TEKNİK MAKALE 8. Sayı (Mayıs Haziran 2006)

Su, canlı hayatı için önemli bir unsurdur. Temelde sanılanın aksine sınırlı bir kaynaktır. Su ve toprak, kalkınma çabalarında ilk başvurulan doğal kaynaklar olma özelliklerini günümüzde de korumaktadırlar.
Günümüzde su, ulusal ve uluslararası politikaların belirlenmesinde önemli bir unsur haline gelmiştir.

Su Tüketimi

İnsanlar, suyu, evsel- kentsel , tarımsal- endüstriyel amaçlı kullanmaktadır. Kişi başına veya toplumsal su talepleri ve tüketimleri, toplumların gelişme düzeylerine göre değişiklikler göstermektedir. Toplam su tüketimi içindeki en büyük pay tarımsal sulamaya aittir. Günümüzde birçok ülkede toplam su tüketiminin % 65-80’i sulamada kullanılmaktadır. Dünya ortalaması % 73’tür.

Uygarlığın ve ekonomik kalkınmanın önemli bir ön koşulu da suyun sanayide geniş çapta kullanımıdır. Örneğin; bir otomobilin üretimi için yaklaşık 400 m3, bir ton çelik üretimi için 246 m3, bir otomobil yıkamak için 0.15-0.20 m3, bir kilo ekmek üretmek için yaklaşık 1,1 m3, bir insanın bir günlük gıda ihtiyacını karşılayabilmek için yaklaşık 6,5 m3 suya gerek vardır.

Su Yoksulluk Ölçütü

Bir ülkenin su varsılı olabilmesi için yılda kişi başına 10 000 m3, su yoksulu olabilmesi için, 1000 m3 ‘ün altında suyu olması gerekir.

Belli bir yörede ortaya çıkan su kıtlığının derecesini belirlemede çeşitli ölçütler geliştirilmiştir. Bunlardan en çok dikkate alınan iki ölçüt; ‘Kıtlık İndeksi’ (Shortage Index) ve ‘Su Yoksulluk Sınırı’dır (Water Poverty Line).

Her iki ölçüt de, kullanılabilir yenilenebilen su arzının kişi başına talebe oranlaması temelinden hesaplanır.

Bu indekslere göre; 12 Ortadoğu ülkesinin su sıkıntısı çektiği bilinmektedir. Bahreyn, Mısır, İran, Irak, Arabistan, Tunus, Birleşik Arap Emirlikleri; İsrail, Kuveyt, Libya, Suudi Arabistan ve Yemen’in su sıkıntısı ile karşılaşabileceği tahmin edilmektedir. Bu ülkeler ya tatlı su ithal etmekteler ya da deniz suyunu büyük maliyetlerle tuzdan arıtarak kullanmaktadırlar.

Bu yaklaşıma ve Ortadoğu ülkelerindeki nüfus artış hızına göre 1990’dan 2025 yılına kadar hemen hemen her tüm Ortadoğu ülkesinde kişi başına düşen su miktarında % 50 oranında azalma olacaktır.

Yukarıda belirtilen ölçülere göre Ortadoğu bölgesinde su sorununun öne çıktığı en önemli havza Ürdün Nehri havzasıdır. Bu havzada yer alan İsrail, Ürdün, Filistin, Suriye arasında önemli sorunlar çıkması muhtemeldir. Nil Nehri havzasında da Mısır, Sudan Etiyopya arasında sorunların çıkabileceği tahmin edilmektedir.

Ortadoğu’da Su Potansiyeli ve Su Sorunu

Ortadoğu’da son yıllarda ortaya çıkabilecek anlaşmazlık konularından birisi ‘su’ dur. Su sıkıntısı en üst düzeyde olan ve burada belirtilen ülkelerin çoğu hem petrol hem de su yoksulu ülkelerdir. Ortadoğu’da var olan suların büyük bir kısmı bölge dışından kaynaklanıp, bölge içine girmekte ve denize dökülmektedir. Yeraltı sularının büyük bir kısmı yağışların çok az olması nedeniyle milyonlarca yıl önce oluşmuş fosil yeraltı sularıdır. Ortadoğu’da su kaynakları; yeraltı suları ve akarsular olmak üzere iki ana grupta incelenebilir. Başlıca akarsular;

Fırat ve Dicle Nehirleri: Fırat ve Dicle nehirleri Türkiye’den kaynaklanan ve Suriye ile Irak’tan geçerek Basra Körfezine dökülen iki önemli sınırı aşan sudur. Bu ilk nehir Basra Körfezi’nden yaklaşık 80 km önce birleşerek Şattularap adını alarak tek bir nehir olarak Basra Körfezi’ne dökülürler.

Fırat Nehri havzası; 444 bin km2’dir. Bu geniş havzanın % 28’i Türkiye, % 17’si Suriye, % 40’ı Irak’ta ve % 15’i diğer bölge ülkelerindedir. Havzadaki bu dağılıma karşı Fırat Nehri suyunun % 88,7’si Türkiye’den kaynaklanır. Geri kalan % 11,3 ise Suriye’deki Habur ve Culap sularının katkısıdır.

Dicle Nehri sularının % 51,9’u Türkiye’den, % 48,1 Irak’tan kaynaklanır. Suriye’nin Dicle Nehrine katkısı yoktur.

Asi Nehri: Asi Nehrinin toplam uzunluğu 450 km olup, bunun 35 km’si Lübnan, 325 km’si Suriye, 88 km’si ise Türkiye’dedir.

Ürdün Nehri havzasında bulunan Suriye, Ürdün, Filistin ve İsrail su kıtlığının dünyada en yoğun yaşandığı ülkelerin başında gelmektedir.

Litani Nehri: Ortadoğu’da tek bir devlet içinde doğup, aynı devletin sınırları içinde Akdeniz’e dökülen tek akarsudur. Litani, Lübnan’ın en büyük akarsuyudur.

Ürdün Nehri (Şeria Nehri): Ortadoğu’nun üzerinde en büyük paylaşım mücadelesinin verildiği tartışmalı nehir Ürdün nehridir. Suriye, İsrail, Ürdün ve Filistin arasında paylaşımında büyük sorunlar çıkmaktadır.

Nil Nehri: Havzası ve drenaj kanalıyla 9 ayrı ülkeye yayılmaktadır. Su toplama havzası 3 milyon km2’den fazladır. Nil havzası 7 ana bölgeye ayrılır. Bunlar; Doğu Afrika Göller Platosu, Bahrül-Cebel, Beyaz Nil Irmağı, Mavi Nil Irmağı, Atbera Irmağı, Nil havzası, Nil Deltası’dır.

Yeraltı Suları; Ortadoğu’da kısıtlı da olsa kullanılabilen bazı yeraltı suları da bulunmaktadır.

Ortadoğu Su Kıtlığının Başlıca Özellikleri

Ortadoğu’da bulunan su kaynaklarının hidrolik özelliklerinin yanında, akarsuların bölge ülkeleri için önem taşıyan bazı özellikleri vardır. Bunlar; kullandıkları suyun büyük bir kısmı kendi sınırları dışından kaynaklanmaktadır. Bölge akarsularının Litani Nehri dışında hepsinin birden çok ülke tarafından paylaşılmaktadır.

Bu özellikler Ortadoğu’da su kaynaklı en önemli sorunları oluşturmaktadır. Nil Nehri sularının 1959 yılında imzalanan anlaşma gereği hemen hemen tümü Mısır tarafından kullanılmaktadır. Çok az bir kısmı Sudan tarafından kullanılmaktadır. Ancak son yıllarda Etiyopya da pay istemeye başlamıştır.

Bölgenin su kıtlığı açısından can alıcı havzası Ürdün Nehri havzasıdır. Bu havza tartışmaları zaman zaman savaşa kadar uzanan bir yoğun mücadeleyi içermektedir. Arap-İsrail barış görüşmelerinde önemli bir unsur olmaktadır.

Litani nehri, ulusal akarsu özelliği taşımakla birlikte, İsrail’de Lübnan’ın yanı sıra bu sudan talep etmektedir.

Fırat ve Dicle Nehirlerini suları, Türkiye, Suriye ve Irak arasında kullanımı da uluslararası platformlarda bir tartışma konusu haline getirilmeye çalışılmaktadır.

Bütün bu faktörlere bakıldığında Ortadoğu’da su kıtlığı gerçek bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır.

Su Kıtlığının Alternatif Çözümleri

Ortadoğu ülkelerinde su kıtlığının giderilmesi için alternatif çözümler; su tasarrufu yanında öncelikli olarak bölgedeki deniz suyu veya tuzlu sulardan su eldesi veya havza dışı bölgelerden su naklidir.

I. Su tasarrufu;

Saniyede 1 damla akıtan musluk saatte yaklaşık 0.7 litre, açık bırakılan musluktan saatte 15-20 litre, diş fırçalarken 2 litre, tuvalet sızıntısından saatte 4 litre su boşa akıtıldığı ve su tüketimi kalkınmanın bir gereği olduğu göz önüne alındığında, su tasarrufu günlük hayatımızda çok önem arz etmektedir.

İsraf etmemenin kazanmak olduğu unutulmamalıdır. Su o kadar önemli bir kaynaktır ki kullanırken kirletilir, israf edilirse sonunda hasret kalınabilir.

II. Yeni su kaynaklarının temini, alternatif teknolojilerin kullanılması

Deniz Suyundan İçme ve Kullanma Suyu Elde Etme Teknikleri

Tüm doğal sular belli konsantrasyon oranlarında çözünmüş tuz içerirler. Doğal sulara ek olarak endüstri de doğrudan kullanıma uygun olmayan tuzlu su üretir. İçerdikleri toplam çözünmüş madde konsantrasyonuna (TÇM) bağlı olarak sular sınıflandırılmaktadır. Buna göre; TÇM<1000 mg/l ise tatlı su, TÇMÅ1000-35000 mg/l ise acı su (yeraltı suyu), TÇMÅ35000 mg/l ise deniz suyu olarak adlandırılır.

Deniz suyundan tuz giderme yöntemlerini temel olarak;

a) Termik yöntemler

b) Mekanik enerjili yöntemler olmak üzere iki ana gruba ayırmak mümkündür.


Deniz suyundan tatlı su elde etme tesislerinin yaklaşık % 27 Suudi Arabistan, % 10,5’i Kuveyt’de % 10’u da Birleşik Arap Emirlikleri’ndedir. Daha doğrusu bu tür arıtma tesislerinin yaklaşık % 60’ı Basra Körfezi etrafındaki ülkelerde bulunmaktadır.

a) Termik yöntemler;

Damıtma (Multi-flash damıtma, Multi- effect damıtma, Ters ozmoz, Buhar basınçlı damıtma),
Kaynatma ve buharlaştırma,

Bu yöntem üretilen suyun çok temiz ve kaliteli olmasını sağladığı gibi, tesisin tam otomatik ve durmadan işletilerek büyük miktarlarda taleplerin karşılanmasını mümkün kılmaktadır. Buharlaştırıcılı damıtma tesislerinin büyüklüklerine göre günlük tatlı su üretimi 5000-50000 m3 olarak değişmektedir. Bunun yanı sıra tatlı su üretilirken 50-500 gr/m3 tuz üretimi de yapılabilmektedir. Deniz suyundaki yüksek tuz içeriğinden dolayı meydana gelebilecek korozyon tehlikesi ve sistem içinde yoğuşturucu/buharlaştırıcı vazifesi gören boru demetlerinin iç çeperlerinde oluşabilecek tortulaşma (kabuklaşma) çok kademeli sabit entalpi buharlaştırıcıları yöntemi ile en aza indirilebilir ya da tamamen ortadan kaldırılabilir.

Dik borulu damıtıcıların (VTE: vertical tube evaporation) Brüde Kompresyonu ile kullanılması, tesislerde yer sarfiyatının azalmasına ve kompakt bir yapı sağlanmasına imkan tanımaktadır.

İşletme şartlarının ve tesis boyutlarının tayininde, tortulaşma oluşumu meydana gelmeden damıtma, göz önünde bulundurulması gereken önemli bir noktadır. Deniz suyunun tortulaşmasına sebep olan maddeler genel itibariyle alkalik magnezyum hidroksit ve kalsiyum karbonattır. Bu bileşikler deniz suyunda 70-90¡C arasında reaksiyona girip tortulaşmaya neden olmaktadır. Yine deniz suyunun bileşenlerinden olan kalsiyum sülfat, alçı taşı (gips) oluşumuna yol açmaktadır. Bu bileşiklerin çözünürlüğünü zorlaştırmak ve tortulaşmaya engel olmak için deniz suyunu demir klorür, polifosfat ve kükürt gibi kimyasal maddelerle ön işleme sokmak gerekmektedir. Bu ön işlem vasıtasıyla deniz suyu 120¡C’ye kadar tortulaşma oluşumu tehlikesi olmaksızın ısıtılabilmektedir. Sonuç olarak, tesisin işletme sıcaklığı, tortulaşmaya neden olan bileşenlerin çözünürlük doyma sıcaklığının altında olmalıdır.

b) Mekanik enerjili yöntemler;

Ters ozmoz,
Elektrodiyaliz,
İyon değişimi ve
Kristalizasyon olmak üzere sınıflandırılmaktadır.

Ters Ozmoz Yöntemi

Ozmoz terimi, çözelti halindeki bir sıvının kendiliğinden yarı geçirgen bir zardan geçmesi olayını tanımlar (Şekil 1.a). Bu yolla farklı konsantrasyonlara sahip iki çözelti çözüldüğü sıvıdan ayrılır. Bu yarı geçirgen membranlar çok ince bir materyalden oluşmaktadır. İdeal şartlarda bu membran, çözeltiyi inorganik ve organik maddelerden, kolloidlerden, bakterilerden, istenmeyen moleküllerden ve ayrıca iyonlarından ayırarak saf çözelti haline getirir. Çözelti akışı daima seyreltilmiş saf çözeltiye doğru gerçekleşmektedir. Bu akış ozmotik basıncın dengelendiği ana kadar sürmektedir. Ozmotik basınç iki çözelti arasındaki konsantrasyon farkına bağlıdır. Şematik gösterimi Şekil 1a’da verilmiştir.

Ters ozmozda da, tıpkı ozmoz olayındaki gibi farklı konsantrasyonlara sahip iki çözelti, yarı geçirgen bir membranla ayrılmıştır. Konsantre çözelti tarafına dışarıdan ozmotik basınçtan daha yüksek bir basınç uygulanırsa olay tersine döner ve bu duruma ters ozmoz denir (Şekil 1.b).

Bu durumda sıvı, çözelti konsantrasyonunun yüksek olduğu taraftan membran içinden geçerek alçak olan tarafa doğru akar. Basınç uygulanan taraftaki çözünmüş maddeler belli bir maksimum değere kadar yükselir.

Ters ozmoz yöntemi, gelişen teknoloji ile tuz giderme işleminin yanı sıra her türlü arıtma alanında kolaylıkla kullanılabilecek bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Sadece tuz arıtımında değil ayrıca organik maddelerin ayrıştırılmasında, belli katyon ve anyon oranlarının ayarlanmasında ayrıcalıklı bir teknolojiye sahiptir.

Ters ozmoz yöntemi, sahip olduğu, kesiksiz ve otomatik işletme olanağı, faz ve sıcaklık değişimlerinden az etkilenen düşük enerji kullanımı, boyut sınırlanmasının olmayışı, modüler tasarımın yapılabilmesi, kimyasal katkı ihtiyacının olmayışı, ilk yatırım maliyetinin düşük oluşu gibi avantajları nedeniyle geniş bir kullanım alanına hitap eder:

İçme suyu; ters ozmoz yöntemiyle, işlenmemiş suyun toplam tuz miktarı, karbonat sertliği ve toplam sertliği, sülfat ve nitrat miktarı ile düşürülür. Çözülmemiş suda su içerisinde bulunan yabancı maddeler ve bakteriler vb. bu yöntemle ayrıştırılır.

İşletme suyu; endüstride ters ozmozun çok geniş bir kullanım alanı vardır. Soğutma suyu ve kazan besleme suyu hazırlanmasında, elektronik parçaların fabrikasyonunda gerekli saf suların işlenmesinde ayrıca gıda, kozmetik, ilaç ve kimya endüstrilerinde kullanılır. Atık su arıtma tesislerinde, ağır metallerin ayrıştırılması amacıyla ters ozmoz son basamak olarak kullanılır. Çözeltiler ters ozmoz ile konsantre edilebilir. Böylece prosesi besleyen değerli madde ve kimyasallar geri kazanılmış olur.

Deniz suyu veya acı suyun tuzdan arındırılması; Deniz suyu ters ozmoz yöntemi ile ekonomik olarak tuzundan arındırılabilir. Tuz oranı ve suyun bileşimi membranların fiziksel ve kimyasal dayanıklılığında önemli rol oynamaktadır. Yüksek tuz oranı ve bunun yol açtığı yüksek ozmotik basınç değerinin, acı su ve deniz suyunda ters ozmozun kullanılabilmesi için 30-80 bar civarında olması gerekmekte ve dolayısıyla maliyet artmaktadır. Bu yöntemin herhangi bir engele uğramadan kullanılabilmesi için acı suyun veya deniz suyunun ön işleme tabi tutulması şarttır. Ön işlem; membran çeşidi, modül sistemi ve işlenecek suyun bileşimi göz önünde bulundurularak yapılmalıdır. Şekil 2’de ters ozmoz yöntemi ile deniz suyundan içme suyu elde eden bir prosesin akış diyagramı verilmiştir.

Elektrodiyaliz Yöntemi

Elektrodiyaliz, elektrik alanı kullanılarak, seçilmiş iyon zarlarıyla eriyikten elektriksel olarak yüklenmiş taneciklerin ayrılması işlemidir. Bir elektrodiyaliz ünitesi, bir anot ve bir katot arasında, anyon değişimi ve katyon değişimini sağlayan zarların sıralanmasıyla meydana gelmektedir. Katyon zarları sadece pozitif yüklenmiş iyonların difüzyonuna, anyon zarları ise negatif yüklenmiş iyonların geçişine izin vermektedir. Uygulanan elektrik alanı sayesinde, sodyum iyonları katyon geçirgen membranın bir tarafından diğer tarafına geçer ve besleme suyu bölümünü terk ederler. Klorür iyonları diğer yönde anota doğru hareket ederler ve besleme suyundan benzer şekilde ayrılırlar. Elektrodiyaliz yöntemi Şekil.3’de verilmiştir.

İyon Değişimi

İyon değiştiriciler, değişim süresince çözeltilerden iyonları alıp aynı miktarda başka iyonları çözeltiye veren sistem parçalarıdır. Bu değişim, sadece aynı yüklü iyonlar arasında gerçekleşebilir. Bu sebeple katyon değiştiriciler sadece katyon, anyon değiştiriciler sadece anyon değiştirebilirler. İyon değişimi, arıtılması istenen işlenecek suyun içi reçine dolu bir sütundan geçirilmesi ile gerçekleşir. Bu yöntem, içme suyu elde edilmesinde bir çok ülkede yaygın olarak kullanılmaktadır.

Günümüzdeki iyon değiştiricileri sayesinde, sertlik, tuz miktarı, nitrat, sülfat, organik madde, ağır metal oranları büyük kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Bugün kullanılan iyon değiştiricilerin ana maddesi polistirol ve poliakrilit yani polimerizasyon maddeleridir. Bu maddeler kompakt ve yüksek sıcaklıklarda şekil bozulmasına karşı dayanıklı bir yapıya sahiptirler.

Bir iyon değişim tesisinin ana yapısı Şekil 4’te verildiği gibidir. Dolaşıma sokulmak istenen acı veya tuzlu su bir kapta toplanır. İşlenmemiş su, değişim reçinesinin korunması amacıyla bir filtreye pompalanır. Temizlenmiş su işlenmemiş suda bulunan ve su iyonları ile değiştirilen Na+ ve NH4+ gibi katyonları barındıran katyon değiştirici tarafından çözülür. Daha sonra su bu değiştiriciyi bazdan arındırılmış olarak terk eder ve anyon değiştiriciye geçer. İyon değiştiricileri üzerinde su dolaşımının şematik gösterimi şekil. 4’te verilmiştir.

Bazdan arındırılmış su bütün asitlerin güçlü sulandırılmış halidir. Anyon değiştirici bu asitlerin bütün anyonlarını hidroksil anyonları ile değiştirir. Tuzdan arındırılmış su anyon değiştiriciyi terk eder ve suyun kalitesi devamlı olarak kontrol edilir. Tesisin çıkışında iletkenlik yükselmişse yorgun iyon değiştiricisi rejenere edilmelidir. Anyon değiştiricinin rejenerasyonu sodyum hidroksit, katyon değiştiricinin rejenerasyonu ise asit ile yapılır. Rejeneratörler yok edilen maddeleri ve rejenerasyon madde fazlasını içlerinde barındırırlar. Bunlar çok konsantre az hacimli atık sular oluştururlar ve bir atık tesisine gönderilmelidirler. Aynı zamanda bir filtrenin temizleme suyunun da atık su tesisine gönderilmesinde yarar vardır.

Kristalizasyon Tekniği

Deniz suyunu, tuzundan arındırmanın bir başka yöntemi ise deniz suyu içerisinden basınçlı metan gazı geçirmekle yapılmaktadır. Bu şekilde su yüzeyinde metan ve su moleküllerinden oluşan kristaller oluşturulmaktadır. Kristallerin yapısında yalnızca su ve metan molekülleri bulunduğundan, tuz ayrılmaktadır.. Daha sonra kristallerin eritilmesiyle metan gazı buharlaştırılarak toplanırken oluşan saf su bir başka kapta toplanmaktadır.

III. Havza Dışı Çözümler

Bölgeye dışarıdan su naklidir. Havzaya su nakli için düşünülen başlıca akarsular; Nil, Fırat, Litani, Türkiye’nin Güneyinde Akdeniz’e akan nehirlerdir (Seyhan, Ceyhan, Manavgat ırmakları)

KAYNAKLAR

1. Tomanbay, M. (1998) Dünya Su Bütçesi ve Ortadoğu Gerçeği Gazi Büro Kitapevi Tic. Ltd. Şti. ANKARA

2.DSİ 1996-2000 Yılları ajandaları

3. Billet, R. (1981) Verdampfung und Ihre Technischen Anwendungen, Verlag Chemie, Weinheim.

4. Burkut, E. (1999) Deniz suyundan yararlanma yöntemleri, Termodinamik, 11, 46-47.

5. Cerci, Y., Cengel, Y. and Wood, B. (1999) Exergy analysis of reverse osmosis desalination processes, 1999 Sun Day Symposium and Solar Thermal Products Exhibition, Erciyes University, Kayseri, 210-222.

6. Deda, Ü. N. (1998) Deniz suyundan tatlı su eldesinin Bursa’da uygulanabilirliğinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, U. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.

7. Hartinger, L. (1977) Taschenbuch der Abwasserbehandlung für die Metallverarbeitende Industrie, 1. Auflage, Bd. 2: Chemie, Carl Hanser Verlag, München.

8. Marquardt, K. (1988) Erzeugung von Reinwasser II, Neue Techniken und Verfahren für hohe und höchste Ansprüche, Expert Verlag.

9. Kühne, G. (1973) Praxis der Ionenaustauscher in der Trinkwasseraufbereitung, Bayer, Leverkusen.

10. Künzel. (1989) Solarunterstützte Meerwasserentsalzung, Stand der Technik.

11. Janisch, E. (1994) Drechsler Gate, Solare Meerwasserentsalzung, Deutchland.

12. World’s Water OrganizationĞPacific Institute (1996) Water Data (www.worldwater.org).

13. Kumbur H., Özer Z ., Arslan H., ‘ İçel Çevre Kirliliği Haritası Çıkarılması ve Çözüme Yönelik Modeller Oluşturulması’, DPT Projesi Proje No: 97K 121910, 2002, Mersin.’

Prof. Dr. Halil Kumbur
Mersin Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Çevre Mühendisliği Bölümü