban kısmı

çamur sıyırma işlemini kolaylaştıracak hafif bir eğime sahiptir. Yavaş hareket eden mekanik

çamur sıyırıcı çökmüş maddeleri çamur toplama hunisine sürekli bir şekilde toplar, toplanan

çamur buradan belirli aralıklarla çamur ünitesine pompalanır.

Bir uzun dikdörtgensel çöktürme tankı 4 farklı işlevsel bölgeye ayrılabilir:

Giriş Bölgesi: Akımın çökelme bölgesine doğru yatay bir şekilde eşit bir oranla dağıtıldığı bölgedir.

Çökelme Bölgesi: Sakin şartlarda çökelmenin gerçekleştiği bölgedir.

Çıkış Bölgesi: Arıtılmış çıkış suyu çıkış savağında toplanıp deşarj edilir.

Çamur Bölgesi: Çamuru toplamak içindir çökelme bölgesinin altında yer alır.

Giriş ve Çıkış Düzenlemeleri

Giriş Tertibatı: Girişler suyu eşit bir şekilde ve eşit hızlarda dağıtacak şekilde tasarlanmalıdır. Bölme,

giriş kısmına yakın bir şekilde inşa edilmeli, giriş hızlarını yaymak ve tekdüze (uniform) akım sağlamak

için su yüzeyinin bir kaç metre altında olmalıdır.

Çıkış Tertibatı: Çıkış savakları ya da batık menfezler (orifisler) havuzdaki hızları çökelme için uygun

değerde tutacak ve kısa devreleri minimize edecek şekilde tasarlanmalıdır. Savaklar ayarlanabilir

olmalıdır, ve uzunluğu en azından tankın çevre uzunluğuna eşit olmalıdır. Çevresel (periferik) savaklar

çok fazla kısa devreye eğilimli oldukları için tercih edilebilir değildirler.

Savak Taşma Oranları

Büyük savak taşma oranları çıkış bölgesinde çok yüksek hızların oluşmasına sebep olur. Bu hızlar

çökelme bölgesini geriye doğru uzatır, taneciklerin ve yumakların çıkış bölgesine doğru çekilmesine

sebep olur. Savak yükleri genellikle 300m3/gün/metre’ ye kadar kullanılır. Savak taşma oranlarını

azaltabilmek için aşağıda gösterildiği gibi iç kısma özel savak tasarımları yapmak gerekli olabilir.

enve-muhammed.blogspot.com

Savak uzunluğunu arttırabilmek için yapılmış savak düzenlemesi

Dairesel Havuzlar

Dairesel çökelme havuzları uzun dikdörtgensel havuzlarla aynı işlevsel bölgelere sahiptirler

ancak akım rejimleri farklıdır. Akım merkezden girer ve çevresel radyal akım perdeler

tarafından engellenir, su merkezden uzaklaştıkça yatay hızı sürekli olarak azalır. Böylece,

tanecik uzun dikdörtgensel tanktaki düz bir hattın izlemesine karşın dairesel havuzda

parabolik bir yol takip eder.

Dairesel havuzlarda çamur giderme mekanizması daha basittir ve daha az bakım gerektirir.

Çöktürme İşlemleri

Çöktürme havuzunda çökelen tanecikler 2 adet hız bileşenine sahiptir:

1) Dikey Bileşen: vt=(p-)gd2

18 2) Yatay Bileşen: vh= Q/A

Taneciğin takip ettiği yol yatay ve dikey hız bileşenlerinin vektörel toplamına karşılık gelir

Çökelme sütununun çökelme bölgesi akışı içinde askıda olduğu kabul edilir. Batch analizi

yapılan, başlangıçta yüzeyde olup T0 süresinde Z0 sütunu boyunca çökelen bir tanecik ele

alınsın. Eğer t0 süresi sütunun çöktürme bölgesi boyunca yatay olarak taşınması için gereken

süreye karşılık gelirse, tanecik çamur bölgesine çöker ve sütunun çöktürme bölgesinin sonuna

ulaştığı noktada askıdaki solüsyondan (süspansiyondan) giderilir.

Dikey hız bileşeni (vt) değeri v0 dan büyük olan bütün tanecikler çöktürme bölgesi içinde bir

noktada süspansiyondan giderilirler.

Çökme hızları V0‘dan küçük olan tanecikleri ele alalım. Eğer taneciğin başlangıçtaki derinliği

Zp/vt=t0 şeklinde ise bu tanecik giderilecektir. Bu sebeple, çöktürme bölgesinden geçen

taneciklerin giderimi taneciklerin çökelme hızlarının v0‘a nispetiyle doğru orantılı olacaktır.

T0’ın bekletme süresine eşit olduğu zaman= t= v/Q = L*Z0*W / Q

Ayrıca, t0= Z0/v0

enve-muhammed.blogspot.com

Bu sebeple, Z0/v0= L*Z0*W / Q ve v0= Q / (L*W)

ya da v0= Q/AS

Sonuç olarak, havuz derinliği, çökelme bölgesinde tamamen giderilen tanecik boyutunu belirlemeye

yarayan bir faktör değildir. Belirleyici faktör, hız birimi olan ve taşma oranı (q0) olarak da anılan Q/AS

oranıdır. Taşma oranı çökelme havuzları için tasarım faktörüdür ve taneciklerin tamamının giderildiği

nihai çökelme hızına tekabül eder.

Tasarım Ayrıntıları

1. Bekletme Süresi: yalnız çöktürme için 3- 4 saat, pıhtılaştırma-yumaklaştırmalı çöktürme için

2-2.5 saat.

2. Akış hızı: 30 cm/dakika ‘dan fazla olmamalıdır (yatay akış).

3. Tank boyutları: Uzunluk : Genişlik = 3:1 – 5:1. Uzunluk genellikle 30 - 100 metre. Genişlil 6 –

10 metre. Dairesel: Çap<60 metre. Genellikle 20 – 40 metre.

4. Derinlik 2.5 – 5.0 metre, genellikle 3 metre.

5. Yüzey taşma oranı: yalnızca çökelme için 12000 – 18000 L/gün/m2 tank alanı; bütünüyle

yumaklaştırılmış sular için 24000 – 30000 L/gün/m2 tank alanı.

6. Eğimler: Dikdörtgenselde %1, daireselde %8.

Çözümlü Örnek

Çöktürme Tankı Tasarımı - Problem: Günlük 2.4 milyon litre ham su arıtabilecek bir dikdörtgensel

çöktürme tankı tasarlayınız. Bekletme süresi 3 saat olarak kabul edilecektir.

Çözüm: Günlük arıtılacak ham su 2.4 x 106 L, Bekletme süresi 3 sa.

Tank hacmi = Akım x Bekletme süresi = 2.4 x 103 m3 x 3 sa / 24 sa = 300 m3

Tank derinliğini 3.0 m olarak kabul edilsin.

Yüzey alanı = 300 m3/3 m = 100 m2

Uzunluk:Genişlik = 3 (kabul). U = 3G.

3G2 = 100 m2 G = 5.8 m

U = 3G = 5.8 m X 3 = 17.4 m

Böylelikle yüzey yükü (taşma oranı) = Debi = 2.4 x 106 = 24,000 L/g/m2 < 40,000 l/g/m2 (UYGUN)

Yüzey Alanı 100

enve-muhammed.blogspot.com