�ݺ�ߣ

enve-muhammed.blogspot.com

Hindistan Teknoloji Enstitüsü (IIT), Kanpur,
Mühendislik Fakültesi,
Su ve Atık Su Mühendisliği Dersi, 11

Ders 11: Hızlı Kum Filtrasyonu

Tipik Hızlı Yerçekimli Filtre Akış Şeması
Hızlı Kum Filtrelerinin İzometrik Görünümü
Temiz Su Yük Kaybı
Hızlı Kum Filtrelerinde Geri Yıkama
Geri Yıkama Ne Zaman Gerekli Olur
Hızlı Yerçekimli Filtrelerin İşletme Sorunları
Tasarım Örneği

Tipik Hızlı Yerçekimli Filtre Akış Şeması

(Flash’ı oynatmak için resmin üzerine tıklayarak bağlantıya gidiniz)

Water level while filtering: Filtreleme sırasındaki su seviyesi
Wash water troughs: Yıkama suyu olukları
Sand: Kum Gravel: Çakıl
Wash water gutter: Yıkama suyu havuzu
Wash water storage tank: Yıkama suyu depolama tankı

Filtreler Nasıl Çalışır
1.] 1. valf açılır. (Gelen suyun filtrelere akışını sağlar)
2.] 2. valf açılır. (Suyun filtreden süzülmesine izin verir)
3.] Filtrasyon işlemi süresince diğer tüm valfler kapalı tutulur.


Hızlı Kum Filtrelerinin İzometrik Görünümü

Wash throughs: Yıkama olukları
Laterals: Yan kanallar/borular
Filter inlet header: Filtre giriş hattı kolektörü
Wash water inlet header: Yıkama suyu giriş hattı kolektörü
Wash outlet header: Yıkama suyu çıkış kolektörü
Pipe gallery floor: Boru geçit yüzeyi

Temiz Su Yük Kaybı

Temiz suyun delikli filtre malzemesinden süzülmesini tanımlamak üzere birçok formül geliştirilmiştir.
Yük kayıplarını hesaplamak üzere kullanılan Carman – Kozeny eşitliği aşağıdaki gibidir:

h= f (1-)Lvs2
3dg
h= f p(1-)Lvs2
3dgg
f =150 (1-) + 1.75
Ng
Ng=dvs


h = yük kaybı, m
f = sürtünme faktörü
 = gözeneklilik (porozite)
 = tanecik şekil faktörü (küreler için 1.0, yuvarlak kumlar için 0.82, ortalama kum için 0.75,
öğütülmüş kömür ve dişli kum için 0.73)
L = filtre yatağının derinliği, m
d = spesifik tane çapı, m
vs = filtrasyon hızı, m/s
g = yerçekimi ivmesi, 9.81 m/s2
p = eleğin üzerinde kalan kumun ağılık yüzdesinin elek çapına oranı


dg = elek boyutları d1 ve d2’nin geometrik ortalaması
Ng = Reynold sayısı
 = viskozite, N-s/m2

Hızlı Kum Filtrelerinde Geri Yıkama

 Bir filtrenin verimli bir şekilde işletilmesi için filtre belirli zamanlarda temizlenmelidir. Eğer
filtre edilen su çok iyi bir kalitede ise filtreler geri yıkama yapılmaksızın uzun süre işletilebilir.
Bazı filtreler geri yıkamaya ihtiyaç duyulmadan bir haftadan fazla işletilebilmektedir. Ancak
uzun filtreleme süreleri filtre malzemesinin akışkan özelliğini kaybederek kalıplaşmasına
sebep olabilir. Böyle bir durumda geri yıkama işlemi dahi malzemenin yeniden yayılmasını
sağlamaya yetmez.

 Depolama tankındaki arıtılmış su geri yıkama için kullanılır. Bu arıtılmış su genellikle yüksek
seviyedeki depolama tankından alınır ya da temiz bir kaynaktan pompalanır.

 Filtre geri yıkama oranı filtre malzemesini yaymaya ve çalkalamaya ve sudaki flokları
giderilmek üzere askıda tutmaya yetecek büyüklükte olmalıdır. Ancak filtre geri yıkama oranı
fazla yüksek ise filtre malzemesi yıkanırken oluklara taşar ve oradan da filtrenin dışına atılır.

Geri Yıkama Ne Zaman Gerekli Olur

Aşağıdaki şartlar oluştuğunda filtre geri yıkanmalıdır:

 Yük kaybı çok fazla olup filtre istenilen debide su süzemediğinde; ve/ya da
 Floklar filtreyi geçebildiğinde ve filtre çıkış suyu bulanıklığı arttığında; ve/ya da
 Filtre çalışma süresi belirlenen çalışma saatine ulaştığında.

Yük kaybı ve çıkış suyu bulanıklığına bağlı olarak filtre çalışma süresi uzunluğu tanımlama çizimi
Terminal acceptable headloss: Kabul edilebilir en yüksek yük kaybı
Effluent quality and headloss: Çıkış suyu kalitesi ve yük kaybı
Time or volume of filtrate: Zaman ya da filtre edilecek hacim
Effluent quality: Çıkış suyu kalitesi


Limiting effluent quality: Sınır çıkış suyu kalitesi
Headloss through filter: Filtreleme süresince yük kaybı
End of filter run: Filtre çalışma süresi sonu

Hızlı Yerçekimli Filtrelerin İşletme Sorunları

Hava Bağlama :

 Filtre yeni işletmeye alındığında su süzülmesinden kaynaklanan yük kayıpları oldukça azdır.
Ancak kirlilik birikmeye devam ettikçe yük kayıpları sürekli artar.

 Nihayetinde, filtre malzemesinin oluşturduğu sürtünme direncinin yatak üstündeki suyun
durağan yükünü aştığı noktaya ulaşılır. Bu dirence çoğunlukla kum tabakasının üstteki 10 – 15
cm’lik kısmı sebep olur. Alttaki kum vakum gibi hareket eder ve suyu filtre malzemesi
boyunca aşağı doğru emer.

 Sonuçta sudaki çözünmüş havayı ve diğer gazları salmaya meyilli bir negatif basınç oluşur.
Kum tanelerine bağlı baloncukların oluşumu gerçekleşir. Havanın filtreye bağlandığı bu olay
Hava Bağlama olarak bilinir ve filtrenin işlevini engeller.

 Bu tarz sorunlardan kaçınmak için, filtreler optimum kabul edilebilir yük kaybı değerlerini aşar
aşmaz temizlenmelidirler.

Çamur Topları Oluşumu:

 Atmosferden gelen toz çoğunlukla kum yüzeyinin üzerinde birikerek yoğun bir tabaka
oluşturur. Yetersiz yıkama atmosfer kaynaklı bu çamur tabakasının kum yatağı içine batıp
diğer kirleticilerle birlikte kum tanelerine yapışarak çamur toplarını oluşturmasına sebep olur.

Filtrelerin Çatlaması:

 Filtre yatağının üst tabakasında yer alan ince kum büzüşür ve kum yatağında büzüşme
(shrinkage) çatlaklarının oluşmasına sebep olur. Filtrenin kullanımı neticesinde, yük kaybı ve
dolayısıyla kum yatağı üzerindeki basınç artar, bu olay çatlakların genişlemesine sebep olur.

Filtrelerin çatlamasını ve çamur topları oluşumunu önlemek için:

 İnce çamur tabakası tırmıkla dağıtılır ve taneciklerin yıkanması sağlanır.
 Filtre kostik soda çözeltisi ile yıkanır.
 Zarar görmüş filtre kumu temizlenir ya da yenilenir.

Hızlı Kum Filtrelerinin Standart Tasarım Uygulaması:

 Yatay boruların maksimum uzunluğu = Boru çapının 60 katından az olmamalı.
 Delikler arası boşluk = 7.5 cm’de 6 mm’lik delikler.
 Yatay boruların enine kesiti= Deliklerin alanının 2 katından az olmamalı.
 En çok yük kaybı= 2 – 5 m.
 Yatay borular arası boşluklar= 15 – 30 cm
 Yıkama suyu deliklerindeki basınç= 1.05 kg/cm2’den az olmalı.
 Yatay borulardaki akış hızı= 2 m/s.


 Manifolddaki akış hızı= 2.25 m/s.
 Manifolddaki yıkama suyu akış hızı= 1.8 – 2.5 m/s.
 Yükselen yıkama suyu hızı= 0.5 – 1.0 m/dk
 Yıkama suyu miktarı= Filtrelenen toplam suyun % 0.2 – 0.4’ü.
 Geri yıkama süresi= 10 – 15 dk.
 Filtre üzerindeki yük= 1.5 – 2.0 m.
 Taban eğimi= Manifold yönünde 1:60

Q = (1.71 x b x h3/2)

Q: m3/s, b: m, h:m, L:B= 1.25 – 1.33 : 1 (L:Uzunluk, B:Genişlik)

Tasarım Örneği:

Problem: Günlük 10 milyon litre ham suyu arıtabilecek bir hızlı kum filtresi tasarlayın. Filtre edilen
suyun %0.5’i geri yıkama suyu olarak kullanılabilecektir. Geri yıkama için günlük yarım saat süre
belirlenmiştir. Gerekli diğer bilgiler kabul edilecektir. (Ml=milyon litre, L:Uzunluk, B:Genişlik)

Çözüm: Filtre edilen toplam su miktarı = 10.05 x 24 x 106 = 0.42766 Ml / sa
24 x 23.5

Filtrasyon hızını 5000 l / sa / m2 yatak olarak kabul edelim.

Filtre alanı = 10.05 x 106 x 1 = 85.5 m2
23.5 5000

İki birim olsun. Her biri için yatak alanı;

85.5/2 = 42.77. L/B = 1.3; 1.3B2 = 42.77

B = 5.75 m ; L = 5.75 x 1.3 = 7.5 m

Kum yatağı derinliği = 50 – 75 cm olarak kabul edilsin.

Alt Boşaltma (drenaj) Sistemi:

Toplam delik alanı = yatak alanının %0.2 - 0.5’i arasında olmalı.

Yatak alanının % 0.2’si olarak kabul edelim = 0.2 x 42.77 = 0.086 m2
100

Yatay boru alanı = 2 x (yatay boru deliklerinin alanı)

Manifold alanı= 2 x (yatay boru alanı)

Böylelikle manifold alanı = 4 x deliklerin alanı = 4 x 0.086 = 0.344 = 0.35 m2 .

Manifold çapı = (4 x 0.35 /π)1/2 = 66 cm

Yatay boruda delikler arası mesafe = 30 cm olarak kabul edilsin.


Toplam delik sayısı= 7.5/ 0.3 = 25 adet her bir taraf için.

Yatay boru uzunluğu = 5.75/2 - 0.66/2 = 2.545 m.

Yatay borunun enine kesit alanı = 2 x her bir yatay borudaki delik alanı.

Deliklerin çapı = 13 mm olarak alınsın.

Delik sayısı: n x π x (1.3)2 = 0.086 x 104 = 860 cm2
4

n = 4 x 860 = 648. 650 olarak kabul edelim.
π x (1.3)2

Yatay borudaki delik sayısı = 650/50 = 13

Her bir yatay borudaki deliklerin alanı= 13 x π x (1.3)2 /4 = 17.24 cm2

Delikler arası boşluk = 2.545/13 = 19.5 cm.

Yatay borunun enine kesit alanı= 2 x her bir yatay borudaki deliklerin alanı = 2 x 17.24 = 34.5 cm2.

Yatay borunun çapı= (4 x 34.5/ π)1/2 = 6.63 cm

Kontrol: Yatay boru uzunluğu < 60 x d = 60 x 6.63 = 3.98 m. l = 2.545 m (kabul edilebilir).

Yataktaki yükselen yıkama suyu hızı = 50 cm/dk.

Her bir yatak için yıkama suyu deşarjı = (0.5/60) x 5.75 x 7.5 = 0.36 m3/s.

Yatay borudaki akış hızı = 0.36 = 0.36 x 10 4 = 2.08 m/s (uygun)
Top. yatay boru alanı 50 x 34.5

Manifold hızı = 0.36 = 1.04 m/s < 2.25 m/s (uygun)
0.345

Yıkama suyu havuzu

Her bir yatak için yıkama suyu = 0.36 m3/s.

Yatak boyutu = 7.5 x 5.75 m.

Uzunlamasına 3 adet oluk bulunduğu kabul edilsin

5.75/3 = 1.9 m

Her bir oluk için deşarj = Q/3 = 0.36/3 = 0.12 m3/s.

Q =1.71 x b x h3/2

b =0.3 m olarak kabul edilsin


h3/2 = 0.12 = 0.234
1.71 x 0.3

h = 0.378 m = 37.8 cm = 40 cm

= 40 + (hava payı) 5 cm = 45 cm; eğim 1:40

Geri yıkama suyu depolama tankı:

4 saatlik filtre kapasitesi için, tank kapasitesi = 4 x 5000 x 7.5 x 5.75 x 2 = 1725 m3
1000

Varsayalım, derinlik, d = 5 m.
Yüzey alanı = 1725/5 = 345 m2

L/B = 2; 2B2 = 345; B = 13 m & L = 26 m.

Filtrelerden gelen boruların çapı = 50 cm.

Hız <0.6 m/s.

Geri yıkama suyu depolama tankı borusunun çapı = 67.5 cm.

Hava kompresörü birimi = 1000 l of hava/dk/ m2 yatak alanı.

5 dakika için, gerekli hava= 1000 x 5 x 7.5 x 5.77 x 2 = 4.32 m3 hava.


�ݺ�ߣ

Ders 11 Hızlı Kum Filtrasyonu

More Related Content

Ders 11 Hızlı Kum Filtrasyonu