Ters Osmoz Nedir

TERS OSMOZ

Ters osmoz prosesleri normal osmoz prosesleri ile tanımlanabilir. Sellefon veya

parşoment gibi molekülleri geçirdiği halde bazı molekülleri geçirmeyen zarlara yan geçirgen

zar adı verilir. Bir saf çözücü ile çözeltinin bir membranla ayrılmış olduğu bir sistemde, saf

çözücünün birim hacminde çözeltinin birim hacmindekine göre daha fazla su molekülü vardır.

Bu durumda su moleküllerinin saf çözücüden çözeltiye doğru yarı zardan geçmeleri doğal bir

eğilimdir. Aynı şekilde saf çözücü düzeyi ve çözeltinin ince cam borudaki üst düzeyi arasında

kalan h yüksekliğindeki sıvı sütununun hidrostatik basıncına osmotik basınç denilir. Eğer,

çözelti üzerindeki basınç daha da arttırılırsa çözeltideki çözücü saf çözücüye doğru geçer ve

ters osmoz olgusu ile karşılaşılır. Osmoz ve ters osmoz arasındaki dinamik dengeye osmoz

dengesi denir.

Dinamik osmoz dengesinde saf çözücüden çözeltiye ve çözeltiden saf çözücüye

geçen moleküllerin geçme hızlan biribirine eşittir(3).Osmoz nisbeten seyreltik bir çözeltiden

daha konsantre bir çözeltiye çözücü niteliğindeki bir sıvının içindeki çözünmüş katıları yarı

geçirgen bir membranda bırakarak kendiliğinden diğer bölgeye geçmesi işlemidir. Osmoz

geçişinde temel prensip nispeten seyreltik çözeltide daha fazla sayıda su molekülü bulunması

ve bu moleküllerin daha kolay geçme eğiliminde olmasından ibarettir. Bu geçiş işlemi

konsantrasyonlar eşit oluncaya kadar devam eder(l, 2, 5). Osmoz ve ters osmoz işlemlerinin

bir şematiği Şekil 3' de görülmektedir. Şekil de görülen pistona osmotik basınçtan büyük bir

basınç uygulanırsa ters yönde bir çözücü transferi söz konusu olur. Bu durumda işletim

basınçları 6900 kN/m2' ye kadar çıkabilir.

Dizayn basıncı esas olarak besleme suyu ile üretilen

çözelti arasındaki osmotik basınç farklılığına, membran karakteristiğine ve sıcaklığa

bağlıdır(7). Membran akım değeri genellikle 25 °C de uygun olup sıcaklıkla birlikte

difüzleme ve akım hızları değişir. Bu yüzden membran yüzeyleri bazı sıcaklıklara göre

düzeltilirler. Bu düzeltme işlemi AT/A25 gibi bir tanımlama ile yapılır. Bu terim 25 °C de T

sıcaklıkları için ihtiyaç duyulan yüzey alanıdır. Düşük sıcaklıklarda vizkozitenin artması akım

hızını azaltacağından, daha büyük yüzey alanı gereksinimi söz konusudur(5). Ters osmoz

işlemi kısaca seyreltik bir çözeltinin doğal osmotik basıncını yenecek büyüklükte önemli bir

basıncın konsantre çözeltiye uygulanması sonucu doğal osmotik akışın tersine dönderildiği

proseslerdir(l). Şekil 1' de tipik bir ters osmoz proses şeması sunulmuştur(2).

1.ÇALİŞMA ŞEKLİ

Ters osmoz teknolojisi, bilinen en hassas filtrasyon teknolojisidir. Normal “ozmos”

işleminde, yarı geçirgen bir zar ile ayrılmış olan iyon konsantrasyonu düşük olan sıvı

fazından, iyon konsantrasyonu yüksek sıvı fazına su molekülleri transferi gerçekleşir.

Tabiatta, ağaç ve bitkilerin, topraktan su emişi de bu şekilde gerçekleşir. “Ters osmoz”

işleminde ise, yoğun su fazına, ozmotik basınçtan daha yüksek basınç uygulanması ile su

moleküllerinin daha yoğun olan fazdan daha az yoğun olan sıvı fazına transferi sağlanır.

Membran yüzeyinin sürekli olarak temiz ve tıkanmadan kalmasını sağlayan ise, membran

elementi içinde gerçekleşen “ çapraz akış” işlemidir. Çapraz akış sayesinde, bir kısım sıvı

(ürün suyu) membrandan geçerken, bir kısım sıvı (yoğun su) membran yüzeyine paralel

hareket ederek, safsızlıkların membrana yapışmasını engeller.

Ters osmoz işlemi esnasında, basınca ihtiyaç duyulur ve bu basınç bir pompa vasıtası ile

sağlanır. Ters osmoz ünitenin içereceği membran sayısı, membran tipi, uygulanacak basınç,

geri kazanım oranı gibi bilgiler, ancak ham su karakterinin çok iyi analiz edilmesi ile elde

edilebilir.

2. TERS OSMOZ SİSTEMİNİN DİZAYN VE İŞLETİM PARAMETRELERİ

2.1.Basınç

Sistemde su akımı uygulanan basınç ile osmotik basınç arasındaki farkın bir

fonksiyonudur. Nispeten yüksek basınç daha yüksek bir akım sağlar. Bununla beraber

membranlann basınç kapasiteleri sınırlıdır. Maksimum basınç genel olarak 6895 kPA/m2 =

68 atm. Kadardır. İşletim deneyimleri en uygun basınç değerlerinin 2758–4137 kPa/m2 yada

27–41 atm. Olduğunu göstermiştir

(2).2.2.Sıcaklık

Sistemde su akımı besleme suyunun sıcaklığının artmasıyla artar. Standart değer 21 °C

olmakla birlikte 28 oC ye kadar çıkabilir. 29oC–38 oC nin üzerindeki değerler membranlarda

hasara neden olmaktadırlar(2).

2.3.Geri Kazanım Faktörü

Bu değer genellikle tesis kapasitesini ifade eder ve pratikte %75–95 arasında değişim

gösterir. Yüksek konsantrasyonlarda inorganik bileşikler bu kapasite değerinin düşürürler

(2).2.4.Membran Ömrü

Membran ömrünün azalmasında besleme suyundaki fenol, bakteri ve fungiler; yüksek

sıcaklık, yüksek veya düşük pH değerleri kadar etkili olmaktadır. Genel olarak membranlar

bazı akım oranlarındaki düşmelerle birlikte 2 yılın üzerinde bir zaman kullanılabilirler

(2).2.5.pH

Selüloz asetat içeren membranlar yüksek ve düşük pH değerlerinde hidrolize maruz

kalırlar. İşletimde optimum pH 4,5–5,5 arsında değişim gösterir

(2).2.6.Bulanıklık

Ters osmoz sistemi besleme suyundan bulanıklık gidermede de kullanılır. Genel olarak

bulanıklığın 1 JTU' yu aşmaması istenir. Besleme suyu 25 um' den büyük partikül

içermemelidir

(2).2.7.Besleme Suyu Akım Hızı

Sistem içerisinde su akım hızı genellikle 0.04–2,5 ft/sn değerleri arasındadır

(2).2.8.Güç Tüketimi

Güç gereksinimi genel olarak sistemin pompa kapasitesi ve işletim basınçları ile ifade

edilir. Tüketim değerleri 9–17 kW/h/1000 galon kadardır

(2).2.9. Temizleme

Sürekli kulanım şartlarında membranlar kirlenir. Yeniden kullanıma hazırlanmaları

mekanik yada kimyasal temizleme ile söz konusu olur. Genel olarak temizleme metotları

aşağıdaki yöntemlerden oluşmaktadır.

Ø Periyodik olarak basıncın serbest bırakılması

Ø Yüksek hızda su püskürtülmesi

Ø Hava-su karışım suyu püskürtmesi

Ø Geri yıkama

Ø Enzim temizleyiciler, etilendiamintetraasetikasit ve sodyumperboratla temizleme şeklindedir.

Temizleme işlemleri sırasında pH' nın kontrolü membran hidroliğinin önlenmesi bakımından

önemlidir. Her 24–48 saatlik periyotta temizleme işlemi proses suyunun yaklaşık %1–1,5' lik

kısmını kapsar. İşletim parametrelerinin bir özeti Tablo 3' de verilmiştir

(2).Tablo 1. Ters Osmoz İşletim Parametrelerinin Özeti

3.TERS OSMOZ (T.O.) SİSTEMİ UYGULAMALARI

1970’li yıllardan bu güne, 30 yılı aşkın bir süredir Ters Osmoz (T.O.) sistemi, ileri sanayi

ülkelerinde, SU ve su dışında birçok proseste kullanılıyor.

3.1. Buhar Kazanı Besi Suyu:

Bazı işletmelerde, işletme şekli gereği olarak açık buhar kullanılır ve buhar kazanına

kondense dönüşü az olur. Bu tür buhar sistemlerinde, buhar kazanına sürekli olarak yeni besi

suyu verilir. Bu nedenle kazan suyunun iletkenliği çok hızlı yükselir ve iletkenliği azaltmak

için çok miktarda kazan blöfü yapılır. Kazan blöfleri sırasında “kaynar su” atıldığından

kazandan blöf yapmak ayni zamanda “Isı Telefi” anlamına gelir ve bu da ekonomik değildir.

Ülkemizde buhar kazanı blöflerinin ürün maliyeti üzerindeki etkisi genelde hesaplanmaz.

Oysa 10 Bar basınçta işletilen bir buhar kazanından blöf ile atılan bir metre küp kaynar suyun

bedeli yaklaşık 15 kg fueloil’in ücretine eşittir. Buhar kazanı yüksek iletkenlikte su ile

besleneceğine, T.O. ile hazırlanmış düşük iletkenlikte su ile beslendiğinde kazan blöfleri %97

azalır ve işletme maliyeti çok ucuzlar. Billur Tuz, Lio, Yağ gibi birçok fabrikanın kazan besi

suyu bizim kurmuş olduğumuz T.O. sistemleri ile hazırlanmaktadır.

3.2. Buhar Jeneratörü Besi Suyu:

Buhar jeneratörlerinde, kazanlardaki gibi kazan suyu için geniş bir hacim yoktur.

Jeneratöre gelen su kısa zamanda buhara dönüşür, su içinde bulunan ve H2O molekülü

olmayan her mineralin jeneratörün boruları içinde taşlaşması çok doğaldır. Buhar

Jeneratörüne “yumuşatılmış su” verilmesi oluşan taşlaşmayı önleyemez, çünkü yumuşatılmış

su içinde de çok miktarda mineral bulunur. Taşlaşma oluşturan mineraller kısa bir zaman

içinde jeneratörün ısı verimini düşürürler. Oysa buhar jeneratörü T.O. ile üretilmiş ve %97

kadar saflaştırılmış su ile beslenebilir ve yaşanan sorunlar %97 kadar azaltılabilir.

3.3. Soğutma Suyunun Hazırlanması:

Hassas metal döküm yapan ve hassas plastik enjeksiyon yapan sanayi kuruluşları, kalıp

soğutma sularına çok önem veriyorlar. Kalıpların içinde taş ve kışır oluşumu ürün kalitesini

ve üretim hızını etkilediğinden, bu tür sanayilerde soğutma suları T.O. cihazı ile hazırlanıyor.

Uluslar arası otomotiv sanayine hizmet veren ve çok hassas metal döküm parçalar imal eden

Cevher Döküm Sanayi (İzmir) tesislerinin soğutma sularını 1997 yılında kurmuş olduğumuz

T.O. cihazı hazırlıyor.

3.4. Enerji Santralleri:

Enerji santrallerinde 0,1 S/cm iletkenlik altındaki kalitede saf su istenir. Ayrıca sudaki

Silikat (SiO2) miktarının 0,05 mg/lt altında olması şartı vardır. Batı dünyasında, yeni kurulan

enerji santrallerinde buhar kazanı besi suyunun ön saflaştırılması çoğunlukla T.O. sistemi ile

yapılmaktadır. Besi suyunda istenmeyen minerallerin %98’i T.O. sistemi ile ayrıldıktan sonra

su, klasik Miks-Bed demineralize cihazı ile veya hiç rejenerasyon sıvısı kullanmayan ElektroDeionizasyon

(EDI) cihazı ile saflaştırılmaktadır. Böylece asit ve kostik gibi, işletmeci için

tehlikeli olan sıvılar su hazırlamada kullanılmadığı gibi, çevreye zararlı rejenerasyon atık

suyu da oluşmaz.

3.5. Reçineli Demineralize Öncesi Suyun Saflaştırılması:

T.O. icat edilmeden önce daha çok kullanılan reçineli Demineralize (Deionize)

sisteminde bulunan reçinelerin rejenerasyonu Asit ve Kostik ile yapılır. Çok pahalıya mal

olan bu işletme tekniği ayni zamanda, T.O. işletmeciliğine kıyasla çok zahmetli bir işletme

tarzıdır. Reçineli Demineralize öncesi ham suyun T.O. ile saflaştırılması ile su içindeki

mineraller %95 – 98 kadar azaldığından, bu işlemden sonra suyun reçineli Demineralize ile

saflaştırılması çok daha başarılı oluyor, ayni zamanda, reçinelerin kimyasallar ile

rejenerasyonu %95 azalıyor. Bu nedenle, Batı Dünyasındaki işletmelerin birçoğu, reçineli

sistem öncesi suyu T.O. cihazı ile saflaştırıyorlar.

3.6. Tekstil Boyahanesi için Proses Suyu Üretimi:

Genellikle yumuşatılmış su kullanan tekstil boyahanelerinde yılın 12 ayı ürün kalitesinde

standardı yakalamak imkansızdır, çünkü kuyu veya baraj sularının kimyasal nitelikleri yılın

12 ayı içinde çok değişkendir. Oysa T.O. ile elde edilen işletme suyunun kalitesi yılın 12 ayı

içinde, yumuşatılmış suya kıyasla çok az değişir. Ülkemizde bunu fark eden bazı tekstil

boyahaneleri, tekstil prosesinin bazı safhalarında yüksek kalitede su kullanmak üzere T.O.

sistemleri yatırımı yapıyorlar. Bu konunun ülkemizdeki öncüsü Bursa’da bulunan Biesseci

Tekstil Boyahanesidir. Biesseci Tekstil’e 1991 yılında kurmuş olduğumuz T.O. sistemi

tekstil prosesi ve buhar kazanı için kaliteli su üretmektedir ve 11 yıldır hizmet vermektedir.

3.7. Kimya Sanayi:

Bazı kimya sanayilerinde proses için gerekli düşük iletkenlikteki sular T.O. sistemi ile

elde ediliyor. Bu konuda ülkemizdeki öncülüğü Gemlik’te bulunan Marmara Entegre Kimya

Sanayi yapmıştır. Daha sonra iki tutkal üretim tesisine T.O. sistemleri kurduk ve T.O. ile

üretilen suyun kalitesi nedeni ile tutkal üretiminde kalite yükselmiştir.

3.8. İçme Suyu Üretimi:

Büyük şehirlere uzak mesafelerden taşınan tabii ve az mineral içeren lezzetli kaynak

sularına yeni bir alternatif yaratıldı. Kuyu suyundan T.O. ile üretilen ve piyasa şartlarına göre

şişelenen içme suları uzun yıllar önce dünya piyasasında yerini aldı. Uzun zamandır

Amerika kıtasında piyasaya sürülen şişelenmiş T.O. suları son yıllarda Avrupa kıtasında ve

Rusya’da da satılmaya başladı. 2001 yılı yaz aylarında ülkemizde de piyasada görünmeye

başlayan T.O. içme suları, ülkemizdeki piyasa adı “sofra içeceği”, önümüzdeki yıllar içinde

daha da çoğalacaktır. 2002 yılı içinde, içme suyu üreten işletmeler için biz de iki T.O.

sistemi kurduk.

3.9. Meyve Suyu ve Meşrubat Sanayi:

Eskiden “kireç –soda” yöntemi ile hazırlanan meşrubat suları son yıllarda T.O. ile

hazırlanıyor. T.O. sisteminin işletmesi çok kolay, çok kaliteli su üretiyor ve işçilik

gerektirmiyor, ayrıca T.O. sisteminin yatırım maliyeti daha da düşük ve kireç – soda

metoduna göre çok daha az yer işgal ediyor. Mersin’de bulunan Etap Tarım işletmesine

kurmuş olduğumuz T.O. sisteminin ürettiği su ile meyve suyu imal ediliyor.

3.10. İlaç Sanayi:

İlaç sanayinde, şırınga ile insana verilen ilaçların imalatında kullanılan saf suların

üretiminde T.O. ön arıtma cihazı olarak kullanılmakta, daha sonra bu sular distilasyon ve

mikro-filtrasyon yöntemi ile son haline getirilmektedir.

3.11. Hastanelerin Diyaliz (Suni Böbrek) Bölümleri:

Türkiye’ye gelen ilk T.O. sistemleri Diyaliz makineleri ile beraber geldiler. Hastanelerde

bulunan ve böbreği iyi çalışmayan insanların kanı içindeki “Üre”yi ayırmayı amaçlayan

Diyaliz Makineleri, T.O. cihazı ile üretilen kaliteli su ile besleniyorlar.

3.12.Deniz Suyundan Şehir ve Kullanma Suyu Üretimi:

 Petrolden çok para kazanmalarına rağmen yeterli şehir suları olmayan Arap Ülkeleri

T.O.'nun gelişmesinde tarihi bir rol oynadılar. Bugün bu ülkelerde bulunan kentsel

yerleşimlerin çoğunda deniz suyundan T.O. ile üretilmiş şehir suyu kullanılıyor. Yazın turist

akınına uğrayan birçok adada T.O. sistemi kuruldu. İçinde 35000 mg/lt mineral bulunan ve

600 Fransız Sertliğinde olan Akdeniz suyundan T.O. ile 350 – 400 mg/lt ( yaklaşık 600 – 700

S/cm iletkenlikte) ve 3 Fransız sertliğinde su üretiliyor.

3.13. Deniz Suyundan Gemiler için Kullanma ve İçme Suyu Üretimi:

Yeni gemiler de artık ihtiyacı olan suyu gemi içinde bulunan T.O. sayesinde denizden

temin ediyorlar. Böylece, gemide büyük hacimli su depolarına ihtiyaç kalmadı, yanaşılan

limanda kaliteli ve bakterisiz sağlıklı su arayışına girmek de gerekmiyor.

3.14. Askeri ve Stratejik Önemi Olan Yerler için İçme ve Kullanma Suyu Üretimi:

T.O. cihazları H2O molekülünü geçirip diğer molekülleri ender olarak (%1 – 2 kadar)

geçirdikleri ve ayrıca mikropları da çok iyi süzdükleri için, askeri tesislerde, savaşlarda, çok

önemli ve güvenilir içme suyu üretme cihazı olarak tercih ediliyor. Askeri amaç ile kamyon

üzerine monte edilen, titreşimlere ve zor şartlara dayanıklı T.O. cihazı imal edilen T.O.

üreticileri bulunuyor.

3.15. Atık Sudan Geri Kazanım:

Avrupa ülkelerinde, yerleşim alanı az olan sanayi tesisleri, arıtılmamış atık sulardan T.O.

ile su geri kazanmakta ve böylece, bir taraftan elde edilen iyi su tekrar kullanılmakta, diğer

taraftan debisi azalan atık sular için daha küçük ölçekte atık arıtma tesisi kurulmaktadır.

Ancak, bu uygulamada atık su doğrudan T.O. sistemine verilemez, önce “mikro-filtrasyon”

olarak adlandırılan başka bir mambran tekniği ile atık su içinde bulunan katılar ve bakteriler

arındırılır. Mikro-Filtrasyon T.O. dan daha pahalı bir sistem olduğundan bu teknik her

işletmenin ekonomisine uymaz ve henüz ülkemizde kullanılmamaktadır. Fakat biyolojik atık

arıtma tesisinden belli bir standarda göre arıtılmış olarak çıkan suyun çok iyi filtrelenmesi ve

şartlandırılması ile (Mikro-Filtrasyon kullanılmadan) T.O. sistemi sayesinde bir miktar su

geri kazanılabilir. Geri kazanılacak suyun miktarı (atık suya göre oranı) birçok veriye göre

değiştiğinden burada anlatılmayacaktır.

4. TÜRKİYE'DE TERS OSMOZ UYGULAMASI

Ülkemizde ters osmoz arıtma sistemleri genellikle ABD, Almanya ve Japon firmalarının

temsilcileridir. Başlıca pazarlar arasında ise özellikle ülkemizin güney bölgelerindeki içme

suyu sorunları olan turistik oteller, ticari ve özel gemiler ve diğer deniz taşıtları, matbaalar,

ilaç ve cam sanayinin yüksek kalitede su gerektiren bazı birimleri yeralmaktadır. Aşağıda 23

000 m3

/gün kapasiteli bir ters osmoz tesisinin 1989 yılındaki ilk yatırım ve işletme masrafları

verilmiştir. Daha küçük tesisler için bazı firmalar bu masraflarının çok daha az olduğu ve 1 m3

su maliyetinin 1$ veya daha altında olduğu ifade edilmektedir. Aşağıda deniz suyundan bu

yöntemle içme suyu eldesinde ulaşılan ilk yatırım ve işletme masrafları aşağıda

özetlenmiştir(6).

Tablo 2. Ters Osmoz Sistemi İlk Yatırım ve İşletme Masrafları (US $)

5.TERS OSMOZUN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARl

5.1. Ters Osmozun Avantajı

Ters osmozun esas avantajı ham sudaki çözünmüş katılan yüksek ve içilebilir hale

gelmesini sağlar. Ters osmoz aynı zamanda Radyumunda gideriminde çok yüksek verimdedir.

Yapılan bazı uygulama örneklerine göre 14–22 mg/l giriş Radyum konsantrasyonları Ters

osmoz yönetemiyle %96 oranında giderilmiştir.

5.2. Dezavantajı

1.Yüksek yatırım ve işletim masrafları

2.Yapışkan maddeler, askıda katılar, demir manganez ve CaC03 ve MgO çökelleriyle

membranların kirlenmesinin önlenmesi için, asit ve diğer kimyasallarla bulanık ham suyun ön

arıtım zorunlulukları söz konusu olmaktadır.

3.Temizlenmiş suyun dağıtım sistemlerinde korozyonunu önlemek için kireç ya da diğer

kimyasallarla stabilize etmek zorunludur.

4.Seçilen, tutulan inorganiklerin depolanması, Ters osmoz ünitelerinde tutulan maddeleri içeren

akımın gücü iyon değişim tesislerindeki tutulan suya oranla daha düşük olduğundan, bu

sürekli akımın depolanması bir dereceye kadar daha az problem oluşturur.

6. SONUÇ

T.O. sisteminin çok başarılı, çok pratik ve hidrofor gibi işletmesi kolay bir sistem olduğu

gittikçe anlaşılmakta ve T.O. cihazlarının bir taraftan fiyatı düşerken diğer taraftan dünyadaki

talebi artmaktadır. Ülkemizde, ekonomik ve teknik araştırma çok az yapıldığından sanayi

işletmelerinin TO yatırımı ancak “komşu tesisin TO yatırımından sonra” yapılmaktadır. Oysa

sanayi işletmelerinde, iyi suyun maliyeti, buhar üretiminin maliyeti ve bunlıarn ürün

maliyetine etkisi hesaplandığında T.O. yatırımının bir işletmeye ne kadar ekonomi

sağlayacağı derhal görülmektedir.