HAVUZ SUYU KİMYASI

1. HAVUZ SUYU KİMYASI KİMYA Y. MÜH. ERDİNÇ İKİZOĞLU E.Ü. MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ E.ÖĞR. GÖR.

2. O H H SAF SU bir oksijen molekülü ve iki hidrojen molekülü içerir. Saf su, RENKSİZDİR KOKUSUZDUR TATSIZDIR

3. Su, EVRENSEL ÇÖZÜCÜ dür ve bilinen her maddeyi kendi içinde belirli bir dereceye kadar çözer. Su, çözünmüş katı maddeler, gazlar ve askıdaki katı maddeler gibi çeşitli tipteki maddeleri içermektedir. Su molekülü H+ ve OH- iyonları şeklinde bulunur. • Kw = [H+][OH-]  10-14

4. DOĞADA SUYUN ÇEVRİMİ Bulutlar Toz Yere inme Yağmur, Kar Endüstriyel Gazlar Atmosfer Gazları Buharlaşma Jeolojik oluşumlar Kireçtaşı, granit Yüzey suyu Yeraltı suyu

5. SU KAYNAKLARI YÜZEY SULARI - Çözünmüş Malzemeler - Partiküller - Organik Maddeler - Arazi ve Jeolojik oluşumların Etkileri YERALTI SULARI - Yüksek Mineral Seviyesi - Düşük Askıda Katı Madde Düzeyi - Jeolojik Oluşumların Etkileri DİĞER SU KAYNAKLARI - Doğada Tekrar Çevrilen Su - Deniz Suyu

6. ATMOSFER GAZLARI Atmosfer çeşitli gazların karışımıdır,; temel bileşenleri ise, şunlardır: - AZOT 78 % - OKSİJEN 21 % - ARGON 0,9 % - KARBONDİOKSİT 0,033 % OKSİJEN :Suyun deniz seviyesinde ve 1 atm. basınç altında, oksijene doygunluk derişimleri 0C de 14.6 mg/L, 25C 'de 8.4 mg/L'dir. KARBON DİOKSİT : Çözünürlüğü 1700 mg/l ‘ye dek çıkar. Suda: CO2 + H2O H+ + HCO3 Karbondioksit suda çözüldüğünde ZAYIF ASİT ÇÖZELTİSİ meydana gelir. Bu çözeltiye genellikle Karbonik Asit Çözeltisi denir.

7. ENDÜSTRİYEL GAZLAR Fosil yakıtların yanması ile ve endüstriyel prosesler sonucu meydana gelen fosil yakıtlar aşağıdakileri içermektedir : - SÜLFÜR DİOKSİT/TRİOKSİT - AZOT OKSİTLER - HİDROJEN SÜLFÜR - AMONYAK SÜLFÜR DİOKSİT/TRİOKSİT: SO2 + H2O H2SO3 Sülfüroz Asit SO3 + H2O H2SO4 Sulfürik Asit AZOT OKSİTLER : NO Azot Monoksit NO2 Azot Dioksit N2O4 Diazot Tetraoksit HİDROJEN SÜLFÜR : H2S + H2O H+ + HS Bisülfür AMONYAK : NH3 + H2O OH + NH4+ Amonyum

8. ÇÖZÜNMÜŞ KATILAR Bilinen tüm maddeler, suda belirli oranlarda çözünür. Kalsiyum ve magnezyum tuzları, yaygın olarak, SERTLİK TUZLARI olarak bilinmektedir. Doğal sularda, suyun kalsiyum konsantrasyonu, magnezyum konsantrasyonundan büyüktür. Deniz suyu için tersi geçerlidir. Başlıca kalsiyum ve magnezyum tuzları: Bikarbonatlar Ca(HCO3) Mg(HCO3) Karbonatlar CaCO3 MgCO3 Klorürler CaCl2 MgCl2 Sülfatlar CaSO4 MgSO4 Silikatlar CaSiO3 MgSiO3

9. Suyun Temel Bileşenleri • Askıda Katı Maddeler • kum • yosun,bakteriler • kolloid partiküller • Çözünmüş Gazlar • Oksijen • Karbondioksit • Nitrojen, vs. • Çözünmüş Organik Bileşikler • Çeşitli Asitler • Klorofil vs. • Çözünmüş İnorganik (Katyon) • Kalsiyum, magnezyum • Sodyum, potasyum • Demir, bakır, çinko vs. • Çözünmüş İnorganik (Anyon) • Klorür • Karbonat, Bikarbonat • Sülfit • Nitrit • Nitrat • fosfor bazlı bileşikler vs.

10. Toplam Çözünmüş Katı Madde • Havuz suyundaki toplam çözünmüş madde: • Minerallervekimyasallar • Dezenfektanlar ve yan ürünleri • Yüzücülerin taşıdıkları (ter, idrar, saç sprayi, losyon, vb) • Buharlaşma ile konsantre olur • Önerilen maximumkons. 2,500 mg/L

12. İLETKENLİK Suların elektriksel iletkenliği, iyonların sudaki toplam derişimine ve sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık artışı ile suların elektriksel iletkenlikleri de artar. Sudaki iyonların derişimi arttıkça elektriksel iletkenlik de artar, dolayısıyla elektriksel iletkenlik ölçümleri sudaki toplam iyon derişimi hakkında iyi bir göstergedir. Temel iletkenlik birimi : mS/cm (microsiemens/cm). İletkenlik seviyesi sıcaklıktan etkilendiği için, ölçüsü 25°C sıcaklıkta belirtilir. Sudaki toplam çözünmüş madde miktarı (TDS), iletkenlik değeri ile yaklaşık olarak belirlenir.

13. Doğal haldeki yüzey sularının elektriksel iletkenliği 50 - 1500 S/cm arasında değişir. Yeraltı sularının elektriksel iletkenliği yüzey sularına oranla daha geniş aralıkta değişir. Yeraltı sularının iletkenliği bazı bölgelerde deniz suyunun yaklaşık iletkenliği olan 50000 S/cm’ ye ulaşabilmektedir. Sanayideki kirliliğin yüksek olduğu dere ve akarsularda 4500-5000S/cm civarlarında okunabilmekte buna bağlı olarak da tuzluluk ve diğer kimyasal parametrelerde artış göstermektedir.

14. Toplam çözünmüş katı madde (TDS) ile arasındaki bağıntı; TDS = İletkenlik x 0,5 (Saf sularda) TDS = İletkenlik x 0,68 (İletkenlik <1000 µS/cm) TDS = İletkenlik x 0,75 (1000<İletkenlik<4000) TDS = İletkenlik x 0,82 (4000<İletkenlik<10000)

15. Bulanıklık (TSS) Suyun içerdiği çözünmemiş organik ve inorganik katı asıltılar suya bulanıklık verir. Çökeltme ve süzme işlemleri ile giderilir. Kum, çakıl, aktif karbon filtreleri veya membranla filtrasyon Kolloidal madde; katı asıltılar NTU (Nephelometric Turbidity Units)

16. TOPLAM SERTLİK Sudaki sertliğe Kalsiyum ve Magnezyum tuzları neden olmaktadır. Suyun sertliği suyun kaynağına bağlı olarak büyük miktarda değişebilmektedir. Sertlik, genellikle, mg/l CaCO3 (ppm CaCO3) olarak ifade edilmektedir. Sertlik bazen, Fransız derecesi ile de gösterilebilir: 1 Fransız derecesi 10 ppm CaCO3 ‘e eşittir.

17. KALSİYUM VE MAGNEZYUM SERTLİĞİ KALSİYUM SERTLİĞİ Suyun kalsiyum sertliğine suda yer alan kalsiyum tuzları neden olmaktadır. Genellikle ppm CaCO3 olarak ifade edilir. MAGNEZYUM SERTLİĞİ Suyun magnezyum sertliğine suda yer alan magnezyum tuzları neden olmaktadır. Magnezyum sertliği, toplam sertlik ile kalsiyum sertliğinin farkına eşittir. Genellikle ppm CaCO3 olarak ifade edilir.

18. Kalsiyum Sertliği • Toplam sertlik sudakikalsiyum ve magnesyum iyonlarının konsantrasyonudur. • Havuzlarda yalnız kalsiyum sertliği önemlidir. • Havuzlarda 200 – 400 ppm CaCO3 kalsiyum sertliği idealdir.

19. KalsiyumSertliği ile İlgili Havuz Problemleri Minimum Ideal Maximum 150ppm 200 to 400ppm 1000ppm Kireç Yapıcı Tıkanmış filtreler Tıkanmış ısı değiştiriciler Azalan sirkülasyon Bulanık Su Aşındırıcı Derz aralarının aşınması Metal yüzeylerde aşınma Yüksek Kalsiyum Sertliği Düşük Kalsiyum Sertliği

20. ALKALİNİTE Alkalinite, asitliğe karşı suyun tamponlama gücüdür. P- ALKALİNİTE(Partial/Kısmi) Kısmi alkalinite (fenolftalein, pH 8.3), aşağıdaki denkleme bağlı olarak, toplam hidroksitlerin ve yarı-karbonatların konsantrasyonunu göstermektedir: P (as ppm CaCO3) = OH + 1/2 CO32hidroksil karbonat M-ALKALİNİTE Toplam Alkalinite (metiloranj, pH 4.3) toplam hidroksitlerin, toplam karbonatların ve toplam bikarbonatların, aşağıdaki denklemde olduğu gibi sudaki konsantrasyonlarını göstermektedir M (ppm CaCO3) = OH + CO32 + HCO3hidroksil karbonat bikarbonat

21. ALKALİNİTE Suyun tamponlanma kapasitesinin miktarsal ölçümüdür. pH'nin değişmeye gösterdiği direncin derecesidir. Suyun içindeki tüm alkali maddelerin tip ve toplam miktarını ifade eder. Düşük alkalinitede pH sürekli değişir ve su korozifdir. Yüksek alkalinitede pH değişmeye direnç gösterir ve su taş yapıcıdır. Alkalinitede önerilen aralık 80-120 PPM (caco3)dir.

22. Toplam Alkalinite • Havuz suyu kimyasında çok önemli • Toplam Alkaliniteüç şekilde bulunur: BicarbonateCarbonateHydroxide 5.0 7.0 8.0 8.2 9.0 10.0 pH

23. Toplam Alkaliniteİle İlgili Havuz Problemleri Ideal 80 – 100 ppm yüksek pH dezenfektanlar 100 – 120 ppm düşük pH dezenfektanlar Maximum Minimum Yüksek Toplam Alkalinite 60 ppm 180 ppm pH Kilitli Bulanık su Havuz yüzeylerinde pürüz Tıkanmış Filtreler Tıkanmış ısı değiştiriciler Azalmış sirkülasyon pH Değişken Derz aralarında aşınma Yüzeylerde parlama Isı değiştirici arızaları Düşük Toplam Alkalinity

24. bikarbonat karbonat HCO3- CO3-- Calcium carbonate Magnesium bicarbonate Magnesium carbonate CaCO3 MgCO3 Mg( HCO3 )2 Alkalinite ve Sertlik sertlik alkalinite Toplam titre edilebilir bazlar Toplam divalent tuzlar kalsiyum magnesyum Ca++ Mg++ Calciumbicarbonate Ca( HCO3 )2

25. KONSANTRASYON BİRİMLERİ Normal olarak sertlik ve alkalinite mg/l CaCO3 birimi ile ifade edilmektedir. Bu sayede herhangi bir numunenin içindeki çeşitli iyonların konsantrasyonları hesaplanmaktadır: Toplam sertlik 150 mg/l CaCO3 Kalsiyum sertliği 100 mg/l CaCO3 Magnezyum sertliği 50 mg/l CaCO3 M - Alkalinite 80 mg/l CaCO3 Klorür 40 mg/l Cl .. Toplam ve kalsiyum sertlikleri titrasyon yoluyla elde edilmektedir, dolayısıyla, magnezyum sertliği bunların farklarının hesaplanması ile bulunur: Toplam Sertlik 150 ppm CaCO3 Kalsiyum Sertliği 100 ppm CaCO3 Magnezyum sertliği 50 ppm CaCO3 olarak hesaplanır.

26. Anyonlar CO3-2 ve HCO3- (70-75% ) SO4-2 ve Cl- deönemlidir. Katyonlar Ca+2 (60%) Mg+2 (15-20%) Na+ (15-20%) K+ (5-10%) Alkalinite [CO3-2] + [HCO3-] Asid tamponlamakapasitesi Sertlik [Ca+2] + [Mg+2] Köpük oluşmaz Çözünmüş İyonlar

27. pH = -log [H+] pH = 4 ise [H+] = 10-4 pH = 7 ise [H+] = 10-7 pH = 10 ise [H+] = 10-10 pH

28. pH: pH değeri bir suyun nötr, asit ya da baz oluşunu belirleyen faktördür.H2O>(H+) + (OH-) pH değeri sulu bir çözeltideki hidrojen iyonu konsantrasyonu olup 1-14 arası bir skala ile ifade edilir. Burada pH 0 çok asit, 7.0 nötr ve 14'de kuvvetli baz özelliklerine karşılık gelmektedir. Havuz suyunun pH değeri, çöktürme ve filtrasyon, dezenfeksiyon, korozyon etkisi ve yüzenlerin rahatlığı açısından çok önemlidir.

29. pH Bağımlı HavuzProblemleri Aşındırıcı Derz aralarının aşınması Metal yüzeylerde aşınma Diğer Sorunlar Klor kaybı Göz/Cilt tahrişi Kireç Yapıcı Tıkanmış filtreler Tıkanmış ısı değiştiriciler Azalan sirkülasyon Bulanık Su Diğer Sorunlar Klor etkisizleşir Göz/Cilt tahrişi Yüksek pH Düşük pH

30. Sıcaklık • Su ortamındaki fiziksel, biyolojik ve kimyasal süreçler sıcaklığın etkisi altındadır. • Örneğin, su sıcaklığının yükselmesi oksijenin suda çözünürlüğünü azaltırken balıkların oksijen gereksinimini yükseltir. • Yüksek sıcaklık birçok kimyasal bileşiğin çözünürlüğünü arttırarak kirleticilerin sudaki canlı yaşamı üzerindeki etkilerini çoğaltır.

31. Sıcaklık • Sularda yapılan sıcaklık ölçümleri su kimyası ile ilgili bazı hesaplamalarda kullanılır. • Yüzey sularının sıcaklığı, coğrafi konum, yükseklik, mevsim, günün değişik saatleri, akarsu debisi, derinlik ve kirletici kaynaklardan karışan atık özelliklerine bağlı olarak değişir. • Yeraltı sularının sıcaklıkları genellikle yüzey sularına göre daha düşüktür. • Suların sıcaklığı, kapsamı geniş olan bir parametredirve standart sıcaklık önermek güçtür.

32. SuSıcaklığı • Yüzücünün rahat yüzmesi için önemlidir. • Klorun etkinliğini değiştirir: • Yüksek sıcaklıklarda klor etkinliği azalır • Yüksek sıcaklıklarda bakteri üreme hızı artar • Yüksek sıcaklık bulanıklık yapar

33. Denge Sayısı (SI) Beş Denge Faktörü • pH • Toplam Alkalinite • Kalsiyum Sertliği • Sıcaklık • Toplam Çözünmüş Katı Madde

34. SI=pH +Tf +Cf +Af -TDSf • -0.3 and +0.3 arası su dengededir. -0.5 -0.4-0.3 -0.2 -0.1 0 +0.1 +0.2 +0.3+0.4 +0.5 KorozyonDengede SuKireçlenme

35. Langelier Saturation Index

36. Dengede Havuz Mutlu Havuzdur!

37. Azot Bileşikleri (Amonyak, Nitrit, Nitrat) • Azot, canlıların yapısında bulunan temel elementlerden biridir. Bu nedenle azot, canlı besin maddelerinin de vazgeçilmez bir bileşenidir.

38. Azot Bileşikleri (Amonyak, Nitrit, Nitrat) • Yüzey ve yeraltı sularına karışan azot bileşikleri doğal veya insan kökenli olabilir. • Doğal azot yükleri su ortamlarında bulunan mikroorganizmalardan, yağışlardan ve yüzeyaltından sulara karışan azot bileşiklerinden oluşur.

39. Azot Bileşikleri • N2 = moleküler azot, • NH4+, NH3, NH4OH = amonyak azotu • NO2- = nitrit iyonu • NO3- = nitrat iyonu • Organik azot: proteinler, amino asidler, ure

40. Çözünmeyen Amonyak Azotunun Toplam Amonyum Azotuna Oranı:

41. Nitrit (NO2-) • Nitrit sularda düşük miktarlarda bulunan bir azot bileşiğidir. • Nitrit iyonu sularda oldukça yaygın olarak görülür, fakat nitrata oranla oldukça düşük miktarda bulunur.

42. Nitrit (NO2-) • Bozunan bitkisel ve hayvansal atıklar, • evsel ve endüstriyel atık sular, • tarımda kullanılan gübreler, • katı atıkların yakılması, yüzey ve yer altı sularına nitrit sağlayan başlıca kaynaklardır. • Nitrit, insan ve hayvanlar için nitrattan daha fazla zehirleyicidir.

43. Nitrat (NO3-) • Nitrat sularda bulunan bağlı azot bileşiklerinin en önemlisidir. • Yüzey sularında en kararlı azot bileşiği olan nitrat iyonunun yüksek çözünürlüğü, azot bileşiklerinin tamamen oksitlenmiş olmasının sonucudur. • Yüzey ve yeraltı sularındaki nitrat çoğunlukla organik veya insan kaynaklıdır.

44. Nitrat (NO3-) • Bozunan bitkisel ve hayvansal atıklar, • endüstriyel atıksular (azotlu gübre, nitrit asit v.b. endüstriler), • tarımda kullanılan gübreler, • atmosferik azotun yağışlarla yıkanması, • atıksu arıtma tesislerinin çıkış suları yüzey ve yeraltı sularındaki nitratı sağlayan başlıca kaynaklardır

45. TER İDRAR Azotlu Bileşikler (mg/l) % (mg/l) % • Ure 680 68 10 240 84 • Amonyak 180 18 560 5 • Amino asidler 45 5 280 2 • Kreatinin 7 1 640 5 • Diğer 80 8 500 4 • Toplam N 992 100 12 220 100

46. Fosfat (PO43-) • Sularda fosfor çeşitli fosfat türleri şeklinde bulunur. • Fosfor, mağmatik kayaçlarda oldukça yaygın olarak bulunan bir elementtir. • Sedimentler içinde de oldukça yaygın olarak bulunmasına rağmen, doğal sulardaki derişimi 1 mg/L’nin çok altındadır.

47. Analitik Formları: Fosfat iyonu Ortofosfat Toplamçözünür fosfor Toplam fosfor Fosfat (PO43-) • Organik P = Toplam P – Orto P

48. Fosfat (PO43-) • Fosfatlar sentetik gübrelerde, temizliği kolaylaştırıcı madde olarak deterjanlarda, kabuklanma ve korozyonu önleyici olarak arıtılmış içme ve kullanma sularında kullanılır.

49. Fosfat (PO43-) • Yüzey ve yer altı sularındaki fosfat, kayaçlardan ve topraktan, • bozunan bitkisel ve hayvansal atıklardan, • evsel ve endüstriyel atıklardan, • arıtma tesisi atıksularından, • katı atık deponi alanlarından, • tarımda kullanılan gübrelerden, • sulamadan dönen atık sulardan, kaynaklanır.

50. Sülfat (SO42-) Doğal sulardaki sülfatın başlıca kaynakları; • magmatik kayaçlar • deri, selüloz, tekstil, sülfirik asit, metalürji endüstrisi atıksuları, • asit yağmuru ve kükürt içeren maden sahalarının drenaj suları da yüzey ve yeraltı sularındaki sülfat miktarını arttıran kaynaklardır. • Yerleşim bölgelerinde evsel atıksuların yüzeysel sulara boşaltılması veya çeşitli yollarla yeraltı suyuna sızması, bu sulardaki sülfat derişimini yükseltir. • Yüzey sularında sülfat derişimi birkaç mg/L ile binlerce mg/L arasında değişebilir.