Jar Testi Deneyi Nasıl Yapılır?

İçme suyu ve atıksu arıtımlarında kullanılacak kimyasal arıtmanın optimum maliyet ve verimde çalışmasının projelendirilmesi aşamasında gerçekleştirilen pilot ölçekli arıtma çalışmalarına “Jar Testi” denilmektedir.

 

Jar testi ile arıtılmak istenen içme suyu, kullanma suyu ve atıksuların uygulanacak arıtma prosesinde kullanılacak koagülant, uygun çalışma pH değeri, karıştırma hızı, karıştırma ve çöktürme süresi, kullanılacak kimyasalların dozları ve konsantrasyonlarını hesaplamaya yarayan ampirik bir işlemdir.

 

Koagülasyon (pıhtılaştırma) ve flokülasyon (yumaklaştırma) birbirine bağlı, ısı, bulanıklık, renk, pH, alkalilik, karıştırma şiddeti, karıştırma süresi ve kullanılan kimyasal reaktifin karakteristikleri gibi çeşitli faktörlere tabidir. Bu sebeple en uygun koagülant dozu suyun analizlerinden tayin edilemez, ancak fiili dozaj deneyleri denilen jar testi (Kavanoz Deneyi) yapılarak belirlenebilir. Ancak arıtma tesisine gelen suyun bileşiminde değişmeler olursa, jar testinin yeniden yapılması ve miktarların kontrol edilmesi gerekmektedir.

 

Kimyasal arıtma prosesinde ilk adım koagülasyon (Hızlı karıştırma), ikinci adım flokülasyon (Yavaş karıştırma), son adım ise çöktürmedir. Koagülasyon işleminde atık suyun içine kimyasal madde ilave edilir ve mekanik bir hızlı karıştırıcı vasıtasıyla karıştırılır. Hızlı karıştırmanın amacı kimyasal maddelerin, flok miktarını arttırmak için atık suyun içinde homojen olarak yayılmasını sağlamaktır. Bekletme süresi ve hız gradyanı hızlı karıştırma ünitesinin dizaynı için önemli parametrelerdir.

 

Jar Testi Deneyi İçin Gerekli Araç ve Gereçler

• Jar testi düzeneği
• Bulanıklık ölçüm cihazı
• Spektrofotometre (Renk Tayini İçin)
• pH metre
• Termometre
• Beher (1 litrelik cam – 6 adet)
• Hassas terazi
• Kronometre
• 50 ve 100 ml’lik bullu pipet
• 5 ve 10 ml’lik pipet
• Yumaklaştırıcı çözelti hazırlamak için 1 ml’lik balon joje (2 adet)
• Puar

Jar Testi Deneyi İçin Gerekli Reaktifler

Koagülant (Pıhtılaştırıcı) Olarak Kullanılabilecek Kimyasallar: Koagülasyon işleminde en çok kullanılan koagülantlar alüminyum ve demir tuzlarıdır.

• Alüminyum sülfat (Alüm), Al₂(SO₄)3·18H₂O % 10’luk: 10 gr alüminyum sülfat tartılır ve bir miktar distile suda tamamen çözülerek 1 L’ye tamamlanır.
• Ferri Sülfat, Fe₂(SO₄)3·2H₂O % 10’luk: 10 gr demir (III) sülfat tartılır ve bir miktar distile suda iyice çözündükten sonra 1 L’ye tamamlanır.

Bu sıralanan kimyasalların arasında en fazla kullanılan koagülant alümdür. Alüm suya ilave edilince alkali ortamda, Al₂(SO₄)3·18H₂O + 3Ca(OH)₂ 3CaSO₄ + 2Al(OH)₃ + 18H₂O reaksiyonunu verir ve kolloidin yük dengesini bozarak çökelmelerine yol açar. Reaksiyon sonucunda oluşan Al(OH)₃‘in sudaki çözünürlüğü oldukça azdır. Oluşan flok pH 7’de pozitif pH 8.2’de negatifdir. Demir tuzları ise, pH 3-13 arasında çözünmeyen demir hidroksit oluştururlar. Kuvvetli asit anyonları içeren koagülantlar hidrolizleri sonucunda asit gibi davrandıklarından koagülasyonun ardından pH’yı yükseltmek için ortama kireç ilave etmek gerekebilir. Bu durum arıtılacak olan suyun kimyasal yapısına bağlıdır.

• 0,1 N H₂SO₄
• 0,1 N NaOH

Jar Testi Deneyinin Yapılışı

En Uygun Koagülant ve Dozunun Belirlenmesi:

 

Arıtılacak olan suyun sıcaklığı ölçülerek 1 litrelik 6 adet behere 1’er litre numune koyulur ve şekil 1’de gösterilen jar testi düzeneğine yerleştirilir.

 

Jar testi düzeneğindeki karıştırıcılar, beherlerin içerisine daldırılır ve 100 dev/dak. hızla çalıştırılır. Karıştırma esnasında 1. beherdeki ham suya 1 mL, 2. beherdekine 3 mL, 3. beherdekine 5 mL, 4. beherdekine 10 mL ve 5.beherdekine ise 15 ml olacak şekilde stok koagülant madde ilave edilir. 6. beher ise kontrol amacıyla koagülant ilave edilmez olduğu gibi bırakılır.

 

İlave edilen kimyasal madde (koagülant) tüm su içerisine karıştıktan sonra (Yaklaşık 1 dakika) karıştırma hızını 30 dev/dak.’ya indirilir. Yavaş karıştırma hızı, oluşan flokların beher içerisinde çökelmesine engel olacak kadar olmalıdır. Yaklaşık olarak 20-30 dakika sonra gözle görülebilir flok oluşumu tamamlandığında karıştırma sona erdirilir ve karıştırıcılar çıkartılarak süspansiyonu çökelmeye bırakılır. 30 dakikalık bir çökelmeden sonra üst kısımdaki berrak sıvıdan çökelmeyi dağıtmadan bullu pipetle numune alınarak bulanıklık, renk ve pH değerleri ölçülür ve dipte oluşan çamurların yüksekliği kaydedilir. Elde edilen sonuçlar tatmin edici değilse, çalışma şartları (örneğin; koagülant dozajı, karıştırma hızları, reaksiyon ve çökelme süreleri, vb.) değiştirilerek en uygun doz bulununcaya kadar Jar Testine devam edilir.

 

Yukarıdaki tüm işlemleri Fe₂(SO₄)₃·2H₂O için de tekrarlayarak, aynı ham su için alüm ile elde edilen verimleri ve oluşan çamur miktarını karşılaştırınız.

 

En Uygun pH Değerinin Belirlenmesi: “En Uygun Koagülant ve Dozunun Belirlenmesi” kısmında yapılan Jar Testinde kullanılan en uygun koagülant ve dozu kullanılarak deneyi tekrarlayınız. Fakat tüm beherlere koagülant ilavesinden önce pH ayarlaması yapılması gerekmektedir. Bu işlem için 0,1 N H₂SO₄ veya 0,1 N NaOH kullanılarak 1. Beherdeki atıksuyun pH’ı 6; 2. 3. 4. ve 5. beherlerdeki atıksuların pH’ları ise sırasıyla 7, 8, 9 ve 5 olarak ayarlanır. Jar Testi sonunda her bir beherdeki berrak kısımdan bullu pipetle numune alınarak bulanıklık, renk ve pH ölçülür ve oluşan çamurların yüksekliği tespit edilir.

 

Karıştırma Süre ve Şiddetinin Etkisinin Bulunması: En uygun doz ve pH için değişik boyut ve şekilde pedallar kullanılır ve bunlar farklı hızlarda döndürülür. Her beherin içine eşit miktarda (en uygun dozda) koagülant konur. Tüm beherlerdeki pH’lar eşit hale getirilir. Daha önceki uygulamalarda olduğu gibi hızlı karıştırma hızı 30 devir/dak. olarak uygulanır. Burada sadece karıştırma süresi değiştirilerek farklı zamanlarda yavaş karıştırma işlemi uygulanır. İşlem bitince pedallar beherden oluşan yumakları bozmayacak şekilde dikkatli kaldırılır. Beherler 30 dakika çökelmeye bırakılır. Süre sonunda berrak kısımdan bullu pipetle numune alınarak renk, bulanıklık ve pH tayinleri yapılır.

 

Jar Testi Deney Sonucunun Hesaplanması

En uygun sonuçlar bulunduğunda (bulanıklık–pıhtılaştırıcı dozu) ve (rengin tersi–pıhtılaştırıcı dozu) arasında grafik çizilir.

 

Renk ve bulanıklığın başlangıç ve son pH değerine göre değişimi grafikle gösterilir. En uygun koagülant dozundaki en uygun başlangıç pH değeri tespit edilir. Kullanılan koagülant dozajı ve pH için (bulanıklığın tersi-zaman) arasında bir grafik oluşturularak en uygun karıştırma hızı tespit edilir (ikinci derece reaksiyon).

 

Daha sonra (bulanıklık değerinin tersinin logaritması-zaman) arasında bir grafik çizilir (birinci derece reaksiyon). Deney neticelerine en uygun olan doğru çizilir ve eğimi bulunur.