Zwitterionik ile modifiye edilmiş ters osmoz membranında organik ve biyolojik tıkanma analizi

Su, doğanın ve içerisinde barındırdığı bütün varlıkların canlılığını sürdürebilmesi için gerekli olan en önemli maddedir. Yeryüzünün 2/3'ü sularla kaplı olmasına rağmen bu kaynakların %97,.'ini tuzlu sular, %2.5'ini ise tatlı sular oluşturmaktadır. İçilebilir su kaynakları; düzensiz kentleşme, aşırı nüfus artışı ve artan sanayileşme gibi nedenlere bağlı olarak giderek azalmaktadır. Ülkeler, yılda kişi başına düşen su miktarı bakımından su fakiri, su azlığı çeken ve su zengini ülkeler olarak üç grupta sınıflandırılır. Su stresi çeken bir ülke olarak tanımlanan ülkemizde kişi başına düşen su miktarı 1520 m3'tür. 15 yıl içinde kişi başına düşen su miktarının 1100 m3'e düşeceği ve su fakiri kategorisinde yer alan ülkelerden olacağımız öngörülmektedir. Bu veriler göz önüne alındığında ve mevcut su kaynaklarındaki azalma düşünüldüğünde son zamanlarda deniz suyunun arıtılarak içme ve kullanma suyunda kullanılması kaçınılmaz bir gerçek haline gelmiştir. Küresel su kaynaklarına katkıda bulunabilmek amacıyla günümüzde deniz suyunun desalinasyon ile arıtımı göze çarpmaktadır. Su kaynaklarındaki bu istatiksel veriler göz önüne alındığında her geçen gün artan su ihtiyacı desalinasyon tesislerine yönelimi zorunlu hale getirmiştir. Desalinasyon tesislerinde en çok kullanılan membran prosesi ters osmozdur. Ters osmoz prosesinde, dinamik basınç tuz çözeltisinin osmotik basıncının üzerine çıkmak için uygulanmaktadır. Bu da, membranın tuz çözeltisi içeren tarafından temiz su içeren tarafına suyun geçmesini sağlamaktadır. Tuzlar ters osmoz membranı ile tutulmakta ve ayırım gerçekleştirilmektedir. Besleme suyunda çözünür halde bulunan demir ve mangan ters osmoz membran yüzeyinde okside olabilir ve askıda katı madde olarak çökelebilir. Daha ileri olarak metallerin oksidasyonu, membranların bozunmasına neden olan oksidasyonu hızlandırır. Membran yüzeyinde hidrojen sülfür koloidal kükürde kolayca okside olduğundan askıda katı madde haline dönüşebilir. Besleme suyundaki hidrojen sülfür klorla reaksiyona girerek kükürdün serbest hale geçerek çökelmesine neden olur. Sudaki çözünmüş oksijenin hidrojen sülfürle reaksiyonu, klorla olan reaksiyon kadar hızlı değildir. Koloidal kükürt yapışkandır ve bu yüzden membran yüzeyinden gidermek zordur. Yeraltı sularında hidrojen sülfür olabileceği unutulmamalıdır. Ters osmoz sistemlerle mikrobiyal canlıları gidermek mümkün olmasına rağmen sadece mikrobiyal olarak emniyetli suların beslenmesi tavsiye edilir. Bununla beraber, bazı ters osmoz sistemler, yüzeysel sularda bulunan ve su ile taşınan protozoan cysts (crytosproridium ve giardia) bertaraf etmek için kullanılır. Tıkanma, membranın su arıtma prosesinde karılaşılan başlıca zorluklarından biridir. Tıkanma, birbiriyle ilişkili olarak inorganik tıkanma, organik tıkanma, kolloidal tıkanma ve biyolojik tıkanma olarak sınıflandırılabilir. Tıkanma tabakası, giriş su basıncının düşmesine, bu da geçirgenliğin azalmasına ve daha fazla enerji tüketilmesine neden olur. Bununla başa çıkmak için, giriş suyunun ön arıtımı, çalışma koşulunun modifikasyonu ve membran yüzey modifikasyonu gibi farklı yaklaşımlar uygulanmaktadır. Tıkanma tabakası, giriş su basıncının düşmesine, bu da geçirgenliğin azalmasına ve daha fazla enerji tüketilmesine neden olur. Bununla başa çıkmak için, giriş suyunun ön arıtımı, çalışma koşulunun modifikasyonu ve membran yüzey modifikasyonu gibi farklı yaklaşımlar uygulanmaktadır. İyi dizayn edilmiş ön arıtma sistemleri ile membranların gözeneklerinin tıkanması azaltılarak membranların ömrünün uzatılması sağlanabilir. Bulanıklık verici askıda katı maddeler membranlara ulaşmadan önce besleme suyundan giderilmelidir. Besleme suyunda bulanıklık sürekli kontrol edilmelidir. Bulanıklık seviyesi limitleri aşarsa sistemin çalışması durdurulmalıdır. Silt ve kil gibi askıda katı maddeler membranlarda tutulduğu zaman membranların gözeneklerinin tıkanır ve kanallaşmalar oluşur. Arıtılmış suya zarar verir. Silt Density İndex (SDI) besleme suyu kalitesinin belirlenmesinde anahtar indikatörüdür. SDI arıtılacak sudaki askıda katı madde konsantrasyonu ile membranın kirlenme potansiyelinin genel indikatörüdür. SDI arterken kirlenme potansiyeli de artar. SDI deney sonucu elde edilen değerleri, membran üretici firmaları tarafından verilmelidir. Çoğu membran üreticileri SDI15'sinin 5'den küçük olmasını isterken bazıları da 4'den küçük olmasını ister. Besleme suyunda bulanıklık değerlerinin, sınır değerlerini karşılaması tavsiye edilir. SDI ile bulanıklık arasında bir ilişki olduğu unutulmamalıdır. Bulanıklık yüksek olduğu zaman SDI'de genelde yüksektir. Düşük bulanıklı suların SDI'i 5'den daha büyük olanlar vardır. Giriş suyu ön arıtımı etkili bir yoldur, ancak sistemde önceden var olan bakteriler nedeniyle yeterince iyi değildir. Biyolojik kirliliği problem yapan şey, membrandaki mikroorganizmalardan atılan hücre dışındaki polimerik maddelerdir (EPS) ve bu EPS katmanı organik maddeler olarak kabul edilen polisakkaritlerden ve proteinden oluşmaktadır. Organik kirlenme ayrıca, humik maddeler ve polisakaritler, karbohidratlar, lipidler ve amino asitler organik kirlilikten sorumlu diğer bir kirlenme çeşididir. Kirlenme problemi ile başa çıkabilmek için kirlenme mekanizmaları aydınlatılmalı ve bu doğrultuda uygun adım atılmalıdır. Bu çalışmada, genellikle tıkanma fenomeni üzerine araştırmalarda uygulanan bazı konular ele alınmıştır. Bu çalışmada kullanılan membranlar, zwitterionik kaplı RO TFC membranlardır. Öncelikle, organik tıkanma, xanthan gum ve bovine serumu albomini (BSA) ve katyonik yüzey aktif madde DTAB kullanılarak araştırıldı. Ardından, biyolojik arıtılmış deniz bakterileri izole edildi ve tıkanma mekanizmalarını analiz etmek ve organik tıkanma ile biyolojik kirliliği birbirine bağlamak için membranlar üzerinde biyolojik kirlilik testleri yapıldı. Biyolojik kirliliğin ana noktası, "Escherichia coli" yerine deniz biyokirletici bakterileri kullanılmıştır.