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.