Su Analizleri

Su analizleri deneyinin amacı; değişik su örneklerinin geçici ve kalıcı sertliklerinin belirlenmesi ve sonuçların yorumlanmasıdır.
Bu amaca yönelik olarak üç farklı yöntem ile sertlik analizi yapılmıştır. HCl ile geçici sertlik tayininde, numune 0.1N HCl ile titre edilmiş ve harcanan HCl miktarından numunelerin geçici sertlik değerlerine geçilmiştir. 

Sabunlaşma çözeltisi ile yapılan toplam sertlik tayininde, içerisine 40ml su konmuş hidratimetre şişesine sabun çözeltisinden damla damla ilave edilerek 1cm kalınlığında kalıcı köpük gözlenmeye çalışılmıştır. Kalıcı köpüğün gözlendiği sırada hidratimetre büretinden okuma yapılmıştır. EDTA çözeltisi ile toplam sertlik tayininde ise 25ml ‘lik örnek damıtık su ile 50ml’ye seyreltilmiş ve EDTA çözeltisi ile titre edilerek çözeltinin renginin şarap kırmızısından maviye döndüğü noktada harcanan EDTA çözeltisi miktarı okunarak hesaplamalar yapılmıştır. 
Yapılan analizler sonucunda geçici sertlik değerleri , 3 numaralı örnekte en düşük (3.76 FS° ), 6 numaralı örnekte ise en yüksek (7.77 FS° ) olarak bulunmuştur. EDTA çözeltisi ile yapılan deney ile sabun çözeltisi ile yapılan deney, birbirine çok yakın sonuçlar vermiştir. Bu deneylere göre toplam sertlik değerleri sırasıyla musluk suyu için en düşük (9.656 FS° , 10.5 FS° ), musluk suyuna göre de 3 numaralı numunenin en düşük (13.25 FS° , 13.04 FS° ) ve 6 numaralı örneğin en yüksek (13.04 FS° , 16.96° ) olarak bulunmuştur. Bu sonuçlara göre geçici sertliği en düşük olan 3 numaralı örneğin soğutma suyu olarak, toplam sertliği en düşük olan musluk suyunun da kazan suyu olarak kullanılmasının uygun olacağı düşünülmüştür. Eğer numunelerden biri kullanılacaksa, en düşük toplam sertlik değerine sahip 3 numaralı numunenin kazan suyu olarak kullanılmasının uygun olacağı düşünülmüştür. 

1.GİRİŞ:

Günlük hayatın devam edebilmesi için en önemli ihtiyaçlardan biri olan su, doğada bulunan haliyle hiçbir zaman doğrudan kullanıma uygun değildir. İçme ve endüstride kullanım amacıyla gerekli olan suyun nüfusla doğru orantılı olarak artması , doğada farklı şekillerde bulunan suyun keşfine ve kullanılacağı alana göre işleme tutulmak üzere çeşitli proseslerin geliştirilmesine sebep olmuştur. Daha yüksek kalitede suya duyulan ihtiyaç, son yıllarda teknikte daha fazla gelişme kaydedilmesinin sağlamıştır [1].
Doğada su genellikle iki şekilde bulunur [1] : 
1. Yer altı suları: Yer altı sularının sertlikleri değişiktir, yalnızca aynı kaynaktan çıkan suyun sertliği sabittir. Kireç taşı ile temas eden su serttir. 
2. Yüzey suları:Yüzey sularının sertlikleri mevsimlere göre bazı değişiklikler gösterir. Yağmurun çok yağdığı ve karların eridiği zamanlarda suların sertlikleri azalırken, kurak ve sıcak dönemlerde yüzey sularının sertlikleri artar.
Suyun kullanım alanlarına göre sınıflandırılması ise aşağıdaki gibidir [2]: 
 Yüksek kaliteli su
• Yalnız dezenfeksiyon ile içme suyu eldesi 
• Rekreasyonel amaçlar
• Hayvan üretimi ve çiftlik ihtiyaçları
 Az kirlenmiş su
• İleri veya uygun arıtma ile içme suyu eldesi 
• Rekreasyonel amaçlar
• Alabalık dışında balık üretimi 
• Sulama suyu olarak (belirtilen kriterlerde)
• Yüksek kaliteli su dışındaki tüm kullanımlar
 Kirlenmiş su
• Gıda, tekstil gibi su gerektiren endüstriler dışında uygun bir arıtmadan sonra endüstriyel su eldesinde kullanılabilir.
 Çok kirlenmiş su
• Yukarıda belirtilen su sınıflarından daha düşük kalitedeki yüzeysel suları kapsar.
İçme suyu, hastalık yapıcı mikroplardan arınmış, berrak, kokusuz, serin (7-10 oC) ve lezzetli olmalı ve H2S içermemelidir. Fe ve Mn bileşiklerinin çamaşırlarda leke bırakmalarından ve suya kötü tat vermelerinden dolayı şebeke suyunun içinde bulunmaları istenmez. Bununla birlikte bazı tuzlar, özellikle bikarbonatlar suya lezzet kattıklarından dolayı içme sularında bulunmaları istenir.
Suyun kullanılacağı amaca uygunluğu sertliğine bakılarak kontrol edilir. Suya sertlik veren maddeler de genelde toprak alkali ****llerinin tuzlarıdır. Bu maddeler suyun ısıtılması sırasında uğrayacakları değişikliklere göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar [1] :

 Geçici Sertlik (Bikarbonat Sertliği): Suya geçici sertlik veren maddeler, suyun ısıtılması sırasında bozunan kalsiyum ve magnezyum bikarbonatlardır. Bu maddeler ısıtıldıklarında karbnatlara dönüşerek, kazan taşı oluştururlar. Soğutma suyu olarak kullanılacak suda bu tip sertliğin olması istenmez.
2
Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 
Mg(HCO3)2 MgCO3 + H2O + CO2

 Kalıcı Sertlik (Karbıonat Olmayan Sertlik): Genellikle toprak alkali ****lleri- nin silikat, nitrat, klorür ve sülfatlarından oluşan ve suyun ısıtılması sırasında değişiklik göstermeyen tuzların sebep olduğu sertliğe verilen addır. Bu tip sertliğe neden olan tuzlar, suyun aşırı buharlaştırılması sonucunda kazan taşı olarak çökerler ve ısı aktarımının düzgün sağlanmasını engellerler. Bu nedenle kazan suyu olarak kullanılacak suda hem bu tip sertliğin hem de geçici sertliğin bulunması istenmez.
 Toplam Sertlik: Geçici ve kalıcı sertliklerin toplamına verilen addır.

Suda, yukarıda belirtilen sertliklerin gözlenmesi durumunda, sertliklerin giderilmesi amacıyla aşağıda belirtilen yöntemler kullanılır:
• Kimyasal Çöktürme Yöntemi: Suya sertlik veren maddeler kimyasal madde eklenerek çöktürülür ve sudan ayrılır. Bu işlem için anyonları, Ca++ ve Mg++ katyonlarıyla suda zor çözünen tuzlar verilebilecek kimyasal bileşikler kullanılır. Bu amaçla en çok kullanılan bileşikler Ca(OH)2, NaOH ve Na2CO3 ve Na3PO4 'dır. Çöktürme işleminde,çöktürme aracısının uygun derişimdeki sulu çözeltisi veya süspansiyonu, sertliği giderilecek olan suya karıştırılır. Çöken tuzların ayrılması dekantasyon kaplarında yapılır. Çökeltme işlemi sırasında, kaba taneli çökeltiler, kollaidal bulanıklık veren maddelerin etrafını sararak, bunlarında çökelmesini sağladıklarından, hafif bulanık sular için ön temizleme işlemi yapılması gerekmez.
• Katyon-Anyon Değişim Yöntemi: Bu yöntem, zeolit adı verilen bazı hidratize alkali toprak ****llerinin silikatları yüzeylerinde, Ca++ ve Mg++ iyonlarını alkali toprak ****l iyonlarıyla değişimini veren reaksiyondan oluşur. Zeolitin genel formülü, Me2O.R2O3.2SiO2.3H2O 'dur. Sert su zeolitten geçirildiğinde aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir. 

Na2Ze + Ca(HCO3)2 CaZe + 2 NaHCO3 
Na2Ze + CaSO4 CaZe + 2 Na2 SO4 

Burada çıkan suyun sertliğinin bilinmesine gerek yoktur. Katyon değiştiriciden çıkan suda, sudaki geçici sertliğe eş değer miktarda NaHCO3 ve kalıcı sertliğe eş değer miktarda oluşmasından dolayı Na2SO4 veya NaCl bulunur. Suda geçici sertlik bulunması halinde NaHCO3 oluşmasından dolayı pH yükselebilir. Bunu önlemek için önceden kireçle muamele edilir. Zeolitteki değiştirilebilecek Na iyonları bittiği takdirde katyon değiştiricisinin rejenere edilmesi gerekir. 
Katyon değişimi yapılan sularda geride kalan anyonlarda anyon değiştiricilerle tutulur. Bu amaçla melamin tipi plastikler OH- grubu eklenerek kullanılabilir. Anyon değiştiricileri rejenere etmek için de NaOH çözeltileri kullanılır. 
Aynı zamanda su içerisinde çözünmüş halde bulunan oksijen de korozyona neden olur.Bunu gidermek amacıyla, suya uygun miktarda Na2SO3 yada hidrazin ilave edilir. 
Yapılan su analizleri deneyinde amaç; çeşitli sertlik derecelerindeki numunelerin kalıcı ve geçici sertlik derecelerini belirleyerek kullanım alanları hakkında yorumda bulunmaktır.
2.KURAMSAL TEMELLER :

2.1. Su sertlik dereceleri [1]: Suyun sertliğini ifade etmek için kullanılan birimlerin bazıları aşağıda belirtilmiştir: 

Alman Sertlik Derecesi(ASo): 1 ASo = 10 mg CaO/ L su
Fransız Serlik Derecesi(FSo) : 1 FSo = 10 mg CaCO3/ L su
İngiliz Sertlik Drecesi(ISo) : 1 ISo = 10 mg CaCO3/ 0.7 L su
1 ppm (parts per milion) : mg tuz/ L su
1 val : eşdeğer g tuz/ L su 

2.2. Geçici sertlik tayini [1]: 

Ca(HCO3)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O + 2CO2 
Mg(HCO3)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O + 2CO2 

Geçici sertlik tayininde yukarıdaki stokiyometriye göre kullanılan HCl miktarı a ml ise suyun geçici sertliği;
G.S.= ( a - 0.15 ) 2.8 AS 'dir. ….…………………..(2.2.1)

Buradaki 0.15 katsayısı, metiloranj renk dönüşümü için düzeltme faktörüdür. 

2.3. Sabun çözeltisi ile toplam sertlik tayini [1]:

Hidratimetre şişesinde 1 cm kalınlığında ilk kalıcı köpük görüldüğünde, hidratimetre büretinden okunan sayı, doğrudan FS cinsinden suyun toplam sertliğini verir. 

2.4. EDTA titrasyonu ile toplam sertlik tayini [1]: 

Burada “ f ” faktörü aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanır. 

Faktör ( f ) = CaCO3 ( mg ) . …………………..(2.4.1) 
EDTA ( ml ) 
EDTA titrasyonu ile yapılan toplam sertlik tayinine ait kuramsal hesaplama ise aşağıdaki gibidir . 

Toplam Sertlik = ___EDTA ( ml ) *1000 * f__* ( ppm CaCO3) ……..(2.4.2)
Örnek ( ml ) 
3.DENEL YÖNTEM :

3.1.Deney Sistemi [1]:

3.1.1.Geçici sertlik tayini için gerekli alet ve çözeltiler:
• 500 ml 'lik erlenmayer
• Büret
• 0.1 N HCl
• Metiloranj İndikatör Çözeltisi ( 0.5 g Metiloranj 1 litre damıtık suda çözülür.)

3.1.2. Sabun çözeltisi ile toplam sertlik tayini için gerekli alet ve çözeltiler:
• Hidratimetre Şişesi
• Hidratimetre Büreti
• BaCl Çözeltisi
• BaCl Çözeltisi
• Ayarlı Sabun Çözeltisi

3.1.3. EDTA titrasyonu ile toplam sertlik tayini için gerekli alet ve çözeltiler:
• EDTA Titrasyon Çözeltisi
• Standart Kalsiyum Çözeltisi
• İndikatör Çözeltisi 
• Tampon Çözeltisi

3.2.Analiz Yöntemi [1]:

3.2.1. Geçici Sertlik Tayini :100 ml örnek alınarak 2-3 damla metiloranj damlatılır ve renk dönüşümü gözleninceye kadar 0.1 N HCl ile titre edilir. Gerçekleşen tepkimeler:

Ca(HCO3)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O + 2CO2 
Mg(HCO3)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O + 2CO2

3.2.2. Sabun çözeltisi ile toplam sertlik tayini: Hidratimetre şişesine 40 ml su örneği konur. Hidratimetre büreti de üstteki sıfıra kadar ayarlı sabun çözeltisi ile doldurulur. Hidratimetre şişesinde 1 cm kalınlığında ilk kalıcı köpük elde edilene dek, şişeye damla damla sabun çözeltisi ilave edilir ve iyice çalkalanır. Hidratimetre şişesinde yukarıda bahsedilen 1cm kalınlığındaki ilk köpük görüldüğünde, hidratimetre büretinden okunan sayı, doğrudan FS cinsinden suyun toplam sertliğini verir. 

3.2.3. EDTA titrasyonu ile toplam sertlik tayini :25 ml 'lik örnek, bir erlende damıtık su ile yaklaşık 50 ml ' ye seyreltilir.1 ml tampon çözeltisi ve 1-2 damla indikatör çözeltisi ilave edilir. EDTA çözeltisi ile renk şarap kırmızısından mavi renge dönünceye dek titre edilir.
5
4.HESAPLAMALAR ve SONUÇLAR:

4.1.Deney Verileri:

Su analizleri deneyine ait veriler Tablo 4.1’de verilmiştir.

Tablo 4.1. Su Analizleri deneyine ait deney verileri

Örnek
Geçici Sertlik Tayini
( ml ) Toplam Sertlik Tayini
Sabun Çözeltisi (ml) EDTA Titrasyonu (ml )
Musluk suyu 1.5 10.5 2.2
3 numaralı numune 0.9 13.25 3.0
6 numaralı numune 1.7 17 3.9
Alınan örnek miktarı 100 40 25



4.2.Hesaplamalar:

• Geçici sertlik tayini:
Numunelerin geçicici sertlik derecelerinin hesaplanmasında (2.1.1) eşitliği kullanılmıştır. Buna göre yapılan örnek hesaplama aşağıda verilmiştir:
Musluk suyu için:
Geçici Sertlik = ( a - 0.15 )* 2.8 AS
= (1.5-0.15) * 2.8 ASo 
= 3.78 ASo * (1.79 FSo /1 ASo) 
= 6.76 FSo

Yukarıdaki örnek hesaplamaya benzer şekilde yapılan diğer hesaplamaların sonuçları Tablo 4.2’de verilmiştir.

• Sabun çözeltisi ile toplam sertlik tayini:
Hidratimetre şişesinde 1 cm kalınlığında ilk kalıcı köpük görüldüğünde, hidratimetre büretinden okunan sayı, doğrudan FS cinsinden suyun toplam sertliğini verdiğinden deney sırasında okunan değerler Tablo 4.2’de verilmiştir.



6
• EDTA titrasyonu ile toplam sertlik tayini:
Burada gerekli olan faktör 1.08696 olarak alınmış ve hesaplamalar bununla birlikte (2.4.2) eşitliğine göre yapılmıştır. Aşağıda belirtilen örnek hesaplamanın sonucu, benzer şekilde yapılan diğer hesaplamaların sonuçları ile birlikte Tablo 4.2’de verilmiştir.
Musluk suyu için:

Toplam sertlik = 2.2*1000*1.08696 / 25 = 95.656ppm CaCO3
= 0.956 FSo

Tablo 4.2. Su Analizleri deneyine ait deney veriler kullanılarak yapılan hesaplamaların sonuçları

Örnek
Geçici Sertlik Tayini
( ml ) Toplam Sertlik Tayini
Sabun Çözeltisi (ml) EDTA Titrasyonu (ml )
Musluk suyu 6.76 10.5 9.656
3 numaralı numune 3.76 13.04 13.25
6 numaralı numune 7.77 16.96 17