26 Kum ve çok katmanlı medya filtrasyonu

26.1 Filtrasyon mekanizmaları

Kum yatağı, delikleri tek büyüklükte olan bir elek gibi davranmaz. Su, taneler arasındaki bağlantılı yollardan geçerken parçacıklar fiziksel tutulma, çökelme ve yüzeye bağlanma gibi mekanizmalarla ayrılabilir. Bu nedenle yalnız kum tanesinin çapından, tutulacak bütün parçacıkların kesin bir sınırı çıkarılamaz. Girişteki parçacığın boyutu ve yüzey özellikleri, suyun kimyası ve yatağın işletilmesi birlikte önem taşır. Bir filtrenin görevi koagülasyonla oluşmuş floku tutmak olduğunda, girişteki flokun niteliği de filtrenin başarısını etkiler. Filtrasyon, kendisine sağlanan ön koşullardan bağımsız değerlendirilmez.

Hızlı kum filtrasyonu ile yavaş kum filtrasyonu arasındaki ayrım yalnız suyun geçiş hızı değildir. WHO, yavaş kum filtrasyonunda yüzeye yakın gelişen biyolojik tabakanın önemli rolünü vurgular; hızlı filtreleri ağırlıkla fiziksel ayırma süreçleri içinde açıklar. Bu yüzden yavaş filtreyi daha yüksek debide çalıştırmakla aynı ilkenin hızlandırılmış biçimi elde edilmiş sayılmaz. Medya, biyolojik tabaka, besleme suyu ve bakım yöntemi birlikte bir süreç oluşturur. Kullanıcı açısından önemli soru, kum bulunup bulunmadığı değil, hangi filtrasyon düzeninin hangi hedef için tasarlanıp doğrulandığıdır.

Parçacık gideren bir yatak, çözünmüş tuzları genel olarak ayıran bir sistem şeklinde tanıtılamaz. Demir veya manganın uygun biçimde oksitlenerek parçacığa dönüştürülmesi ardından filtrasyon uygulanabilmesi, bu ayrımın öğretici örneğidir. Ayrılabilir biçimi oluşturan işlem ile onu sudan uzaklaştıran işlem farklı görev taşır. Aynı nedenle filtrasyon çıkışında bulanıklığın azalması, bir çözünmüş organik veya inorganik bileşiğin hedef düzeye indiğini kanıtlamaz. Her hedef için uygun doğrulama gerekir. 21. bölümdeki kimyasal biçim bilgisi, burada yatağın gerçekte hangi yükle karşılaştığını anlamaya yardım eder.

26.2 Medya boyutu tabakalar ve yatak yapısı

Bir medya yatağını tanımlamak için yalnız kullanılan malzemenin adı yeterli değildir. Tane boyutu, yatak derinliği, tabakaların sırası ve suyun geçiş yönü birlikte değerlendirilir. Daha ince malzeme ile daha kaba malzemenin aynı hidrolik davranışı göstermesi beklenmez; bunlar parçacıkların yatak içinde nerede tutulacağını da etkiler. Ancak buradan her su için “en ince kum en iyi sonucu verir” hükmü çıkmaz. Katı birikimi, kullanılabilir basınç ve temizleme koşulları birlikte düşünülür. Tasarım seçimi, tutma hedefiyle birlikte yatağın sürdürülebilir biçimde işletilebilmesini de kapsar.

Çok katmanlı yataklarda amaç, parçacıkların yalnız üstte dar bir bölgede birikmesi yerine yatak derinliğinin daha etkin kullanılmasını sağlamaktır. WHO’nun açıkladığı yaygın düzende su, daha kaba malzemeden daha ince malzemeye doğru ilerler. Antrasit, kum ve garnet gibi farklı malzemeler kullanılabilir. Tabakaların geri yıkama sonrasında uygun düzeni koruyabilmesi için malzeme yoğunluğu da önemlidir. Bu nedenle katmanların adlarını sıralamak tek başına tasarım değildir. Uygun tane dağılımı ve yoğunluk ilişkisi, filtrasyon ile temizleme sırasındaki davranışın birlikte değerlendirilmesini gerektirir.

Yatağın tamamı tasarlanan görevi yerine getirmelidir. Su dağıtımı, alttan toplama düzeni ve geri yıkama olanakları, yalnız tankın içinde ne kadar medya bulunduğuyla açıklanamaz. Bir değişiklik yapılırken medya değiştirme kararının mevcut gövde ve işletme düzeniyle uyumu araştırılır. Aynı hacimde başka malzeme kullanmak, aynı sonuç ve aynı bakım koşulunu garanti etmez. Bu, özellikle mevcut filtreyi farklı bir hedef için dönüştürürken önemlidir. Karşılaştırma, malzeme etiketlerinin benzerliğine değil, yeni düzenin gerçek besleme suyunda ve çalışma koşullarında gösterdiği sonuca dayanır.

26.3 Hız basınç kaybı ve geri yıkama

Filtrasyon hızı, çoğu tasarım anlatımında debinin etkin yatak alanına bölünmesiyle ifade edilen yüzeysel hidrolik yükü anlatır. Bu, gözenekler arasındaki suyun her noktadaki gerçek hızı değildir. Debi aynı kalırken çalışan alan azalırsa bu yük artar; dolayısıyla bir filtrenin devreden çıkması diğerlerinin koşulunu değiştirebilir. Yalnız toplam tesis debisini izlemek bu değişimi göstermeye yetmeyebilir. Hesap, işletme koşulunu anlamaya yardım eder; uygun çalışma hızını tek başına belirlemez. Kabul edilebilir koşul, medya, ham su, ön arıtma ve doğrulanmış performansla birlikte değerlendirilir.

Katı birikimi, suyun yataktan geçmesine karşı direnci artırabilir; basınç kaybının izlenmesi bu nedenle işletme açısından yararlıdır. Fakat basınç kaybı doğrudan bir kimyasal giderim veya mikrobiyolojik güvenlik ölçümü değildir. Bir filtrenin basınç farkı kabul edilen aralıkta görünürken hedeflenen kalite yine de ayrıca izlenmelidir. Tersine yüksek basınç farkı, tek başına belirli bir kirleticinin çıkış derişimini söylemez. Debi ve basınç ölçümleri, kalite sonucu ve ön arıtma durumu aynı zaman bağlamında incelendiğinde, gözlenen değişimin olası nedenleri daha iyi ayırt edilir.

Hızlı medya filtrelerinde geri yıkama, birikmiş katıları uzaklaştırmak için kullanılır; bazı düzenlerde hava ile temizleme de buna eşlik eder. İşlem, medyanın özelliği ve filtre düzeni için belirlenen koşullarda yürütülür. Her yatak için geçerli tek bir geri yıkama hızı veya süre vermek uygun değildir. Geri yıkamayla ayrılan yük bir atık su akımı oluşturur ve yönetilmelidir. Yavaş kum filtresindeki yüzey tabakasının bakımını aynı işlemin başka ölçeği saymak da yanlıştır. Bu sistemde yüzeye yakın birikmiş tabakanın alınması gibi farklı bakım uygulamaları ve biyolojik işleyişin korunması söz konusudur.

Örnek hesap 20 — Çalışan filtre alanı azalırsa

Bütünüyle varsayımsal hidrolik hesap; önerilen filtrasyon hızı değildir.

Toplam debi Q = 12 m³/saat.

İki eşit filtrenin her birinde etkin alan 1,5 m².

Debi sabit kalıyor; iki filtre çalışırken akış eşit dağılıyor. Hesap yalnız yüzeysel yükü karşılaştırıyor.

İki filtre çalışırken toplam alan ve yük:

$\text{A = 2 × 1,5 = 3 }\text{m}^{\text{2}}\text{; v = Q/A = 12/3 = 4 m/saat}$

Bir filtre devreden çıkarken aynı debi korunursa:

$\text{A = 1,5 }\text{m}^{\text{2}}\text{; v = 12/1,5 = 8 m/saat}$

Toplam tesis debisi değişmediği hâlde çalışan yatağın yüzeysel yükü iki katına çıkar.

Sonuç, yeni hızın uygun olduğunu veya giderimin belirli oranda değişeceğini göstermez. Gerçek sistemde debi ve işletme koşulları doğrulanmış sınırlara göre yönetilir.

Filtrasyonun alan başına debi ile ifade edilmesi ve koşula bağlı performans:. Sayılar ve aritmetik özgün öğretici varsayımdır.

26.4 Tek ve çok katmanlı sistemler

Tek katmanlı bir filtre, yalnız bir malzeme kullandığı için yetersiz sayılmaz; çok katmanlı filtre de katman sayısıyla evrensel üstünlük kazanmaz. İlgili karşılaştırma, aynı arıtma hedefinde katı yükünü nasıl dağıttıkları, ne kadar kararlı çalıştıkları ve hangi işletme koşullarını gerektirdikleridir. Çok katmanlı yapı, uygun düzenlendiğinde yatak derinliğinden yararlanmayı artırabilir. Ancak bu yarar, her kaynağa sabit bir kapasite artışı veya giderim yüzdesi olarak taşınmaz. Ham suyun ve ön işlemin davranışı, seçilen medya kadar sonuç üzerinde etkilidir. Deneme ve işletme verisi bu nedenle kararın temelidir.

Basınçlı filtre ile yerçekimli açık filtre ayrımı da medya ayrımından bağımsız bir tasarım boyutudur. Basınçlı düzende yatak kapalı bir gövde içindedir; yerçekimli düzende suyun geçişi açık tank koşullarında sağlanır. WHO, her ikisinin parçacık giderimindeki çalışma mantığının benzer olabileceğini ve katı uzaklaştırma ile atık yönetiminin her ikisinde de gerekli olduğunu açıklar. Gövdenin kapalı olması, aynı medyaya kendiliğinden yeni bir kimyasal ayırma yeteneği kazandırmaz. Seçim, sistemdeki hidrolik gereksinim, işletme düzeni ve doğrulanmış arıtma göreviyle birlikte değerlendirilir.

Doğrudan filtrasyonda koagülasyonla oluşan flok, ayrı bir çöktürme basamağı olmadan filtrede tutulabilir. Bunun uygulanabilirliği, filtrenin taşıyabileceği katı yüküyle sınırlıdır. Dolayısıyla bir basamağın çıkarılması, yalnız daha kısa bir ekipman listesi oluşturmaz; kalan filtrenin üstlendiği görevi değiştirir. Ham suyun değişken olduğu bir durumda ortalama koşuldaki başarı, yüksek yük döneminde de aynı sonucun alınacağını göstermez. Böyle bir seçenekte ön deneyler ve işletme izlemesi, gerçek değişkenliği kapsamalıdır. Süreç düzeni, basamak sayısını azaltma hedefinden önce, güvenilir biçimde tutulması gereken yükle ilişkilendirilir.

26.5 Filtre performansını izlemek

İyi bir izleme düzeni, besleme suyunu, filtrenin çalışma koşulunu ve çıkış kalitesini birbirine bağlar. Giriş değişimi görülmeden yalnız çıkışa bakıldığında, filtrenin aynı yük altında mı yoksa daha zor koşullarda mı çalıştığı anlaşılamayabilir. Benzer şekilde debi ve basınç kaydı olmadan kalite değişiminin işletmeyle ilişkisi eksik kalır. Kullanılan göstergeler, kontrol edilen tehlike ve sürecin görevi için seçilir. Bulanıklık, parçacık giderimini izlemekte yararlı olabilir; belirli çözünmüş analit için ayrıca ölçüm gerekir. İzleme kaydı, göstergenin neyi temsil ettiğini ve neyi göstermediğini açık tutar.

Geri yıkama, bakım veya besleme değişikliği gibi olaylar sonuçların zaman çizelgesinde görünür olmalıdır. Aynı çıkış değeri, uzun süre kararlı çalışmanın ortasında veya bir müdahaleden hemen sonra farklı inceleme soruları doğurabilir. Burada amaç her dalgalanmaya hazır bir neden atamak değildir; ölçümü gerçekleştiği koşulla ilişkilendirmektir. Beklenmedik değişimde ön arıtma, filtre düzeni ve kullanılan ölçüm birlikte incelenir. Belirlenmiş işletme sınırları aşıldığında uygulanacak eylem de önceden planlanır. Sonraki doğrulama, müdahalenin amaçlanan kontrolü geri getirip getirmediğini gösterir.

Filtrenin başarısı yalnız bir çıkış örneğinin iyi olmasıyla anlatılamaz. Seçilen hedefin farklı çalışma koşullarında sürdürülebildiğine ilişkin bilgi gerekir. Bu bilgi; uygun tasarım, doğrulanmış süreç, zamanında işletme izlemesi ve gerekli kalite kontrollerinin birleşiminden oluşur. Kum veya çok katmanlı yatak, suyun bütün sorunlarını tek başına çözen son nokta değildir; tanımlanmış bir ayırma görevi üstlenir. Sonraki basamak adsorpsiyon, membran veya dezenfeksiyon olduğunda onun gereksinimleri de bu çıkışın değerlendirilmesine katılır. Böylece filtre, yalnız kendi basınç göstergesiyle değil bütün arıtma hattındaki işleviyle izlenir.

Özgün gösterge karşılaştırması; kabul sınırları gerçek süreç ve hedefe göre belirlenir.