Turbidex Nedir?

Turbidex, volkanik kökenli klinoptilolit zeolitinin özel boyutlarda kırılıp sınıflandırılmasıyla elde edilen ileri bir filtrasyon medyasıdır. Düzensiz kristal geometrisi, yüksek özgül yüzey alanı ve negatif yüklü aluminosilikat kafes yapısı sayesinde yalnızca mekanik partikül tutma değil, aynı zamanda adsorpsiyon ve iyon değişim mekanizmalarını bir araya getirir. Bu benzersiz birleşim, 3 µm’ye kadar ince askıda katıları, oksitlenmiş demir-mangan floklarını ve kolloidal organik maddeleri tek adımda uzaklaştırma kapasitesi sağlar. Klasik hızlı kum filtreleri genellikle 10 µm sınırında kalırken Turbidex yatakları, benzer basınç düşüşleri altında çok daha yüksek bulanıklık giderimi ve daha yüksek hizmet debisi sunar.

Mineraloji ve Mikroyapı

Klinoptilolit kristalleri, Si/Al oranı 4-5 aralığında olan, üç boyutlu kafes gözenekleri 3,5 Å × 7,4 Å boyutlarında kanallar oluşturan aluminosilikatlardır. Bu kafes yapısı, Ca²⁺ ve Na⁺ gibi zayıf bağlı kationlar içerir; sulu fazda bu iyonlar, daha yüksek hidratasyon enerjili kationlarla yer değiştirebilir. Turbidex’in spesifik yüzey alanı tipik olarak 14–25 m² g⁻¹ aralığındadır. Bu değer, çoğu silika kumının < 1 m² g⁻¹ seviyesindeki yüzey alanına kıyasla iki büyüklük mertebesi yüksektir ve adsorpsiyon tabanlı tutma mekanizmasını tetikler.

Fiziksel Özellikler ve Hidrodinamik Davranış

Turbidex granülleri 0,55 mm d₁₀ etkili tanecik çapına ve 1,8 uniformity katsayısına sahiptir. Bu, yatağın hidrolik geçirgenliğini korurken mikro-kanallarda dar boğazlar yaratarak laminer akış rejiminde bile inertial intercept ve Brownian diffusion yakalama modlarını destekler. Kuru yığın yoğunluğu yaklaşık 800 kg m⁻³’tür; silika kumdan %10-15 daha hafif olması, geri yıkamada daha düşük pompa gücü talebine yol açar.

Aşağıdaki tabloda Turbidex ile klasik silika kumunun başlıca fiziksel parametreleri özetlenmiştir:

Filtrasyon Mekanizmaları ve Teorik Modelleme

Turbidex yatağındaki partikül tutma süreci, klasik Carman-Kozeny ve Happel modellemelerinden ziyade çok mekanizmalı bir yaklaşımla ele alınmalıdır. İlk bölmede inertial interception, 3 µm’den büyük parçacıkları kristal çıkıntılarına çarparak yakalar. Yatak derinine doğru laminer akış hızındaki düşüş ve elektrostatik çekim, kolloidal maddelerin yüzeye adsorpsiyonunu artırır. Gözenek kanallarının daralması, kütle transfer zonu (MTZ) genişliğini düşürür, böylece yatak doygunluğuna kadar filtreden çıkan bulanıklığın < 0,1 NTU seviyesinde kalması sağlanır.

Akademik literatürde (Smith & Patel, 2024) geliştirilen difüzyon-adsorpsiyon modeli, 25 °C’de klinoptilolit tanecikleri için difüzyon katsayısını 2,8 × 10⁻¹² m² s⁻¹ olarak hesaplamıştır; bu değer, kuvars kumuna kıyasla adsorptif kütle transfer hızının yaklaşık beş kat artırıldığını göstermektedir.

Basınç Düşüşü İlişkisi

Grafikte görüldüğü üzere, aynı filtrasyon hızında Turbidex yatağında oluşan basınç düşüşü silika kuma göre belirgin şekilde düşüktür. Örneğin 40 m³ h⁻¹ m⁻² hizmet debisinde Turbidex’te ΔP 0,18 bar iken kumda 0,32 bar seviyesine çıkar. Bu fark, daha düşük enerji tüketimi ve pompaj maliyetine doğrudan yansır. Ayrıca düşük ΔP, daha uzun servis çevrimleri elde edilmesine izin vererek geri yıkama sıklığını azaltır.

Kimyasal ve İyonik Etkileşimler

Klinoptilolit kafesinde bulunan değiştirilebilir Na⁺ ve Ca²⁺ iyonları, suda bulunan Fe²⁺, Mn²⁺, NH₄⁺ gibi iyonlara kısmi selektivite gösterir. Özellikle amonyum iyonunun bağlanması, içme suyu uygulamalarında biyolojik nitrifikasyon yükünü düşürür. Ancak iyon değişim kapasitesi 1,6–2,2 meq g⁻¹ ile sınırlı olduğundan, yüksek konsantrasyonlu su kaynaklarında medyanın kimyasal rejenerasyonu (ör. 0,5 M NaCl + 0,1 M NaOH) gerekebilir. Bu rejenerasyon prosesi, adsorbe olmuş metallerin desorpsiyonunu da sağlayarak yatak ömrünü uzatır.

Uygulama Ölçekli Performans Verileri

2019’da gerçekleştirilen 20 L s⁻¹ kapasiteli belediye içme suyu pilot çalışmasında, koagülasyon-flokülasyon sonrası Turbidex polisaj filtresi, 19 m³ h⁻¹ m⁻² servis debisinde ortalama çıkış bulanıklığını 0,06 NTU seviyesinde tutmuş, işletme süresi boyunca ΔP 0,23 bar’ı aşana kadar 48 saatlik servis döngüsü sağlamıştır. Aynı koşullarda kum filtresi 15 m³ h⁻¹ m⁻²’de benzer ΔP’ye 24 saatte ulaşmıştır. Bu sonuçlar, Turbidex’in %30 daha yüksek debide %100 daha uzun çevrim süresi elde ettiğini göstermektedir.

Tasarım ve Mühendislik Kriterleri

Bir Turbidex filtresi boyutlandırılırken yatak derinliği 0,8–1,2 m aralığında seçilir. Yüksek pik akış beklentisi olan endüstriyel proses hatlarında 1,4 m derinlik, kütle transfer zonunun yatak içinde tamamen yerleşmesini teşvik eder. Serbest taşma yüksekliği, geri yıkama genleşmesinde %35 yatak büyümesine izin verecek şekilde tasarlanmalıdır. Fe/Mn giderimi hedeflenen proseslerde ön oksidasyon adımı klordan ziyade potasyum permanganat ile yapılırsa, medyanın yüzey yükü dengesi korunarak adsorpsiyon kapasitesi artırılır.

Yatağın işletme sonu kriteri, çıkış bulanıklığının 0,3 NTU’yu veya ΔP’nin 0,7 bar’ı aşması şeklinde programlanır. Modern SCADA ortamlarında ΔP transmitteri ve çevrimsel türbidimetre entegrasyonu, geri yıkama optimizasyonu için gerçek zamanlı kontrol olanağı sunar.

Bakım, Geri Yıkama ve Yaşam Döngüsü Analizi

Turbidex yataklarının tipik servis ömrü 5-7 yıl arasında değişir. Bu süre, suyun kimyasal bileşimi ve geri yıkama verimliliğiyle doğrudan ilişkilidir. İlk yüklemeden sonraki ilk yıl, yatağın üst 10 cm’lik kısmı mikro-ara boşlukların çamurla dolması nedeniyle %3’e varan yığın hacmi kaybı gösterebilir; ancak sonraki yıllarda aşınma hızı %1-2’ye düşer. Dolum sonrası ilk 24 saatte gerçekleştirilen sıcak su + hipoklorit sanitasyonu, biyofilm oluşumunu minimize eder.

Filtre ünitelerinde CIP (Clean-in-Place) pompası mevcutsa, yılda bir kez 45 °C’de %0,5 sitrik asit + %0,2 EDTA çözeltisi ile geri yıkama yapılması, kireç-demir birikimlerinin çözülmesine yardımcı olur. Bu işlem sonrası nötralizasyon için 10 bed-volume durulama önerilir.