İÇME VE KULLANMA SUYU ÜRETİMİ

Günümüzde dünyanın pek çok bölgesinde temiz içme suyu problemi mevcuttur. Dünya nüfusunun hızla artışı yanında, mevcut kaynakların bu hızla tüketilmesi ile ilerleyen yıllarda su, çözülmesi gereken en önemli sorunların başında gelecektir.

Demografik ve ekonomik gelişmeler sonucunda önümüzdeki yirmi beş yıl içerisinde dünya enerji ihtiyacının iki katına çıkacağı öngörülmekte iken su ile enerji ihtiyacını birbirinden bağımsız değerlendirmek mümkün değildir. Güvenilir, içilebilir temiz su için gerekli olan su miktarı da doğal olarak artacaktır.

İçme ve kullanım suyu üretiminde desalinasyon yöntemi öne çıkmaktadır. Deniz suyunda bulunan tuzu, mineralleri ve diğer yabancı maddeleri gidererek; içme, sulama, kullanma amaçlarıyla saf su elde edilmesine desalinasyon denilmektedir.

Güneş enerjisi yoluyla desalinasyon, özellikle yerleşim yerlerinden küçük kapasitelerde geleneksel yöntemlerle içme suyu sağlamak amaçlı kullanılır. Yenilenebilir enerji kaynakları ile desalinasyon gerçekleştirmek kurak bölgelerde içme suyu kaynakları geliştirmek için umut veren büyük bir gelişmedir. Dikkat edilmesi gereken nokta, güneş enerjisi kullanımı ile desalinasyon işleminin olabildiğince verimli kullanılması, küçük ve orta ölçekli uygulamalar için hem ekonomik açıdan hem de tuzdan arındırma teknolojilerinin optimal verimliliği açısından önemlidir. Güneş enerjisi, ısı enerjisi olarak direkt olarak kullanılabilir ya da RO sürücü üniteleri ile elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Elektrik enerjisi, doğrudan fotovoltaik (PV) dönüşümü ile ya da bir güneş termik santral aracılığıyla güneş enerjisinden elde edilebilir.

Son on yıldaki farklı güneş panel uygulamaları ile günde ortalama 2-5 L su üretimi yapılan sistemler mevcuttur. Bu içme su üretim yöntemi, içme suyu talebinin düşük olduğu ve arazi fiyatlarının ucuz olduğu bölgelerde uygulanabilir.

Güneş uygulamalarına farklı performans artırıcı çalışma yapılmaktadır. Bunlar, desalinasyon işlemi yapan güneş enerjisi kolektörleri ile yoğunlaşmadaki gizli ısıdan yararlanmak için yapılan panel uygulamaları, yapıları ve akış modelleri iyileştirilerek ısı transferi oranlarını artıran panel uygulamaları ve düşük maliyetli inşaat malzemeleri kullanılarak enerji maliyetini düşüren sistemler olarak tanımlanabilir.

Bir sistem teknik olarak çok verimli olsa da içilebilir su üretim maliyeti yüksek olabilir. Bu nedenle, desalinasyon sistemi seçerken verimlilik ve ekonominin göz önünde bulundurulması gerekir. Yenilenebilir enerji sistemleri ile desalinasyon sistemlerinin kurulmasının altyapıları şu anda eksik olan yerlere ve daha uzak bölgelere de su ve elektrik sağlamak için çok uygun olacağı ifade edilmektedir.

Güneş havuzu uygulamaları ise birçok farklı türde enerji sağlamak için kullanılabilir. Güneş havuzları güneş enerjisini toplayan ve uzun süre depolayan bir sistemdir. Küçük kapasiteli güneş havuzları ağırlıklı olarak hacim ve su ısıtma amaçlı kullanılmaktadır. Büyük havuzlar ise, endüstriyel proses ısı, elektrik enerjisi üretimi ve desalinasyon için kullanılmaktadır. Havuzdaki bir tuz konsantrasyonunun değişimi depolanacak enerjiyi belirler. Üst kısımdaki ortam sıcaklığı 90˚C’ye yakın iken, havuzun dibindeki tuz konsantrasyonu en yüksek değerine ulaşabilir. Havuzun üst ve alt tabakası arasında oluşan sıcaklık farkı, desalinasyon ünitesini çalıştırmak için veya Rankine çevrimine göre bir buhar jeneratörünü harekete geçirmek için yeterince büyüktür. Rankine çevrimi ile elde edilen ısı iş enerjisine dönüştürülür. Isı, genellikle kapalı bir kap içerisindeki suya dışarıdan ısı verilerek gerçekleşir. Bu döngü, güneş, biyokütle, kömür ve nükleer santraller olmak üzere dünya ihtiyacının yaklaşık %80’ini oluşturmaktadır.

Güneş havuzları, düşük sıcaklıkta enerji üretirler ve 70-90˚C sıcaklık aralığında çalışırlar. Çevrim verimi düşük sıcaklık nedeniyle azdır. Ancak bu düşük sıcaklıkta toplanan ısı miktarına göre düşük maliyetli üretim gerçekleştirir. Küçük köy ve kasabalar için uygun boyutlardaki sistemlerde desalinasyon için gerekli ısının yıllık toplama verimi, %10 ila 15 seviyesindedir. Büyük depolama kapasiteli güneş havuzları, desalinasyon tesislerinin sürekli çalışması için daha yararlı olur. Bu hem düzenli ve sürekli su üretimi için hem de operasyonel ve ekonomik yönleri açısından çok önemlidir. Güneş havuzlarında ısı depolaması sayesinde bulutlu havalarda ve gece boyunca desalinasyon için gerekli enerji sağlanır ve sistem çalışır. Güneş havuzları ile desalinasyon, bir atık ürün olan tuz için güneş havuzu inşa etmek için bir temel olarak kullanılabilir. Bu desalinasyon prosesinden tuzu ayırmak için önemli bir avantajdır.

Güneş enerjisinden içme ve kullanım suyu üretiminde uygulama yapılırken membran prosesi vardır. Bunların birincisi Ters Osmoz (RO) diğeri ise elektrodiyaliz (ED) prosesleridir. Şu anda uygulamada en yaygın ve uygun PV metotları Ters Osmoz (RO) ve elektrodiyaliz (ED) metotlarıdır. Bu yöntemler desalinasyon uygulamalarında da başarıyla kullanılmaktadır.

Ters Ozmoz süreci, filtre edilmemiş suyun basınç uygulanarak yarı geçirgen zardan geçirilerek filtrelenmesi işlemi olarak da tanımlanabilir. Tamamen doğal bir yöntemdir. Ters Ozmoz teknolojisinde membran filtre kullanılır. Membran, bilim dünyasında hücre zarı, su arıtma teknolojisinde ise seçici geçirgen ya da ayırıcı madde anlamına gelir. Yapılan bu işlem sırasında su molekülleri ve bazı inorganik moleküller membran filtre üzerinde bulunan gözeneklerden geçebilirken, suyun içindeki zararlı ve kirletici maddelerin çoğu bu gözeneklerden geçemez ve su konsantre su olarak dışarı atılır. Yapılan bu işlem diğer filtreleme yöntemlerine göre istenen kapasitede çok daha iyi su kalitesi elde etmeye olanak sağlar.

Elektrodiyaliz prosesinde ise, elektrolit çözelitlerdeki alaktronlar ile doğru akım kullanılarak diyaliz hızını artırmak amacıyla özel olarak geliştirilmiş iyon seçici membranların kullanıldığı bir ayırma prosesisidir.Bu proseste elektriksel potansiyel yardımı ile çözünmüş halde bulunan iyonlar, suyu geçirmeyen ama iyonları geçirebilme özelliği olan membranlardan geçerek prosesi tamamlarlar.