Kadri Kızmaz 1-havalandirma ünitesi

HAVALANDIRMA ÜNİTESİ: Havalandırma ünitesi; demir ve manganı oksitlemek, suya gerekli oksijeni sağlamak ve sudaki çeşitli gazların giderilmesi amacıyla yapılacaktır. İçme suyu arıtımında en çok kullanılan, basit ucuz ve işletmesi kolay bir sistem olan Kaskat (kademeli) havalandırma ünitesi tercih edilmiştir. Çözünmüş Oksijen doygunluk değerinin (Cs) bulunması: Sıcaklığı 4-30 °C olan sular için Cs değeri üç yolla bulunabilir.(Eroğlu-1995) a) Cs=468/31.6+T =468/31.6+25=8,26 mg/l Cs=14.652-4.1012× 10-1T+7.9910× 10-3T2-2.7774× 10-5T3

b)

Cs=14.652-4.1012× 10-1 × 25+7.9910× 10-3 × 252-2.7774× 10-5 × 253 =8,17 mg/l c)

Doygunluk değerinin sıcaklık ve klorür konsantrasyonuna bağlı olarak verildiği hazır

cetvellerden. Tablo 3.1: 760 mm-Hg basıncında ve %20-90 nispetinde oksijen ihtiva eden kuru havaya maruz tatlı ve tuzlu suyun Ç.O. doygunluk konsantrasyonları (T=25°C için). (Eroğlu-1995) Klorür kons. (mg/l) Ç.O. Doy. Kons. (mg/l)

0

5000

10000

15000

20000

8,38

7,96

7,56

7,15

6,74

Suyun klorür kons.: 350 mg/l Enterpolasyonla Cs =8,35 mg/l bulunur. Çözünmüş oksijenin sudaki doygunluk değerinin hazır cetvellerden alınması daha uygun olacağından bu değerlerden Cs =8,35 mg/l seçildi. Kullanılacak Ç.O. miktarının bulunması: a)Demir Oksidasyonu: Fe=4,5 mg/l 2 Fe + 1/2 O2 + 5 H2O → 2 Fe(OH)3 + 4 H+ 112 mg/l Fe için

16 mg/l O2 gerekirse

4,5 mg/l Fe için

X mg/l O2 gerekir.

X=0.642 mg/l O2 gerekir. b)Mangan Oksidasyonu: Mn=3,0 mg/l 6 Mn+++ O2 + 6H2O

2 Mn3O4 + 12 H+

2 Mn3O4 +2 O2

6 MnO2

6 Mn + 3 O + 6H O ++

2

2 MnO

2

+ 12 H

2

↓

+

330 mg/l Mn için

96 mg/l O2 gerekirse

3,0 mg/l Mn için

X mg/l O2 gerekir.

X=0.872 mg/l O2 gerekir.

c)Organik Madde Oksidasyonu: Toplam organik madde:7,0 mg/l ve 1,5 mg/l organik madde oksitlendiği kabul edilirse; C5 H7 O2 N +5 O2 → H2O + 4 CO2 + NH4 + HCO3 113 mg/l organik madde için

160 mg/l O2 gerekirse

1,5 mg/l organik madde için

X mg/l O2 gerekir.

X = 2,12 mg/l O2 gerekir. 1 g organik madde oksitlenirken 0.16 g NH4 açığa çıkmaktadır. NH4 oksitlenmesi için, NH4 + 2O2

NO2+2H2 O

18 mg NH4 için

(4*16 ) mg O2 gerekirse

(1,5*0,16 ) mg/l NH4 için

X

X = 0,85 mg/l O2 gerekir. Toplam Ç.O. ihtiyacı = 0.64 + 0.87+ 2,12+0,85 = 4,48 mg/l O2 Havalandırma Ünitesinin Boyutlandırılması: Kaskat yüksekliği H = 1.5 m kabul edilirse K=(K× Cs)/Cs=7/8,35=0,838 C1=Cs -(Cs -C0 )× (1-K)n DÜŞÜM İLE1K*Cs 1,5 0 YÜKSEKLİĞİ 0,5 ARASINDAKİ 0 3,5 BAĞINTI 5,75 7

K*Cs (g O2/m3)

K*Cs

8 6 4 2 0 0

0,5

1

1,5

DÜŞÜM YÜKSEKLİĞİ(m)

a)Tek Kademeli Kaskat Durumunda çıkış O2 Konsantrasyonu: H=1.5 m için K× Cs =7 g O2 /m3 =mg O2/l K=(K× Cs)/Cs=7/8,35=0,838 C1=8,35 -(8,35-3,5 )× (1-0,838)1

C1=7,56 mg/l b)İki Kademeli Kaskat Durumunda çıkış O2 Konsantrasyonu: H=1.5 m  h=1.5/2=0.75 m. K× Cs =5 g O2 /m3 =mg O2/l (grafikten) K=(K× Cs)/Cs=5/8,35=0,598 C2=8,35 -(8,35 -3,5 )× (1-0,598)2 C2=7,56 mg/l c)Üç Kademeli Kaskat Durumunda çıkış O2 Konsantrasyonu: H=1.5 m  h=1.5/3=0.5 m. K× Cs =3.5 g O2 /m3 =mg O2/l (grafikten) K=(K× Cs)/Cs=3.5/8,35=0.419 C3=8,35 -(8,35 -3,5 )× (1-0,419)3 C3=7,39 mg/l 3. kademeden sonra çözünmüş O2 miktarında fazla bir değişme olmadığından iki kademe yeterlidir. Gerekli O2 miktarı 4,48 mg/l bulunmuş idi. Suda kalan Çözünmüş Oksijen: 7,56-4,48=3,08 mg/l olur. İki kademeli havalandırıcı kullanıldı.Gerekli havalandırıcı boyunu ayarlayabilmek için Ç.O 5’in üstünde olmalı.Yapılacak olan karıştırma ünitelerinde bu değer sağlanacaktır. Kaskat kapasitesinin = 0,01 m3/sn.m

olması istenir. Buna göre kaskatın boyunun

hesaplanmasına geçilir. Q2040 için : Kaskat uzunluğu =

Q2040 /

Kaskat kapasitesidir.

L =1,581 m3/sn / 0,01 m3/sn.m ≅ 158,1 m olarak bulunur. Min alan ihtiyacı = 85 m2s/m3 x 1,581 m3/sn = 134,38 m2 Max alan ihtiyacı =106 m2s/m3 x 1,581 m3/sn = 167,58 m2 Q2025 için : Kaskat uzunluğu =

Q2025 /

Kaskat kapasitesidir.

L =0,862 m3/sn / 0,01 m3/sn.m ≅ 86,2 m olarak bulunur. Min alan ihtiyacı = 85 m2s/m3 x 0,862 m3/sn = 73,27 m2 Max alan ihtiyacı =106 m2s/m3 x 0,862 m3/sn = 91,37 m2

Q2025 73,27 m2 91,37 m2 86,2 m

Min. alan Max. alan Basamak uzunluğu

17,2m 14,2m 11,2m

Q2040 134,38 m2 167,58 m2 158,1 m

Q2025 9,0m 12,0m 15,0m

Ölçeksiz Havalandırıcı Şekli Buna göre 2025 yılı için şekilde görüldüğü üzere 2 yönlü akış kabul edilmektedir. 2040 yılı içinde 4 yönlü olarak akış düşünülmüştür. 2025 yılı için : Basamak uzunluğu = 2 ×(17 ,2m +14 ,2m +11,2m ) = 85 ,2m olarak bulunmuş. Gereken basamak uzunluğu 86,2 m ye yaklaşık olarak ulaşılmıştır. Bulunan alan: 2025 yılı için 14,2*6 = 85,2 m2 olarak bulunmuştur. Bu alan bulunan max ve min alan içindedir. 2040 yılı için: Basamak uzunluğu = 2 ×(17 ,2m +14 ,2m +11,2m ) + 2 ×(15 m +12 m + 9m ) =157 ,2m olarak bulunmuş.Gereken basamak uzunluğu 158,1 m ye yaklaşık olarak ulaşılmıştır. Bulunan alan: 2040 yılı için 12*6+85,2=157,2 m2 olarak bulunmuştur. Bu alan bulunan max ve min alan içindedir. Giriş Yapısının Boyutlandırılması :

Tesise giriş boru çapı 1200 mm. seçilmiştir. π × D2 4× Q Q=V×A =V× ⇒V= 4 π × D2 2025 yılı için: Q2025=0,862 V =

4 × 0,862 = 0,76 m s 2 π × (1,2 )

2040 yılı için: Q2040=1,581 V =

(0.6m/s-1.8m/s) olup uygundur.

4 ×1,581 = 1,39 m s (0.6m/s-1.8m/s) olup uygundur. π × (1,2 ) 2

Çıkış Yapısı :

h b

n= 0,016

s =0,0005 olarak seçilir.(0,0001 - 0,0005)

b = 2h olarak kabul edilir.

Q=

R = h/2

2 1 1 × R 3 × s 2 × A Maning formülü ile hesaplarız. n

1 h 0,862 m / sn = ×   n 2

2

3

3

× ( 0,0005 )

1

2

× 2h 2

Buradan h =0,76m olarak bulunur. h=0,8 alındı. B= 2 x 0,8m = 1,6 m olarak bulunur. Hız kontrolü : 2025 yılı için: Q = V × A ⇒ 0,862 m 3 / sn = V × ( 0,8m ×1,6m )

V = 0,67 m/sn olarak bulunur.(0,6 - 1,8 m/s) 2040 yılı için: Q = V × A ⇒1,581 m 3 / sn = V × ( 0,8m ×1,6m )

V = 1,23 m/sn olarak bulunur.(0,6 - 1,8 m/s)

Havalandırma Ünitesi Boyutları 2025

2040

Toplam Kaskat uzunluğu (m)

86,2

158,1

Düşüm yüksekliği (m)

0.75

0.75

Düşüm sayısı

2

2

Havalandırma yönü

2

4

B uzunluğu (m)

1,5

1,5

Tesis alanı (m2)

85,2

157,2

Giriş boru çapı (mm)

1200

1200

Çıkış kanalı genişliği (m)

1,6

1,6

Çıkış kanalı su yüksekliği (m)

0,8

0,8