Ute Bertheas, Katariina Majamaa, Antonio Arzu, Ralph Pahnke

Çeviren

F. Esra Fidan
Brenntag Kimya Ltd. Sti.

Giriş

Birçok endüstriyel sistem ters osmoz ile üretilen suyu kullanmaktadır. Bunlara rafineriler ve kağıt fabrikaları gibi tamamen endüstriyel kullanım amaçlı sistemler de dahildir. Bunların dışında, ters ozmozun en yaygın uygulamaları kentsel ve endüstriyel atık suyun yeniden kullanımı ve deniz suyunun arıtılmasıdır. Bu uygulamalarda üretilen su çoğunlukla sulama ya da içme suyu olarak kullanılır.

Her durumda biyolojik kirlenme olarak bilinen, mikro-organizmaların kontrolsüz çoğalması sebebiyle işletme maliyeti önemli ölçüde artabilir. DBNPA (2,2-dibromo-3-nitrilopropiyonamid) endüstriyel ters ozmoz sistemlerinde biyolojik kirlenmeyi önlemek ve ortadan kaldırmak için senelerdir kullanılmaktadır. Son senelerde atıksuyun yeniden kullanımı ve içme suyu uygulamalarında DBNPA kullanımı artmıştır.  Amacımız DBNPA ve kullanımını anlatmak, ekonomik değerlendirme ve vaka çalışmalarından örnekler vermektir.

DBNPA Etki Etme Şekli

DBNPA'nin ana avantajı hızlı etki etmesidir, pH'a bağlı olarak birkaç dakika ya da birkaç saat içerisinde etkisini gösterir. DBNPA hem aerobik ve anaerobik bakteri, hem de mantar üzerinde etkinlik gösterir. Ürün depolanması, kullanılması ve bertarafı diğer kimyasallar ve sanitasyon ajanlarına göre daha problemsizdir. Diğer tipik kimyasal ve sanitasyon ajanlarına kıyasla en büyük avantajı yaygın olarak kullanılan membranların ince poliamid tabakasına zarar vermemesidir. Membran tipine bağlı olarak sudan ayırılma oranı farklılık gösterir; bu oran kuyu suyu membranları için % 98.5 ve deniz suyu membranları için % 99.5 aralığında değişir. Membran tarafından yüksek oranda sudan ayırılması, sistem çalışır halde iken kullanımını mümkün kılar.

DBNPA çevresel etkiler açısından biyolojik olarak parçalanabilir, hidroliz ve ışık etkisiyle bozunur. Bozunma aşamaları iyi bilinmekte ve daha önce yayımlanmıştır^A. Kalıntı DBNPA sodyum bisülfat ile kolayca etkisiz hale getirilebilir ve endüstriyel atık yakma işlemi ile bertaraf edilebilir.

Tablo 1.'de DBNPA'nın yaygın olarak kullanılan diğer sanitasyon ajanları ile karşılaştırılması verilmiştir. Uygulama koşullarına bağlı olarak, biyolojik kirlenmenin önlemesine yönelik çeşitli kimyasalların mukayesesi yapılmıştır. Tablo birçok oksitleyici kimyasalın özellikle poliamid membranla uyum konusunda dezavantajı olduğunu göstermektedir.

Oksitleyici olmayan DBNPA ve izotiyazolinlerin membran uyumlulukları yüksektir. Fakat izotiyazolinler biyolojik kirliliğin önlenmesi için uygun değildir. Bakteri gelişimini engellerler, ancak öldürme etkileri yavaştır. Bu özellikleri onları membran koruyucu olarak daha uygun kılar.

Tablo 1. Biyositlerin TO sistemlerinde biyolojik kirliliği önleme performans kıyaslaması

B: Bakteri (aerobik ve anaerobik), F: Fungi, A: Alg, M: Maya, K: Küf

Gluteraldehid ve kuarterner aminler gibi yaygın olarak kullanılan diğer oksitleyici olmayan biyositler membranlarla uyumlu olmadıkları için uygun değillerdir.

DBNPA'nın Kullanım/Uygulama ve Dozlanması

Uygulama parametrelerini belirleyen kıstaslar üretilen suyun nihai kullanım alanı, besi suyunun özellikleri, kirlenme potansiyeli ve tesisin kapasitesidir. Genel proses tarifleri ve ön-arıtmanın önemi ayrı bir yerde anlatılmıştır^B. Takip eden paragraflarda DBNPA'nin çeşitli son-kullanım uygulamaları anlatılacak ve vaka analizinden örnekler verilecektir.

İçme Suyu Sistemleri (Devre dışı)

İçme suyu üreten sistemlerde DBNPA'nın sistem devre dışı iken kullanımına müsaade edilmektedir. Biyosit dozlanması öncesinde membran hattı devre dışına pozisyona alınır. 15-30 dakika boyunca permeat su ile yıkandıktan sonra, 20 ppm aktif biyosit konsantrasyonunu sağlayacak şekilde DBNPA dozlanır ve 30-60 dakika süresince tekrar sirkülasyonda bekletilir, takiben yapılan yaklaşık 30 dakikalık durulama ile işlem tamamlanır. Permeat suda limit değerlerin üstünde kalıntı DBNPA bulunmadığından emin olmak için özel test kitleri kullanılabilir. Devre dışı dozlama, hattın 1-2 saat süreyle devre dışına alınması demektir. Yukarıda verilen parametrelere bağlı olarak, bu işlem haftada 2-3 kez tekrar edilir. Yeterli geldiği takdirde haftada 1 defaya kadar azaltılabilir. Malaga/İspanya'daki El-Atabal TO tesisi farklı kuyu suyu kaynaklarından BW30-400 FR tip membran ile içme suyu üretmektedir. Bu tesiste DBNPA aylar boyunca başarılı bir şekilde kullanılmıştır. DBNPA dozajı optimize edildikten sonra CIP (yerinde temizleme / clean-in-place) sıklığı ayda iki kereden ayda bir kereye indirilmiştir. DBNPA kullanımının getirdiği ekstra maliyet, temizlik kimyasallarının tüketimindeki azalma ile karşılanmıştır. Bunun yanında tesis operatörünün diğer muhtemel işler için daha fazla vakti olmaktadır.

Endüstriyel Sistemler

DBNPA senelerdir endüstriyel kullanım amaçlı su üreten TO tesislerinde sistem çalışır halde iken kullanılagelmiştir. Sistem çalışır halde iken dozlama membranlar öncesinde, kartuş filtre önüne yerleştirilen bir pompa ile sağlanır. İyi bir karıştırma sağlanması ve kimyasal uyumsuzlukların giderilmesi (sodyum bisülfat ve aktif karbon gibi) önemlidir. Hem şok dozlama hem de sürekli dozlama mümkündür, genel olarak şok dozlama uygulanır. Almanya?da 2004 Şubat ayında devreye alınan Zellstoff Stendal Avrupa'daki en büyük TO tesislerinden birine sahip (50.000 m³/gün) bir kağıt fabrikasıdır. Bu tesiste belirlenen dozda, her üç günde bir DBNPA dozlanmakta ve her 3-4 ayda bir temizleme yapılmaktadır. Beş senelik işletme süresi sonunda membranların performansı halen (BW30-400) iyi ve sürdürebilirdir.

Ekonomik Değerlendirme

Membranlarda kirlenme TO tesisinin işletme maliyetini önemli ölçüde etkiler. İlk etkisi ünite elektrik tüketimindeki belirgin artıştır. Eğer biyolojik kirlenme kontrol altına alınamazsa membranların vaktinden önce değiştirilmesi gerekebilir. İlave maliyetler temizlik işçilik gideri, yüksek miktarda kullanılan temizlik kimyasalı ve TO tesisinin çalışma süresinin kısalmasından kaynaklanan kayıplardır. İşletme maliyetinin dağılımına ilişkin tipik bir örnek Şekil 1^C.'de verilmiştir.

Ekonomik değerlendirme 6000 m³/sa kapasiteli farazi bir su yeniden kullanımı TO tesisi için hazırlanmıştır. DBNPA?nın farklı miktarlarda dozlandığı dört farklı senaryo için tahmini maliyetler Tablo 2.'de karşılaştırılmıştır. Enerji tüketimi Filmtec Ters Ozmoz Sistem Analizi (ROSA) simülasyon programı kullanılarak her bir senaryo için beklenen kirlenme hızlarını yansıtan farklı kirlenme faktörleri esas alınarak hesaplanmıştır. Hesaplamalar 5 senelik bir işletme süresi ve Tablo 3.'te verilen varsayımlar esas alınarak yapılmıştır.

Tablo 2. Tahmini maliyetler

Tablo 3. Hesaplamalarda kullanılan varsayımlar

Şekil 2.'de karşılaştırma grafik olarak da verilmiştir. En büyük bileşen beklendiği üzere enerji maliyetidir. Görülebileceği üzere, DBNPA dozlanması sayesinde önemli ölçüde tasarruf yapılmakta ve sistem çalışır halde iken şok dozlama toplam maliyeti düşürmek için en etkili çözümdür. DBNPA şok dozlaması, sistem çalışır halde ve devre dışı dozlamadakine benzer şekilde, toplamda yaklaşık olarak % 20 gibi bir tasarruf sağlamaktadır. Ancak özellikle büyük işletmelerde dikkat edilmesi gereken bir husus, sistem çalışır halde iken dozlamanın sistem devre dışı iken dozlamadan daha pratik olduğudur. Ana avantajlarından bir tanesi operatörün daha az zaman ayırma gerekliliği ve kesintisiz su üretimidir. Sürekli dozlama en yüksek enerji tasarrufunu sağlar. Bu, kirlenme hızının şok-dozlamaya kıyasla daha da azalacağı varsayımına dayanmaktadır.

Özet ve Sonuç

DBNPA TO membran sistemlerinde biyolojik kirliliği önlemek için mevcut en iyi teknolojidir. DBNPA kullanımı sayesinde TO sisteminde kimyasal temizlik ihtiyacının azalarak sistemin toplam çalışma süresi artar, membran ömrü uzar, sistem yüksek verimlilikte kesintisiz ve güvenilir şekilde çalışır.

Farazi bir suyun yeniden kullanımı, TO tesisi için yapılan maliyet değerlendirmesinde DBNPA sistem çalışır halde iken şok dozlama ile işletme maliyetinde  % 20 tasarruf sağlandığı görülmektedir. Sürekli dozlama kirlenme faktörünü önemli ölçüde düşürerek enerji maliyetlerindeki en yüksek tasarrufu sağlamaktadır.

Biyolojik kirliliği önlemek için DBNPA kullanılmasının faydaları gerekli besi suyu basıncının azaltılması ve temizleme sıklığının seyrelmesidir. Temizleme kimyasalları gideri, sistemin daha az devre dışına alınma gereksinimi ve operatörün tesiste daha az vakit harcaması gibi net faydaları olur. Tüm bunlar da su üretiminin artması ve işletme maliyetlerinin azalmasını sağlar.

* Brenntag Kimya Tic. Ltd. Şti., "Dow Water & Process Solutions"ın Türkiye temsilcisi.  

  "DBNPA", Türkiye'de Brenntag Kimya tarafından satışa sunuluyor.
** "Dow Biocides"  Türkiye'de "Dow Türkiye" altında faaliyet gösteriyor.

Kaynaklar

^(A)- S. Najmy, J. Adnett, U. Bertheas: Application Development for the On-line   

      Application of DBNPA to RO-Systems, Aachener Membran-Kollouium 2007

^(B)- B. Henry: The Use of DBNPA to CLean RO Membranes from Biofilms, Chemistry

      in the Oil Industry Conference, Manchester 2003

^(C)- E.H. Kelle Zeiher, F. Phillipp Yu: Biocides used for Industrial Membrane Systems

      Sanitization, Ultrapure Water® 2000