SUYUN DOYUMU SONUCUNDA OLUŞAN KRİSTALLERİN ÖNLENMESİ
Enis Burkut
Makine Yüksek Mühendisi
firstname.lastname@example.org
Eylül 2016 / Enis Burkut
Suyun bazı iyonlara doyumu sonucunda su tesisatında ve su kullanan ekipmanlarda kristaller oluşur, bu da su sistemine zarar verir.
“Havanın Doyumu”, “Suyun Doyumu” denince aklınıza ne gelir? Bu konu için bazı yazılarda havanın ve suyun “Satürasyonu” deyimi de kullanılıyor, ancak biz bu yazımızda, daha anlaşılır olan “Suyun Doyumu” deyimini tercih edeceğiz.
“Havanın Doyumu” herkesin kolayca anladığı bir tabiat olayı olduğu için önce kısaca bu olaya değinelim ki “Suyun Doyumu” konusuna geçişimiz kolaylaşsın. Soluduğumuz hava içinde gaz fazında olan su buharı da bulunur. Hava su buharına doyduğunda havanın içindeki buharın bir kısmı yoğuşur, yani buhar fazından katı faza dönüşür. Tabiatta gördüğümüz çiğ, kırağı, yağmur, kar ve dolu, havanın su buharına doyumu sonucunda oluşur.
Benzer bir şekilde, su içinde “iyon” olarak bulunan bazı mineraller, suyun bu iyonlara doyumu sonucunda katı fazına dönüşür ve “kristal” şeklinde sudan ayrılır. “Na” ve “Cl” gibi bazı iyonlar su içinde çok miktarda bulunabilirler çünkü suyun bu iyonlara doyum noktası çok yüksektir. Buna karşın, “Ca”, “Mg”, “SiO2” gibi iyonlara karşı suyun doyum sınırı düşüktür ve bu iyonların oluşturduğu katı cisimler evlerimizden sanayi işletmelerine kadar su sistemine ve su ile çalışan cihazlara zarar verir.
Suyun doyumu sonucunda oluşan ve halk dilinde “kireç”, “kireç taşı” olarak adlandırılan katı maddeler yalnızca “Kalsiyum - Ca” iyonu ile değil, “Magnezyum - Mg” ve “Silikat – SiO2” iyonları ile de oluşur. Su sistemlerinde oluşan Kalsiyum ve Magnezyum kristalleri hem sudaki miktar artışından kaynaklanan doyum ile ve hem de suyun sıcaklığının artışından kaynaklanan doyum ile oluşur. Oysa “Silikat” kristali sudaki “miktar” artışından kaynaklanan doyum sebebi ile oluşur. Şöyle de anlatılabilir: su ısındıkça suyun Silikat’a karşı doyum sınırı yükselir, yani su ısındıkça Silikatı çözer, buna karşılık su ısındıkça sudaki Kalsiyum ve Magnezyum iyonlarının kristal yapma meyili artar.
Tabii ki suyun pH derecesi de suyun doyum sınırını etkiler. Suyun pH derecesi düşük olduğunda özellikle “Ca” ve “Mg” iyonlarına karşı suyun doyum sınırı daha yüksek olur.
Evsel yerlerde, suyun doyuma ulaşması sonucunda iyonların kristalleşmesi ile zarar gören ekipmanların birkaçı şunlar: her tür su ısıtıcısı, çaydanlık, çay/kahve makinaları, bulaşık ve çamaşır makineleri, sıcak su boruları gibi.
Sanayi işletmelerinde suyun doyuma ulaşması sonucunda iyonların kristalleşmesi ile zarar gören ekipmanların birkaçı: yıkama makinaları, buhar kazanı, soğutma kulesi, otoklav, evaporatif kondenser, ters ozmoz cihazı, EDI – Elektro De İyonizasyon cihazı gibi ekipmanlar.
Suyun doyuma ulaşmasına karşın kullanılan “Taş Önler” (Antiskalant) kimyasalının hesaplanması ile ilgili bir bilgisayar programını biz çok sık kullanıyoruz. Bu programın verdiği hesaplar ve şemalar yardımı ile sudaki iyonların ne miktar artışı ile suyun doyuma ulaştığı konusunda fikir ediniyoruz ve buna göre “Taş Önler” (Antiskalant) türü seçiyoruz ve dozaj miktarı hesaplıyoruz. Bu program ile elde ettiğimiz birkaç şemayı ve yorumları aşağıda göreceksiniz.
Bir kuyu suyu örneği ile yola çıkalım, bu suyun analiz değerleri şunlar:
Kuyu suyu sıcaklığı 15°C
pH 7,6
Toplam Çözünmüş Madde 930 mg/L
Ca sertliği 220 mg/L CaCO3 cinsi
Mg sertliği 130 mg/L CaCO3 cinsi
Toplam Sertlik 35 Fransız
Cl 310 mg/L
SO4 110 mg/L
HCO3 180 mg/L
SiO2 36 mg/L
Bu su, kuyudan çıktığında “doyumda” değildir, bu hali ile içindeki iyonları kabul eder ve hiçbir kristal üretmez. Oysa, aynı su 40°C - 50°C sıcaklığa ısıtıldığında, aşağıdaki Çizelge - 1’de görüldüğü gibi suyun CaCO3 (Kalsiyum Karbonat) doyumu 0 seviyesine yükselir ve bu durumda bu su tesisatta kesinlikle kireçlenme yapar, fakat suyun Silikat’a olan doyumu yalnızca seviyesindedir ve silikat kristali oluşma riski yoktur.
Çizelge - 1: Ham kuyu suyu 40°C - 50°C sıcaklığa ısıtıldığında suyun doyumu
Kuyu suyundan ters ozmoz tekniği ile iyi su elde etmek istediğimizde, ters ozmoz membranları suyun saf kısmını kuyu suyundan ayırırken, geri kalan su, yani ters ozmozun attığı suyun içindeki iyonların yoğunluğu artar. Bu durumda tabii ki bazı iyonların sudaki miktarı suyun doyum noktası üzerine çıkar ve bu sebep ile membranlar içinde kristaller oluşur.
Bu kuyu suyundan ters ozmoz tekniği ile %70 oranında iyi su elde etmek istediğimizde Çizelge – 2’de görünen durum oluşur: suyun CaCO3 doyumu 0 üzerine çıkar ve membranlar içinde CaCO3 kristalleri oluşur, fakat suyun SiO2 %40 seviyesine gelir ancak bu doyum seviyesinde SiO2 kristali oluşmaz.
Çizelge- 2: Ters ozmoz tekniği ile kuyu suyundan %70 oranında iyi su elde edilmek istendiğinde ters ozmoz atık suyunun doyum durumu
Ters ozmoz membranlarında kristal oluşumunu önlemek için yüksek kalitede “taş önler” (antiskalant)’dan 3 mg/L kullanıldığında Çizelge - 3’de görüldüğü gibi suyun CaCO3 iyonuna doyum noktası %43 seviyesine düşer ve membranlar içinde kristal oluşmaz.
Çizelge – 3: Taş önler – Antiskalant kullanılarak suyun doyum özelliğinin değiştirilmesi
Nasıl olsa “taş önler” (antiskalant) sorunları yok eder düşüncesi ile ters ozmozun işletiminde şartları biraz zorlamak ve yalnızca su atarak %85 iyi su elde etmek istediğimizde durum Çizelge - 4’de görüldüğü gibi olur; suyun CaCO3’a doyumu risksiz seviyede kalmasına rağmen, suyun Silikat – SiO2’ye olan doyumu %80 seviyesine yükselir.
Çizelge – 4: Ters ozmoz ile kuyu suyundan su atarak %85 iyi su elde etmek istendiğinde, CaCO3’e karşı taş önler kullanıldığında durum
Kimyasal şirketleri suyun Silikat’a olan doyum seviyesini arttırıcı “taş önler” (antiskalant) de üretir, ancak Silikat’a uygun taş önler suyun CaCO3’e olan doyumunu pek arttıramaz. Çizelge – 5 suya yeterli miktarda ve Silikat’a uygun kaliteli taş önler verildiğinde suyun doyum durumunu gösteriyor: görüldüğü gibi suyun SiO2’ye olan doyumu %45 seviyesine düşüyor fakat suyun CaCO3’e olan doyumu %85 seviyesine yükseliyor ve membranlarda kristal olma riski oluşuyor.
Çizelge -5: Silikat’a uygun taş önler kullanıldığında suyun CaCO3’e olan doyum seviyesi yükselmez
Suyun CaCO3’e olan doyumunu arttırmanın yollarından biri de suya asit dozlayarak suyun pH derecesini düşürmektir. Düşük pH derecesinde suyun CaCO3 kristali oluşturma riski azalır. Ancak bu durumda oluşan “asidik” suyun kullanımı her işletmede istenmeyebilir.
Özet olarak, suyun sıcaklığı, pH derecesi ve suyun içindeki iyonların miktarına göre “kristal yapıcı iyonlar” ile ilgili suyun doyum noktası değişir. Kimya sanayiinin buluşu olan “Taş Önler” (Antiskalant) sayesinde sudaki kristal yapıcı iyonlara karşı suyun doyum seviyesi yükseltiliyor ve böylece buhar kazanı, soğutma kulesi, ters ozmoz gibi ekipmanlarda kristal oluşumu önlenebiliyor. Suya taş önler – antiskalant dozajı yapılarak bu önlem alındığına göre, burada en kritik cihaz dozaj pompası oluyor. Dolayısı ile dozaj pompasının doğru çalışmasını sağlamak çok önemlidir.