reklam-alani
reklam-alani

Desalinasyon Tesisleri Ve Deniz Suyu Arıtma Teknolojileri

Desalinasyon Tesisleri Ve Deniz Suyu Arıtma Teknolojileri

Desalination Plants & Sea Water Desalination Technologies

Dünya’nın dörtte üçü su olmasına rağmen, içme ve kullanıma uygun tatlı su kaynakları oldukça kısıtlıdır. Dünya’nın toplam tatlı su kapasitesi yaklaşık 35 milyon km3 ( Dünya’nın toplam su kapasitesinin %2,5’i ) olup bunun sadece 105 bin km3’ü ( %0.3’ü ) doğal çevre ve insan kullanım ihtiyaçlarına elverişli tatlı su kaynaklarıdır. Diğer tatlı su kaynakları ise kutuplarda ve yer altındadır ve kullanımı çok kısıtlıdır. Mevcut kullanılabilir tatlı su kaynakları (%0.3); kuraklık, iklim değişikliği, sanayileşme, artan nüfus yoğunluğu, plansız şehirleşme gibi nedenlerle gün geçtikçe azalmaktadır. Su kaynaklarındaki yetersizlikler, sürekli artan su ihtiyacı, içme ve kullanma suyu temini için alternatif su üretme yöntemlerinin uygulanmasına neden olmuştur.

Okyanuslarda ve denizlerde bulduğumuz suyun geri kalanı, tuzluluk seviyesinden dolayı içilebilir değildir. Tuzdan arındırma çok fazla enerji gerektirir. Tuzdan arındırma maliyeti enerji maliyetine bağlı kalmaya devam ettiği sürece, bu teknolojiler kendilerine en çok ihtiyaç duyan enerji açlığı olan gelişmekte olan dünyanın çoğuna yardımcı olmaz. Tuzdan arındırma sadece enerji yoğunluğu haricinde ayrıca geride bıraktığı toksik çamur sorunu da var.

İçme ve ev kullanımı için ve ayrıca ticari ve endüstriyel işlemler için yeterli miktarda suya erişim, sağlık ve refah için kritik öneme sahiptir. Dünya nüfusunun büyümesiyle sınırlı miktarda tatlı suyun mevcudiyeti azalmaktadır.

%71 yeryüzü yüzeyinden; %97.5’i deniz suyu ve %2.5’i temiz su dur.

Türkiye’nin, toplam yüz ölçümü 783.562 km²’dir ve üç tarafı denizler ile çevrili bir ülkedir. Türkiye, su kaynakları açısından zengin bir ülke değildir ve ılıman, yarı-kurak ve sıcaklıklarda aşırılıkların olduğu bir iklim kuşağındadır. Yapılan çalışmalara göre, tatlı su kaynakları sınırlıdır ve gelecek için yapılan tahminlere göre, su kıtlığı tehlikesi ile karşılaşması beklenmektedir. Yıllık ortalama yağış miktarı 643 mm olarak hesaplanmakta olup, bu miktarın dünya ortalamasının (800 mm) altında olduğu görülmektedir. Toplam tüketilen su miktarı her yıl artmaktadır ve önümüzdeki yıllarda artışın devam edeceği tahmin edilmektedir.

2023 yılı tatlı su tüketimi tahminlerine göre, mevcut tatlı su kapasitesinin tamamının kullanılması beklenmektedir. Ayrıca Türkiye’nin 25 havzasında birçok nedenlerden dolayı su kıtlığı sınırına yaklaşılmıştır. Mevcut su durumu ve tahminlere göre, su temininde ciddi sorunlar oluştuğu ve alternatif su temin yöntemlerini uygulama çalışmalarına başlanmıştır.

Yıllık yağış miktarı ortalama 501 milyar m3 suya karşılık gelmektedir ve yağışlarla gelen suyun 158 milyar m3’ü yüzey suyu olarak akarsulara ve göllere katılmaktadır. Ekonomik ve teknik şartlar dikkate alındığında ise kullanılabilir su miktarı yıllık 112 milyar m3’tür.

Özellikle su kıtlığı yaşanan, denize kıyısı olan bölgelerde deniz suyundan içme ve kullanma suyu temin edilebilir durumdadır. Dünyada sadece ortalama gelişmeler baz alınarak 2030 yılı için yapılan tahmine göre, günümüzde 4.500 km3 olan su ihtiyacının, 6.900 km3 olması beklenmektedir. Tahmin edilen miktarın, mevcut kullanılabilir su potansiyelinin %40’ından fazla olduğu görülmektedir. Su kaynaklarını etkileyen diğer faktörler de dikkate alındığında 2030 yılına kadar gerekli önlemler alınmazsa içme ve kullanma suyu kaynakları yeterli olmayacaktır.

Dünya 2019 yılı nüfusu 7.6 milyar olarak açıklanmıştır ve 2030 yılı için nüfusun 8.3 milyar kişi olacağı tahmin edilmektedir. Artan nüfusun yaklaşık %60’ının kentlerde yaşayacağı tahmin edilmektedir. Bu durum mevcut tatlı su kaynaklarının miktarını ve kalitesini ve sağlıklı temin edilmesini zorlaştıracaktır. Gıda, su ve enerji ihtiyaçları nüfus ve tüketimin artışlarının etkisiyle 2030 yılına kadar %50 artması beklenmektedir. İklim değişikliği sonucu oluşacak olumsuz durumlar bu kaynakların mevcut potansiyellerini daha da azaltacaktır. İklim değişikliği tahminlerinde genel olarak, hava değişimlerinin keskin olacağı, yağışların ve kuraklıkların artacağı beklenilmektedir. Kuraklıkların beklendiği yerlerde, Ortadoğu, Kuzey Afrika ve Güney Avrupa başta gelmektedir. Bu durumlar su kıtlığının daha da artacağının habercisidir. Özellikle Ortadoğu, Kuzey Afrika ve Güney Avrupa çevrelerinde alternatif su kaynakları üzerinde ciddi ve pahalı çalışmalar yapılmaktadır.

tesis

Şekil 1. Ülkelere göre su kıtlığı

Deniz Suyu Özellikleri ve İçme Suyu Kalitesi Bakımından Tuzlu Su:

İçme suyu temini dünyanın giderek büyüyen bir sorunu olup, su sıkıntısının giderilmesinde kullanılan çeşitli yollar mevcuttur. Bunlar, tutumlu ve ölçülü bir su sarfiyatı, yağmur sularının biriktirilip kullanıma sunulması, su fazlası olan bölgelerden su kıtlığı çekilen bölgelere su naklinin sağlanması, deniz suyu veya az tuzlu yer altı sularının tuzlarının çeşitli metotlarla giderilmesi olarak sayılabilir. Gerek yaşamın ve gerekse kalkınmanın vazgeçilmez bir girdisi olan suyun kirletilmesinin ve gereksiz sarfiyatının önüne geçilmesi şarttır.

Eski çağ denizlerinden ve yağmurlarından oluştuğu belirtilen fosil su rezervlerinin çıkarılarak dünya üzerinde yaşanan su sıkıntısına çözüm getirme fikri ise henüz bir tartışma ve araştırma konusudur. Magmaya çok yakın bölgelerdeki bu rezervlerin yüksek mineral içeriğinden dolayı, bu suların içilebilir hale getirilmesi için yüksek maliyetli tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durum ise fosil su rezervlerinin cazibesini azaltmaktadır. Buz dağlarının yük gemileri ile kutup bölgelerinden kurak bölgelere taşınması yoluyla su temini ise taşıma maliyetleri nedeniyle günümüzde olabilir görünmemektedir. Deniz suyundan tatlı su elde edilmesi yüksek maliyetlere ihtiyaç duyduğu için, kullanılacak tekniğin fizibilite etüdünün ayrıntılı olarak yapılması gereklidir. Denizden denize tuz içeriği büyük ölçüde farklılıklar gösterir. Denizlere olan tatlı su akışına bağlı olarak tuz içeriği yüksek ya da az olabilmektedir. Karadeniz, Marmara, Ege ve Akdeniz’e göre daha az tuzlu bir denizdir. Bu, düşük tuzluluk oranlarında, Karadeniz’e dökülen Tuna, Bug, Dinyester, Dinyeper, Don, Kızılırmak gibi büyük akarsuların önemli payı vardır. İstanbul ve Çanakkale boğazları aracılığıyla Karadeniz ile Ege Denizi arasında su alışverişi sağlayan Marmara Denizi’nin yüzey suları Ege ve Akdeniz’e göre daha az Karadeniz’e göre ise daha tuzludur. 15-20 m derinlikte yüzey katmanında %2,2 olan tuzluluk oranı, 30 m’de %3,7’ye, 150 m’de ise %3.85’e ulaşmaktadır.  Ege Denizi’nin Karadeniz ve Marmara’dan daha tuzlu olmasının nedeni, Karadeniz ve Marmara’dan gelen yüzey sularının Ege Denizi’nde saatte 2 km’yi aşan bir üst akıntı oluşturmasıdır. Bu üst akıntı Yunanistan kıyılarını izleyerek güneyde Akdeniz’e ulaşır.

Tablo 1. Ülkelere göre tatlı su çekimi ve kullanımı

tesis

Ters Osmoz Yöntemi ile Deniz Suyundan İçme-Kullanma Suyu Temininin Teknik ve Ekonomik Olarak Değerlendirilmesi Avşa (Balıkesir) Örneği “Uzmanlık Tezi” ( Yunus Emre BIYIKLI ), İLBANK A.Ş. Nisan 2017, Sayfa4

Deniz suyunda 100’den fazla elementin varlığı belirlenmişse de bunların en önemlileri Tablo 2’de verilmiştir.

tesis

Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi; Deniz Suyu Arıtım Teknolojileri, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Samsun, (Fulya Aydın, Yüksel Ardalı) 2011, Sayfa159

Sudan Tuzu Ayırma Süreçleri:

 

Sudan tuzu ayırmak için damıtma, membran ve kimyasal prosesler olmak üzere üç temel proses bulunmaktadır.

 

1- Damıtma Prosesleri:

Suyun (gaz ya da katı) hal değişimi özelliğini kullanarak değişen fazını ayırmak için termal araç kullanılan proseslerdir. Amaç, fiziksel olarak tuz çözeltisinden suyu buharlaştırarak ayırmak ve daha sonra tekrar sıvı forma dönüştürerek toplamaktır. Bu sistemler için termal enerji ya da güneş enerjisi kullanılmaktadır. 1980’lerden önce damıtma tuzsuzlaştırması (DT) deniz suyu arıtımı için en popüler yöntem olmuştur. Ticari olarak kullanılan ilk deniz suyu arıtma prosesleri olmasının yanında dünyada deniz suyu arıtım proseslerinin %65’lik kısmını halen bu prosesler kullanılarak yapılmaktadır. Termal kısmına ek olarak damıtma prosesleri sık sık daha düşük sıcaklıklarda da buharlaştırmayı arttırmak için vakum uygulamasıyla birleştirilmiştir.

. Çok işlemli damıtma (multiple-effect distillation)

. Çok kademeli şok damıtma (multi-stage flash distillation)

. Mekanik buhar sıkıştırma (mechanical vapour compression)

. Güneşle damıtma (solar distillation)

 

2- Membran Prosesler:

Membran prosesler, fiziksel olarak bileşenlerin ayrılmasında membran sisteminin kullanıldığı proseslerdir. Deniz suyu arıtımında en çok kullanılan iki membran prosesi ters ozmos ve elektrodiyalizdir. Ayrıca membran distilasyon (MD) prosesi de kullanılmaktadır.  Ters ozmos yönteminde, suyun basınç altında tutulmasıyla açığa çıkan kimyasal potansiyel eğilimiyle çözünen madde membran boyunca geçer ve sudan fiziksel ayrımı gerçekleşir. Elektrodiyalizde, çözeltide iyonlar bir elektriksel alana karşılık anyon ve katyon seçici membranlar boyunca hareket ederler. Akış boyunca sudan çözünmüş iyonları ayırmak ve toplamak için bir elektriksel alan kullanılmaktadır. Her iki proses de büyük ölçekte ticarileştirilmiştir.

  • . Ters Ozmos (Reverse Osmosis – RO)
  • . Elektrodiyaliz (Electrodialysis-ED)
  • . Membran Distilasyonu ( Membran distillation- MD)

3-Kimyasal Prosesler:

Bu kategori damıtma ve membran proseslerinden daha değişkendir ve iyon değiştirme, sıvı-sıvı ekstraksiyonu veya diğer arıtım tasarımlarını kapsamaktadır. Tuzsuzlaştırma için damıtmanın ve membran proseslerinin verilen süresi kimyasal prosesler veya kimyasal ve diğer proseslerle birlikle bir hibrit sistem tanımıyla hemen hemen alışılmışın dışındadır. Genel olarak, kimyasal prosesleri tatlı suyun üretimi için uygulamak oldukça pahalı bulunmuştur. Ancak kimyasal proseslerden biri olan iyon değiştirme özel uygulamalar için yüksek saflıkta deiyonize su üretmek için kullanan özel bir prosestir. Bunun yanı sıra, iyon değiştirme çözünmüş katı madde miktarı yüksek olan sular için de pratik olmayan bir prosestir. Ancak deniz suyundan bor uzaklaştırmak için kullanılan en uygun teknoloji olduğu yapılan çalışmalarla desteklenmiştir. Aynı zamanda içme suyu kalitesinde deniz suyunun tuzluluğunu azaltmak için gerekli olan ters ozmos proses ile de birleştirilebilmektedir.

Tesisler:

Desalinasyon Tesisleri:

Böbrekler, deniz suyundaki tuzu vücutta etkisiz hale getirememekte ve içtiğiniz bir bardak sudaki tuzu atmak için bir bardaktan daha fazla idrar üretmeniz gerekmektedir. Bu durumun çözümü desalinasyon, yani tuzdan arındırmadır. Bu işlem deniz suyunu tuzdan arındırarak içilebilir hale getirmektedir ve bunun için de ya çok kademeli şok adı verilen kaynatma tekniği ya da ters ozmos adlı filtreleme yöntemi kullanılmaktadır. Genel manada, Şekil 2’de bir desanilasyon tesisi gösterilmiştir.

tesis

Şekil 2. Desanilasyon Tesisi

Pros And Cons Of Seawater Desalination Using RO For Drinking Water (By Nick Nicholas) 2019, https://www.wateronline.com/doc/pros-and-cons-of-seawater-desalination-using-ro-for-drinking-water-0001

Çok kademeli şok damıtma, güneş enerjili damıtıcılarla aynı ilkeyi kullanmaktadır. Su kaynayınca saf su buhar ayrılmakta ve tuz kristalleri geride kalmaktadır. Bu, su buharını toplamak, yoğuşturmak ve içmek mümkündür.

Ters ozmos ise suyu yalnızca su moleküllerinin geçmesine izin veren bir filtreye yüksek basınçla püskürterek tuzdan arındırmaktadır. Su, filtreyi geçmekte ve membranın bir tarafında tuzlu, diğer tarafında içilebilir su kalmaktadır. (Şekil 3)

Şekil 3. Ters Ozmos sistemi

 Pros And Cons Of Seawater Desalination Using RO For Drinking Water (By Nick Nicholas) 2019, https://www.wateronline.com/doc/pros-and-cons-of-seawater-desalination-using-ro-for-drinking-water-0001

 

Uluslararası Desalinasyon Birliği’ne göre dünyada şu an 18000’den fazla desalinasyon tesisi vardır ve bunlar her gün 150’den fazla ülkede 300 milyon insana 860 milyar litreden fazla su sağlamaktadır.

Ters ozmos (RO) membranları uzun zamandır acı su ve deniz suyu arıtımında geniş ölçekte kullanılan ve gelişen bir teknolojidir. Deniz suyu RO sistemleri için işletim parametreleri esas itibariyle sıcaklık ve besleme suyu tuzluluğunun bir fonksiyonudur.

RO basınçlandırılmış tuzlu çözeltiden suyu çözünenlerden ayıran bir membran ayırma prosesidir. Uygulamada tuzlu su membrana karşı basınçlandırılan kapalı bir kanal içine pompalanır. Suyun bir kısmı membran boyunca geçerken kalan besleme suyunun tuz içeriğinde artış gözlenir. Aynı zamanda besleme suyunun bir kısmı membran boyunca geçmeksizin deşarj edilir. Bu deşarjın kontrolü olmadan aşırı doymuş tuzların çökelmesi gibi problemler yaratan tuz konsantrasyonundaki artış devam eder ve membranların geçiş sırasında osmotik basınç artar. Bu tuzlu suda atık olarak deşarj edilen besleme suyunun miktarı besleme suyunun tuz konsantrasyonuna bağlı olarak besleme akışını %20-70 arasında değişir. Şekil 4’te ters ozmos tesisi planının basit bileşenlerini göstermektedir.

Şekil 4. Ters Ozmos tesisi planının basit bileşenleri

Mühendislik Ve Fen Bilimleri Dergisi; Deniz Suyu Arıtım Teknolojileri, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Samsun, (Fulya Aydın, Yüksel Ardalı) 2011, Sayfa167

 

Ters osmozun nasıl çalıştığını anlamak doğada osmoz sürecini anlamaya yardımcı olur. Farklı çözünmüş mineral konsantrasyonlarına sahip iki çözelti, yarı geçirgen bir zar ile ayrıldığında su, daha az konsantre çözeltiden daha yoğun çözeltiye doğru akar. Yarı geçirgen zar örnekleri, canlı bir organizmanın hücre duvarları, tavuk yumurtasının içindeki zar, memelilerin bağırsak astarları veya bu karakteristiği gösteren insan yapımı malzemelerdir (plastik türü).

Ozmotik basınç, suyun “temiz” taraftan “kirli tarafa” (düşük mineralden yüksek mineral içeriğine kadar olan yan membran) ne kadar kötüye gitmeyi istediğinin bir ölçüsüdür ve mineral yoğunluk diferansiyeline göre yönetilir. Bu basınç şaşırtıcı derecede yüksek olabilir ve ağaçları suyun en derin kökten en uzun bacağa, çoğunlukla 100 veya daha fazla ayağa dikey bir mesafeye taşımak için kullandığı bir mekanizmayı açıklar. Su membrandan geçerken içerdiği minerallerin çoğu geride kalır. Çözünmüş minerallerin (iyonların) çoğunu geride bırakarak su moleküllerini membrandan geçmesini sağlayan mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır ancak basit filtrasyondan kesinlikle çok daha karmaşıktır. Difüzyon ve aktif taşıma, rol oynayan modellerdir. Bir tanım, osmozu “su moleküllerinin dipole momentinin bir membranın diğer tarafındaki iyonlara ve kutup moleküllerine çekilmesinden kaynaklanan su moleküllerinin bir membrandan geçişi” olarak adlandırır.

Ters osmoz sistemleri , diğer yönden akmaya çalışan doğal ozmotik basıncın üstesinden gelmek için “kirli taraf” (yüksek mineral içerikli taraf) üzerindeki insanın indüklediği basıncın yanı sıra, suyun yarı geçirgen zar tarafına, “temiz tarafa” geçirir. RO sürecinde, çözünmüş minerallerin %98’i veya daha fazlası “kirli taraf”ın gerisinde kalmaktadır. Şekil 5 deniz suyu arıtma teknolojileri süreç sıralamasını göstermektedir.

Şekil 5. Deniz suyu arıtma teknolojileri

 Tampa Bay Seawater Desalination, https://www.tampabaywater.org/tampa-bay-seawater-desalination

 

Ters osmoz, büyük miktardaki zar yüzey alanını küçük bir hacme sığdırmak için bir çekirdeğin çevresinde sarılmış membranları kullanır. Membran, çözünmüş iyonların %98’inin temiz su akışına geçmesini önlediğinden, membranın “kirli” tarafında bir çok mineral bırakılır. Bunları süpürüp ölçeklendirmeyi en aza indirgemek için (mineraller daha konsantre hale geldiği için çoğu çözünürlük konsantrasyonunu aşabilir ve çökelmeye veya membrana yapışmaya başlar ve böylece filtrasyon verimliliğini azaltır ve potansiyel olarak gereksiz hale getirir) tipik olarak toplamın yaklaşık %25’i besleme suyu membranın kirli tarafı boyunca boşaltmak için yıkanır. Konsantre minerallere ilaveten, besleme suyundaki asılı küçük parçacıkların büyük kısmı da boşaltma için giderilir. Bu, çok temiz bir ürün suyu üretir çünkü en çok toplam organik karbon veya TOC dahil olmak üzere çok küçük parçacıklar (0.0001 mikrona kadar) da çıkarılır.

Ek mineral azaltma arzu edildiğinde, iyon değişimli demineralizasyon, ürün suyunu parlatmak için kullanılabilir. Çözülmüş iyonların %98’inde RO işlemi sırasında uzaklaştırıldığından, iyon değiştirici reçineler işlevsel anlamda, önemli kapasiteye sahiptir. Besleme suyu ters osmoz sisteminin akış yukarıdan doğru şekilde işlenirse, sadece önemli bir hareketli kısmı olan bir pompaya sahip oldukları için bakım genellikle azdır. Günümüzde kullanılan en yaygın RO zarları klorla tahrip olmaktadır, bu nedenle ön işlem genellikle sodyum bisülfit gibi indirgeyici bir ajan ya da de klorinasyon (yani serbest klorin eliminasyonu) için aktif karbon filtreleri kullanmayı içerir. Kalsiyum ve magnezyum karbonatları kireç oluşumunu önlemek için iyon değişimi yumuşatma işlemi gerekebilir, ancak Antiskalant kimyasalların hızlı gelişimi bunları genellikle seçme yöntemi yapar (tuz tüketimini ortadan kaldırır). Su, önemli silt içeriyorsa, çoklu ortam filtrelemesi gerekebilir.

Ters Osmoz Nedir? Osmoz suyun az yoğun ortamdan çok yoğun ortama emilme sürecidir. Ters osmoz ise bu sürecin basınçla tersine döndürülerek çok yoğun ortamdan temiz su ayrıştırmak için kullanılır. Tamamıyla doğal, fiziksel bir yöntemdir. Isı, ışın veya kimyasal kullanılmaz.

İdeal içme suyu nasıl olmalıdır?

İdeal içme suyu 0 – 50ppm’dir. 170ppm’e kadar olan sular kabul edilebilir

düzey sayılırken, 170ppm’den daha fazla değeri olan su sert su diye tabir edilir.

Dünya içme suyu standartlarına göre içme suyu TDS değeri en fazla 500ppm olabilir.

500ppm üzerindeki su içilebilme özelliğini yitirmiştir.

Yine dünya standartlarına bakıldığında ortalama çeşme suyu değerleri 150ppm ila

400ppm arasında değişiklik göstermektedir.

Ters Osmoz cihazları ile arıtılan su ise; Giriş suyu değerlerine bağlı olarak 10ppm ila 18ppm gibi ideal değerlere sahiptir.

Bir ters ozmos sistemi aşağıdaki ana bileşenlere sahiptir:

  • Ön Arıtma
  • Yüksek Basınç Pompası
  • Membran Sistemi
  • Son Arıtma

Ön arıtma ters ozmos sisteminde önemlidir, çünkü besleme suyu işlem süresince çok dar kanallardan geçmektedir. Membran proseslerinde membran performansının bozulmasına, temizleme ve geri kazanma maliyetleri gibi sonraki adımları sınırlayan en büyük problem olarak kirlenme sık sık beklenen bir sorun olarak görülmektedir. Bu nedenle askıda katı maddeleri uzaklaştırılmak ve tuz çökelimi ya da membran üzerinde mikroorganizma büyümesinin meydana gelmesini engellemek için su ön arıtımdan geçirilmektedir. Sıcaklık, toplam çözünmüş katı maddeler ve biyolojik kalite gibi deniz suyunun su kalite parametreleri çok sayıda deniz suyu arıtma tesisinin ön arıtım sistemlerini etkilemektedir.

Genellikle ön arıtım adsorpsiyon, elektrokoagülasyon, mikrofiltrasyon ve koagülasyon /flokülasyon sistemlerinden meydana gelmektedir. Membran teknolojilerindeki ilerlemeler, deniz suyu ön arıtımı için mikrofiltrasyon ve nanofiltrasyon proseslerinin araştırılması ve uygulanması yönünde olmaktadır. Ön arıtım yöntemleri besleme suyunun koşullarına ve membran materyaline göre değişiklik göstermektedir.  Yüksek basınç pompaları suyun membran boyunca geçişini sağlamak için gerekli olan basıncı oluştururlar.

Bu basınç tuzlu su için 250-400 PSI arasında ve deniz suyu için 800-1180 PSI arasında değişmektedir. Ters ozmos tarafından tüketilen enerjinin çoğu tuzlu suyun basınçlandırılmasından oluşmaktadır. Membran topluluğu, bir basınç kanalı ve membrana karşı basınçlandırılmış besleme suyuna izin veren membranlardan meydana gelmektedir. Yarı geçirgen membranlar hassastır ve tuzların akışını engellenirken tatlı suyu geçirebilme özellikleri değişir. Ters ozmos ile deniz suyu arıtımında genellikle polivinil klorür (PVC), polivinilidin florür (PVDF), polieter sulfon (PES) ve diğer organik polimerlerden üretilen organik membranlar kullanılmaktadır. Ancak, alümina ve silika gibi seramik membranlar mekanik özellikleri, kimyasal ataleti, termal denge ve uzun ömürlülüğü ile polimerik membranlardan daha üstün olmaktadır.

Membran materyallerinin gelişimi genellikle araştırma aktivitesine göre ikiye ayrılmıştır:

(i) uygun materyal (kimyasal bileşim) ve membran oluşum mekanizması için araştırma,

(ii) fonksiyonellik ve dayanıklılığı arttırmak amacıyla membran formülasyonu için daha kontrollü koşulların gelişimi .

Ters ozmos membranları değişik konfigürasyonlarda üretilmiştir. Ticari olarak en çok başarılı olanlardan ikisi spiral-sarmal levha ve boşluklu ince liflerdir. İmalatçılara bağlı olarak değişmesine rağmen membranın ve basınç kanalının tasarımı besleme suyunun tuz içeriği ve bu konfigürasyonların her ikisi hem tuzlu suyu hem de deniz suyunu arıtmak için kullanılmaktadır. Ters ozmos membranları pH’a, oksidantlara, organiklerin geniş aralıklarına, bakterilere, partiküllere ve diğer kirliliklere duyarlıdır.

Son arıtma, suyun dengelenmesi ve dağıtılmasını içermektedir. Bu son arıtma hidrojen sülfür gibi gazları uzaklaştırma ve pH’ın ayarlanmasından oluşabilir.

Ters ozmos ile yapılan arıtımda membran maliyeti ana maliyetinin %20-30’nu,  membran yenilenmesi ise işletim maliyetinin %25-30’unu oluşturmaktadır. Bu nedenle ters ozmosun membranlarının ekonomik değeri güçlü bir şekilde membran ömrüne bağlıdır ve bu yüzden bozulma kontrol edilmelidir.

Ayrıca üretilen tatlı suyun her metreküpü için yaklaşık olarak 3-10 kilowat-saat elektrik enerjisine ihtiyaç duymaktadır. Deniz suyu ters ozmos tesislerinin işletme maliyetinin hemen hemen yarısını elektrik maliyeti oluşturmaktadır. Bazı araştırmacılara göre bu maliyet RO sistemleri için en önemli dezavantaj olarak ifade edilmektedir. Bu nedenle enerji geri kazanımını sağlamak amacıyla bir takım çalışmalar yapılmaktadır. Son zamanlarda RO’nun güvenilirliği ön arıtım adımlarında RO ile birleştirilebilen mikrofiltrasyon (MF), ultrafiltrasyon (UF) ve nanofiltrasyon (NF) gibi diğer çeşitli membran proseslerinin gelişimi ile geniş ölçüde artmıştır. Deniz suyu arıtımında çeşitli membran ünitelerinin optimizasyonu ve entegrasyonu sayesinde sıfır tuz üretimi ve artan geri kazanım oranı ile daha iyi kalitede su temini etmek mümkündür.

İçme Suyu İçin RO Kullanarak Deniz Suyu Tuzdan Arınmanın Artıları ve Eksileri;

Deniz suyunu tuzdan arındırma, su kıtlığının mevcut olduğu zamanlarda, kıyı toplulukları ve ada ülkeleri için içme suyu üretiminin geleceği konusudur. Birkaç ülkede zaten oldukça yoğun bir şekilde kullanılıyor. Suudi Arabistan, Birleşik Arap Emirlikleri ve ABD, dünyada içme kapasitesine göre ilk üç tuzdan arındırma üreticisidir ve bunu Avustralya, Çin ve Kuveyt izlemektedir. Bu ülkeler tuzdan arındırma sistemlerinden yararlanmaktadır. Çünkü özellikle çok az tatlı su kaynağı olan kuru iklimlere sahiptirler veya su kaynaklarının mevcut su kaynaklarının üzerinde bir genişlemesini gerektirirler. Bu  deniz suyu tuzdan arındırma sistemleri  tipik olarak kıyı toplulukları tarafından kullanılır ve pratik olarak sınırsız miktarda besleme suyu sağlar. Bu deniz suyu tuzdan arındırma teknolojisinin uygulamaları hakkında bazı ayrıntıları bilerek, deniz suyunun ters osmoz tuzdan arındırma ve nasıl çalıştığı hakkında bilgi verirsek;

Şekil 4. Deniz Suyu Arıtma Teknolojileri ( Sea Water Desalination Technologies )

Gleick, PH, Cooley, H. ve Wolff, G. (2006) Tuz Taneli: Deniz Suyu Tuzdan Arındırma Hakkında Güncelleme. “Dünyanın Suyu: 2006-2007” de. Ed. PH Gleick tarafından. Island Press. Washington DC.

 

Bazı SWRO temelleri; Tuzdan arındırma işleminin nihai hedefi, deniz suyunda bulunan ve yaklaşık %3 ile %3,5 oranında konsantre edilmiş tuzların uzaklaştırılmasıdır. Deniz suyunda renk, silika ve mikroorganizmalar gibi ele alınması gereken başka bileşenler de vardır. Bunu yapmak için süreç, okyanus suyunu bir sahil kuyusundan bir giriş pompası veya deniz tabanına gömülü bir giriş borusundan çekerek başlar. Bu su bir dengeleme tankına veya havzaya girer. . ( Şekil 4 de Deniz Suyu Arıtma Teknolojileri görmekteyiz. )

Bu işlemden sonra, su ön arıtmaya tabi tutulur. Ön işlem genellikle 1 nanometreden daha büyük partikülleri gideren bir veya daha fazla filtrasyon ünitesinden oluşur. Bu ön işlem süreci, RO membran kirlenmesi riskini azaltmak için çok önemlidir.

RO işleminde, ozmotik basıncın üstesinden gelmek için basınç uygulanır. Bu nedenle, su zardan daha düşük tuz konsantrasyonuna sahip bir alana akar ve tuzların konsantre bir çözeltiye (tuzlu su) akmasına izin verir. Elde edilen temiz su, yeniden mineralizasyon ve artık dezenfeksiyon içeren bir işlem sonrası işlemden geçirilir. Son olarak, üretilen tuzlu su konsantresi dikkatlice okyanusa dağınık bir şekilde boşaltılır. Bu deşarj süreci, yerel deniz ekosistemi üzerindeki olumsuz etkileri önemli ölçüde azaltmak için tasarlanmıştır.

İçme suyu için ters osmoz deniz suyu tuzdan arınmanın bazı artılarını ve eksilerini inceleyelim;

Artıları:

  • Modüler sistemler; Sermaye maliyetlerini azaltmak için kompakt ve taşınması ve kurulumu kolay olacak şekilde tasarlanmıştır. Alanın sınırlı olabileceği belediye veya ticari içme suyu uygulamaları (oteller gibi) için mükemmeldir. Ancak çok sayıda insan sağlamaları gerekir.
  • İçme suyu kaynaklarının genişletilmesi; Tuzdan arındırma işleminin arkasındaki itici güç, mevcut su kaynaklarımızın durumu hakkında daha sürdürülebilir bir şekilde düşünmek önemlidir. Okyanus çok büyük bir alternatif oluyor. Dünya okyanuslarının içme suyu için uygun bir kaynak olduğu için insanlığın en değerli kaynağını üsteki veriyle genişletir. Okyanusların Dünya’daki tüm suyun yaklaşık yüzde 97,5’inden fazlasını oluşturduğunu unutmayın.
  • Daha yüksek verim; Şu anda kullanılan diğer tuzdan arındırma işlemi termal çeşitliliktir. Su döngüsüyle aynı şekilde çalışır, suyu buhara buharlaştırır ve yoğunlaştığında temiz su sağlar. Bu yaklaşım, istenmeyen partiküllerin giderilmesinde çok etkilidir. Ancak buharın toplanması ve yoğunlaştırılması verimsizdir ve RO’dan çok daha düşük saf su verimi üretir. Aynı çıkış suyu hacmi için, termal işlemler yaklaşık üç kat daha fazla deniz suyu gerektirir.
  • Çok saf su; Ters osmozdan sonra, su o kadar saftır ki, aslında mineralleri geri koymak zorundayız. Süreç, insanların ihtiyaç duyduğu su minerallerini ve aşina olduğumuz tatları giderir. Bu nedenle, yeniden mineralizasyon sonrası süreç bununla ilgilenir ve pH’ı düzenler.

 

Eksileri:

  • Membran teknolojisi iyileştirme gerekli; Ters osmoz membranları çok hassastır. Dolayısıyla, daha dirençli bir zar malzemesi geliştirilmedikçe, ön işlem önemli bir gerekliliktir. Bu olmadan, zar pratik olarak işe yaramaz hale gelebilir, verimi azaltabilir veya saf su üretebilir. Hatalı ön işlemden geçirilmiş deniz suyu, zerrecik halinde maddeyi membrana bırakabilir. Bu kirleticiler, işletme maliyetini artıran uygun membran akışını ve basıncını etkiler.
  • Daha yüksek enerji kullanımı; Ters osmoz sistemleri sabit akış süreçleridir, bu nedenle sıvılar sürekli olarak pompalanır ve silindirik membran kaplarına sürekli olarak basınç uygulanır. Gerekli basınç bazı sistemlerde 1000 PSI’ye (69 bar) kadar çıkabilir. Bununla birlikte, konsantre çözeltide depolanan ozmotik basınç enerjisi, toplam enerji maliyetlerini azaltmak için gerçekten geri kazanılabilir. Yaygın olarak kullanılan bir teknoloji döner basınç değiştiricidir. Etkili deniz suyu, eşanjör içindeki RO ünitesinden yüksek basınçlı konsantre reddetme akışı tarafından bastırılan kanallardaki pistonlarla basınçlandırılır. Tuzlu sudan kinetik enerjinin bu şekilde yeniden kullanılması enerji maliyetini verimli bir şekilde azaltabilir.
  • Gelişmekte Olan Ülkeler İçin Pahalı Olabilir; Herhangi bir enerji tasarrufuna bakılmaksızın, dünyanın birçok ülkesinde tuzdan arındırma projeleri inşa etme ve işletme kapasitesi yoktur. Deniz suyu tuzdan arındırma işleminden üretilen içme suyu tipik olarak arıtılmış yeraltı suyu, acı su veya yüzey suyu kaynaklarından daha pahalıdır.

Deniz Suyunun Özellikleri:

Deniz Suyunun Tuzluluğu; Deniz suyunun tuzluluğunu oluşturan belli başlı erimiş tuzlar sırasıyla klor, sodyum, sülfatlar, magnezyum, kalsiyum, potasyum bikarbonat ve bromdur. Bilinen tüm elementler deniz suyunda mevcuttur. İçindeki brom ve iyotların klor ile değiştirildiği 1 kg sudaki toplam klor, iyot ve bromun gram olarak miktarına tuzluluk denir. Son zamanlarda daha pratik ve güvenilir olduğu için tuzluluk tayini elektriksel iletkenlik ölçümleriyle yapılmaktadır. Tuzluluk denizlerde genel olarak derinlikle artar. Bu artış miktarı büyük değildir. Yazın ise buharlaşma nedeniyle tuzluluk artışı yüzeye doğrudur. Okyanuslarda tuzluluk %3.4 – %3.8 arasındadır. Tuzluluğun derinliğe göre diğer kısımlara nazaran daha hızlı değiştiği bölgeye haloklin tabakası denir.

Deniz Suyunun Sıcaklığı; Deniz yüzeyinde ve yüzeye yakın bölgelerde su sıcaklığı hem mevsimlik hem de günlük değişim gösterir. Su derinliğinin az olduğu kıyı kesimleri dışında, deniz tabanına yakın bölgelerde su sıcaklığı önemli bir değişiklik göstermez. Suyun yüzeyi ile deniz tabanı arasında sıcaklığın derinliğe göre diğer kısımlara nazaran çok daha hızlı değiştiği bölgeye termoklin tabaka denir. Termoklin bölgesinin üzerinde yer alan su tabakasının sıcaklığı yazın dipteki tabakanın sıcaklığından daha fazladır. Kış mevsiminde ise yazlara göre zıt bir durum gözlenir. Denizlerde üç çeşit termoklin bulunur. Birincisi daimidir ve oldukça derinlerde oluşur. İkincisi mevsimliktir, ilkbaharda oluşur ve sonbahar sonunda ortadan kalkar. Üçüncüsü ise günlüktür, sabah oluşup akşam ortadan kalkar.

( Termoklin, su sıcaklığı derinlik arttıkça hızla azalan deniz suyu katmanı. Görece ılık, iyi karışmış yüzey katmanının altında, yaklaşık 200-1.000 metre arasındaki derinlikte yaygın bir kalıcı termoklin bulunur; bu bölgelerde aşağı inildikçe suyun sıcaklığı 15°C kadar düşer. )

Deniz Suyunun Yoğunluğu;

Yoğunluk, deniz suyunda tabakalaşmaya ve akıntıların oluşmasına etki eden önemli bir faktördür. Denize genellikle dipten deşarj edilen atık suların yoğunluğu deniz suyuna göre daha düşük olduğundan yüzeye doğru yükselir ve deniz suyu ile karışarak seyrelirler. Bu arada mevcut tabakalaşmaya göre yüzeye çıkarlar ya da belli bir derinlikte kalırlar. Deniz suyunun yoğunluğu; Basınca, derinliğe, tuzluluğa ve su sıcaklığına bağlı olarak değişiklik gösterir ve 4°C’deki yoğunluğu 1000 kg/m3 olan saf sudan fazladır. Yoğunluk, tuzluluk ve sıcaklık değişimlerine bağlı olarak derinlikle değişir. Genellikle az yoğun bir üst tabaka ve tabanda yoğun bir alt tabaka mevcuttur. Bu iki tabaka arasında yoğunluğun derinliğe göre hızla değiştiği pinoklin tabaka yer alır. 

Deniz Suyundan İçme ve Kullanma Suyu Elde Etme Teknikleri;

Tüm doğal sular belli konsantrasyon oranlarında özünmüş tuz içerirler. Doğal sulara ek olarak endüstri de doğrudan kullanıma uygun olmayan tuzlu su üretir. İçerdikleri toplam çözünmüş madde konsantrasyonuna (TÇM) bağlı olarak sular sınıflandırılmaktadır. Buna göre; TÇM<1000 mg/l ise tatlı su, TÇM≈1000-35000 mg/l ise acı su (yer altı suyu), TÇM≈35000 mg/l ise deniz suyu olarak adlandırılır.

Tuzdan arındırma teknolojilerinin gelişmesiyle, deniz suyu tatlı su sıkıntısıyla başa çıkmak için ilginç bir su kaynağı haline gelmiştir. Bu işlem güvenilir bir su kaynağına ihtiyaç duyulan her yerde uygulanabilir. Deniz suyuna pazar ilgisi olan minerallerle de ulaşılmaktadır. Birçok coğrafi alanda büyük tuz talebi ile tuz üretiyoruz. Deniz suyu tuzdan arındırma için en yaygın olarak uygulanan ve ticari olarak mevcut teknolojiler iki tipe ayrılabilir:

  • Membran işlemler
  • Termal işlemler

 

Ters osmoz (RO) ve Nanofiltrasyon (NF) şu anda önde gelen deniz suyu tuzdan arındırma çözümleridir. Kilit ekipmanlardaki (membranlar, pompalar, enerji harcı geri kazanım cihazı) gelişmeler süreci enerji verimli hale getirerek düşük yatırım maliyeti (CAPEX) ve düşük işletme maliyeti (OPEX) ile sonuçlandı. Günümüzde tuzdan arındırma, tipik olarak tropik bölgelerde ve açık deniz alanlarında tatlı su sıkıntısı ile başa çıkmak için çok uygun bir çözüm haline gelmiştir.

Tuzdan arındırma çekirdek işlemi; Ters Osmoz Membran teknolojisine dayanır, ancak tek başına, güvenli içme suyu sağlamaz ve verimli bir bitki garanti etmez.

Ters osmoz işlemi , ürünün su gereksinimlerine, deniz suyu tuzluluk ve sıcaklığına bağlı olarak bir veya iki geçişle de yapılabilir. Çoğu durumda, özellikle bor içeriği (1 mg / L) ile ilgili olarak AB içme suyu standartlarına ulaşmak için 1 geçiş yeterlidir. WHO bor kılavuzuna (0.5 mg / L) ulaşmak için ikinci bir geçiş gerekebilir ( Bor çıkarma işlemi )

Enerji geri kazanım cihazı, elektrik maliyetleri belirler önemli bir faktördür. Yerel enerji maliyetleri ve çevre politikalarına göre dikkatle seçilmelidir. Uygulamadan sonra uygun hale getirmek için ters osmoz membran işleminden sonra suyu şartlandırmak için işlem sonrası ve / veya parlatma adımları gereklidir. Salamura bertarafı , fauna ve floranın yerel deniz suyu tuzluluk artışına duyarlı olduğu bazı alanlarda çevresel ve ekonomik bir sorun olabilir. Salamura bertarafı duruma göre incelenmeli ve tasarlanmalıdır.

Tuzdan arındırma sanatı, su üretim maliyetlerini ve kalitesini optimize etmek için mevcut teknolojileri belirlemek ve birleştirmektir.

Dünya ekosistemlere zarar vermeden daha fazla içme suyuna ihtiyaç duyuyor ve deniz olası bir kaynak. AB tarafından finanse edilen araştırmacılar, tuzdan arındırma tesisleri için mevcut filtrelerinkine kıyasla enerji kullanımını, atık ve bakım maliyetlerini azaltan kendi kendini temizleyen bir filtre membranı geliştirmektedir.

Hükümetler arası İklim Değişikliği Paneli dünya nüfusunun% 60’ı 2050 yılına Avrupa’yı hem de gelişmekte olan ülkeleri etkileyeceği açığı tarafından yeterince su yok öngörüyor. Tatlı su kaynakları üzerindeki sonuçtaki baskıyı azaltmak için, tuzdan arındırılmış deniz suyu değerli bir içme suyu kaynağı olacaktır.

Bununla birlikte, tuzdan arındırma tesisleri tarafından kullanılan filtrelerin kendi sorunları vardır: mikroskobik deniz yaşamı ve mineral birikintileri ile tıkanırlar, temizlendiklerinde atık oluştururlar ve düzgün çalışması için büyük miktarda enerjiye ihtiyaç duyarlar.

AB tarafından finanse edilen NAWADES projesi, maden yataklarına direnen uzun ömürlü bir tuzdan arındırma filtre membranı geliştirmektedir. Temiz kaldığı için, membran tuzdan arındırma enerjisini ve bakım maliyetlerini düşürmeli ve sürecin yarattığı kirliliği azaltmalıdır.

Proje üyesi MANN + HUMMEL GmbH’daki yeni filtrasyon uygulamaları direktörü Steffen Schütz şöyle açıklıyor: “Konsorsiyumun odak noktası, suyun tuzdan arındırma sürecini ve tuzdan arındırma ekonomisini nasıl iyileştirebileceğimizi, ihtiyaç duyulan enerji ve kimyasalları nasıl azaltabileceğimizi görmektir.”

Bunu yapmak için, proje ekibi, farklı süreçlerden filtre membranlarının yapısına kadar deniz suyu tuzdan arındırma işleminin tüm yönlerine baktı. “Tüm tek işlem adımlarını ve birbirlerine bağımlılıklarını birlikte düşünmelisiniz; Sadece birine odaklanmak mantıklı değil ”diyor Schütz.

Ekip, artıkların birikmesine direnmek ve filtreyi temiz tutmak için nanoteknoloji kullanan yeni membran malzemeleri ve kaplamalar geliştirdi. Ayrıca yeni membranlara dayanan modüler bir filtre tasarımı geliştirdiler.

Proje ekibinin membranları değiştirmesinin bir yolu, membranlara yerleşen organik maddeyi parçalamak için güneş ışığı ile reaksiyona giren nano ölçekli bir titanyum dioksit kaplama eklemekti.

Filtreleri temiz ve tıkanıklıklardan uzak tutarak arıtma tesisleri, tuzun sudan uzaklaştırılması için yüksek su basıncına ihtiyaç duymaz, böylece enerji tasarrufu sağlar. Kendi kendini temizleme teknolojisi, tesis operatörlerinin filtreleri temizlemek için gerekli kirletici kimyasalların miktarını azaltabileceği ve bakım maliyetlerini azaltabileceği anlamına da gelir.

Finansal Gereksinimler ve Maliyetler:

Tuzdan arındırma maliyeti literatüründe yakın zamanda yayınlanan bir inceleme, maliyetlerin sahaya çok özel olduğunu ve tedavi edilen hacim başına maliyetin büyük ölçüde değişebileceğini göstermiştir. “Metreküp” başına maliyet üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu bildirilen faktörlerden bazıları şunlardır: Enerji maliyeti, tesisin ölçeği ve kaynak suyun tuz / TDS içeriği (Karagiannis ve Soldatos, 2008). İnşaatın sermaye maliyetleri de önemli bir husustur ancak neredeyse tamamen sahaya özeldir.

Membran tuzdan arındırma maliyeti, tuz konsantrasyonu azaldıkça keskin bir şekilde azalır. Deniz suyu ortalama olarak yaklaşık 35.000 mg / L TDS içerir; 1000-10.000 mg / L’deki acı sular çok daha az pahalı bir şekilde arıtılabilir (Greenlee ve ark., 2009).

RO kullanarak acı su tuzunu gidermek için hacim başına maliyetlerin genellikle 5.000-60.000 m3 / gün üreten büyük tesisler için 0.26-0.54 $ / m3 arasında değiştiği ve 1000 m3’ten az üretim yapan tesisler için çok daha yüksek (0.78-1.33 / m3) olduğu bildirilmiştir. Deniz suyu RO için hacim başına maliyetin, 12.000 m3 / gün’den fazla üretim yapan tesisler için 0.44-1.62 $ / m3 olduğu bildirilmektedir (Karagiannis ve Soldatos, 2008).

İklim değişikliğine uyum stratejileri sadece gelecekteki iklim tahminlerini değil, gelecekteki teknolojik gelişmeleri de dikkate almalıdır. Tuzdan arındırma ile ilgili maliyetler, teknolojik verimlilik arttıkça kademeli olarak azalmaya devam etmektedir. Yukarıda belirtildiğim gibi, tuzdan arındırma maliyetlerini büyük ölçüde azaltan yeni bir teknolojinin geliştirilmesi de mümkündür.

Hem buharlaşma hem de ters osmoz kullanan hibrid sistemler, şu anda üretilen 0,5 ABD Doları / m3’ün altındaki tatlı suyun altında bulunan düşük maliyetler nedeniyle son derece dikkat çekti. Öte yandan, yüksek petrol fiyatları ve sıkı metal arzı işletme ve inşaat maliyetlerini artırabilir, bu nedenle gelecekte su üretim maliyetini düşük tutmak zor olabilir.

  • Tatlı su kaynakları talebi karşılamak için yetersiz (su stresi veya su kıtlığı)
  • Su kaynağı çeşitlendirmesi ve tatlı su kaynakları üzerindeki azaltılmış basınç sayesinde su kıt alanlarda iklim değişikliğine uyum yararları sağlar
  • Membran sistemleri için, düşük tuz / TDS konsantrasyonuna sahip bol miktarda acı su kaynağı mevcuttur; veya termal sistemler için, popülasyon, bol miktarda atık ısı veren bitişik bir tesise (ör., bir elektrik santrali) sahip bir sahil şeridinde bulunur.
  • Tüketiciler, arıtılmış atık suyun yeniden kullanımına karşı çıkıyor
  • Teknolojik gelişmeler, tuzdan arınmanın ekonomik ve çevresel etkilerini sürekli olarak azaltmaktadır
  • Sürdürülebilir enerji kullanım yöntemleri ve güvenli deşarj uygulandığında neredeyse sınırsız su sağlama potansiyeline sahiptir.

Tarihsel Gelişimi:

Gemilerde 17. ve 19. yüzyıllar arasında deniz suyu basit yöntemlerle distile edilerek içme ve kullanma suyu temin edilmekteydi. 1928 yılında Curaça (Hollanda Antilleri) Adası’nda, 1930’ların başında Mısır’da ve 1938’de Suudi Arabistan’da denizden tatlı su eldilen tesisler kurulmuştur (Lattemann, 2010; El-Dessouky, 2002).

Bu tesisler doğadaki buharlaşmayı taklit eden bir prosesle dizayn edilmiştir. Petrol endüstrisindeki gelişmeye paralel olarak 1929’dan 1937’ye artış yaşanmış, takip eden yıllarda 1935’den 1960’a kadar toplam kapasitede yıllık ortalama %17 olarak logoritmik artış yaşanmıştır (Bremere, 2001).

Ortadoğu’da ilk yapılan geniş ölçekli desanilasyon tesislerinde prosesdeki ısı transfer yüzeyleri, yapı elemanları ve korozyon üzerine çalışmalar yapılmıştır. Çoklu etkili ani distilasyon (Multi Effect Distilation- MED) prosesi şeker ve tuz üretiminde uzun yıllardır kullanılmaktadır. İlk uygulanan tuz giderme tesislerinde kullanılan MED prosesi, 1960’larda geliştirilen, tortu katmanı oluşumuna karşı dirençli çok etkili damıtma (Multi Stage Flash-MSF) prosesine yerini bırakmıştır. 1980’lerde daha düşük sıcaklıklarda ve enerji ihtiyacında işletilebilmesi sebebiyle MSF prosesine ilgi artmıştır (Lattemann, 2010).

Desanilasyon proseslerinin gelişim sürecinde 1950’de Kuveyt Oil Company tarafından 450 m3/günlük ilk geniş ölçekli tesis kurulmuştur (Delyannis, 2010).

1959 yılından itibaren proseste tortulaşmanın engellenmesi için suyunun tuzsuzlaştırılması sırasında antisilikant kullanımına geçilmiştir. Distilasyon tesisinde kullanılan polifosfat içerikli antisikalantlar su sıcaklığının 95̊ °C’nin üstüne çıkartarak tesisin işletme kapasitelerini 200-600 saatten 8000 saate kadar yükseltmiştir. 1960’larda; MSF kapasitesi dünyada günlük 25.000 m3‘e kadar artmıştır. Aynı yıllarda 6000 m3/gün kapasiteli dünyanın en büyük desanilasyon tesisi Manş Adaları’nda kurulmuştur. Balon tesisi temizliği, antisikalant eklenmesi gibi işlemler online olarak yapılmaya başlanmış ve kojenerasyon tesisi inşasına geçilmiştir. İşletme maliyetini %50’ye düşüren kojenerasyon tesislerini işletmeye almaya başlamışlardır (El-Dessouky, 2002).

Ortadoğu’daki ülkelerde petrol krizinden dolayı büyük ölçekteki tuz giderme tesislerinin enerji gereksinimini karşılamak için güneş enerjisinden elektrik üreten tesisler kurulmuştur (Belessiotis, 2000).

1970’lerde elde edilen deneyimler ile tesis inşası, yönetilmesi, kimyasal arıtımı, korozyon önlenmesi ve kontrolü hakkındaki tanımlar ortaya konulmuştur. 1970’lerde MSF tesislerinin yapımında önemli bir güç olarak Japon üreticiler pazarda kendini göstermiştir. 1990’ların başında yapılan çalışmalar neticesinde polifosfat yerine polimer antisikalantlar kullanılmaya başlanmış ve su sıcaklığı 110̊ °C’ye çıkarılarak arıtım verimleri yükseltilmiştir 1980’de; düşük sıcaklıklı buhar sıkıştırmalı ünitelerin dizaynı yapılmıştır ve işletmeye alınmaya başlanmştır. 1990’larda düşük sıcaklıklı tek ve çoklu etkili buharlaştırma (Single and Multiple Effect Evaporation-MEE) tesislerinin dizaynı ve işletmesi gerçekleştirilmiştir. 1990’ların ortalarında büyük kapasiteli MSF ve MEE tesisler inşa edilmiştir. 2000’lerde yüksek performanslı MSF tesisleri kurulmuş ve işletilmiştir (ElDessouky, 2002).

17.yüzyıldan günümüze kadar hakkında çalışmalar yürütülen membranların tuzsuzlaştırılma da kullanılması, 1950 yılında pratikte uygulaması çok zor ve akısı oldukça düşük seviyelerde olan selüloz asetat membranların bulunmasıyla gündeme gelmiştir. 1960 yılında asimetrik selüloz membranların geliştirilmesiyle daha yüksek akı seviyesine sahip membranlar üretilmiştir. Bu gelişme membranları uygulanabilir hale getirmiştir (Williams, 2003).

Membran proseslerinin ticari düzeyde gelişim süreçlerinde 1960’ da selüloz asetat spiral sargılı membranlar kullanılmaya başlandı (El-Dessouky, 2002). 1960’ların başında sürücü kuvveti elektrik potansiyeli olan ve iyonları ayıran elektrodiyliz (ED) proesleri kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle Amerika’da acı suların tuzsuzlaştırılmasında ED kullanılmıştır (Buros, 1999).

1963’te Kaliforniya Üniversitesi’nden Loeb ve Sourirajan yüksek tuz giderimi sağlayan asimetrik selüloz membranları geliştirmiştir (Wilf, 2007).

1970’lerde Ters Osmoz sistemleri kullanılmaya başlanmıştır (Buros, 1999).

1973’ün sonunda Dupont, tek geçişte deniz suyunu arıtabilen asimetrik ısıya dayanıklı ve güçlü bir sentetik lif türü olan aramid fiber Permaseb B-10 permeator model membranlarını piyasaya sürmüştür. 1970’lerin ortasında Dow Chemical Company tarafından selüloz triasetat hollow (boşluklu) fiber membranlar ticarileştirmiştir. Aynı zaman aralığında Fluid Systems and FilmTec firmaları spiral sargılı poliamid ince film komposit membranları üretmiş ve ticareileştirmiştir. 1980 yılları süresince bu membranların geliştirilmesine yönelik olarak çalışmalar yapılmıştır. Günümüzde aramitler, poliamid ve selüloz asetat/triasetat membranlar üretilmekte ve spiral sargılı ve hollow fiber konfigurasyonlarında kullanılmaktadır (El-Dessouky, 2002).

Tarihsel gelişime bakıldığında Membran teknolojilerinin en önemli özelliklerinden biri sürekli geliştirilmesidir. Membran teknolojisindeki gelişme ile 1980 yılından günümüze bir membrandan elde edilen süzüntü suyu miktarı üç misli artmıştır. Aynı zaman diliminde, bir membranın üretim maliyeti ise %90 oranında azalmıştır. Bu verilerle beraber, 1980 yılında kurulan bir ters osmoz tesisinin yatırım maliyeti ile bugün 30 kat daha fazla süzüntü suyu elde edilebilir tesis kurmak mümkündür (Torunoğlu, 2010).

ÖZET:

Hızla artan nüfus, su kirliliği ve çölleşme tarafından yüksek kaliteli su kaynaklarının tüketimi artan ihtiyacın başlıca nedenleri olmaktadır. Su tüketim kontrolü, korunması, dağıtımı ve depolanmasının iyileştirilmesi, arazi iyileştirme, arıtma ve yeniden kullanma, daha az su kullanan ürün vermek, yeni kaynakları kullanmaya başlamak gibi konuları kapsayan su probleminin pek çok çözümü vardır. Bu koşullarda deniz suyunun kullanımı iyi bir alternatif yaklaşım olmaktadır. Bu amaçla ülkemiz için ekonomik ve uygulanabilir tuzsuzlaştırma yöntemlerini belirlenmek ve bu konuda yapılan çalışmaları araştırarak optimum çözümleri ortaya koymak hedeflenmiştir. Bu çalışmada deniz suyundan tatlı su elde etmek için kullanılan tuzsuzlaştırma teknolojileri özetlenmiştir.

Kaynakça;

 

Semih ÇALAPKULU
Makina Mühendisi

Sosyal Medyada Paylaşın:

1 Yorum

Düşüncelerinizi bizimle paylaşırmısınız ?