ALKALİNİTE NEDİR ?

Enis Burkut
Makine Yüksek Mühendisi
enis@burkut.com.tr

Ocak 2013 
"Alkalinite" suyun özelliklerinden biridir ve birçok sanayi prosesinde istenmediği için giderilmesi gerekir.Günümüzde, alkaliniteyi gidermenin en kolay yolu ters ozmoz sistemi kullanmaktır.

“Alkali su”, “Alkali gıda” gibi konularda son yıllarda medyada halka dönük sağlık bilgileri verildiği için, şu anda yazımızı okuyanların çoğunun “Alkali” konusunda fikri olabilir.  Ancak, biz bu yazımızda içme suyundan ve gıdadan söz etmeyeceğiz,  genel olarak, sanayide kullanılan proses sularının “Alkalinitesi” konusunu değineceğiz.  Yeri gelmişken “Alkali” kelimesinin anlamını da hatırlatalım.  Suyun veya gıdanın pH derecesi 7.0 üzerindeyse, bunlara “alkali su” ve “alkali gıda” denebilir.

“SU'da ALKALİNİTE” konusu buhar kazanı işletmeciliğinde, tekstil boya tekniğinde, kimya proseslerinde, meşrubatta, biracılıkta ve daha birçok sanayi sektöründe üzerinde önemle durulan bir su değeridir.

“ALKALİNİTE"  suyun asidi nötralize etme kabiliyetidir.   "Alkalinite" kelimesini "Alkali" kelimesi ile karıştırmayalım.  Kimya dilinde "Alkali",  "Asit" kelimesinin tersi olup, suyun veya başka bir sıvının pH değerinin 7.0 den yukarıda olduğunu ifade eder. 

“Toplam Alkalinite” genelde "mg/L CaCO3 cinsinden" ifade edilir.  Su içinde bulunan aşağıdaki iyonlar “Alkalinite”yi oluştururlar:
OH¯  : Hidroksil iyonu
CO3¯: Karbonat iyonu
HCO3¯: Bikarbonat iyonu

Su içinde bulunan ve kimyasal bir denge oluşturan bu iyonlar suyun pH derecesine göre azalır veya çoğalırlar.  Örneğin 8,2 ile 9,6 arasındaki pH değerlerinde aşağıdaki kimyasal denge oluşur:
2 HCO3 ¯ 2 OH ¯+ 2 CO2

Suyun “Alkalinite” değerinin yüksek olması başta buhar kazanı olmakla beraber başkaca işlemler için de zararlıdır.  Bunlardan birkaçına aşağıda değinelim:

BUHAR KAZANI SUYUNDA ALKALİNİTE:   
Özellikle buhar kazanlarında Alkalinite ancak OH¯  formunda istenir, HCO3¯ ve CO3¯ f ormunda istenmez.  HCO3¯ ve CO3¯  iyonları buhar kazanı içinde (CO2) karbondioksit gazı oluşturur, bu gaz buhar ile beraber sisteme gider.  Taşıdığı ısıyı verdikten sonra yoğuşan buhar suya dönüştüğünde karbondioksit gazı kondens suyu içinde çözünür ve kondens suyunu ASİT durumuna sokar, bu da kondens borularında asit korozyonu oluşturur ve kondens boruları delinir.  Bir çok işletmede sık sık kondens borularının tamir ve bakım yapılmasının sebebi budur.  Karbondioksit gazının  (CO2 ) asit oluşturmasını kimyasal olarak şöyle yazabiliriz:
CO2 gazı  + kondens H2O H2 CO3  (karbonik asit)
H2 CO3 asit iyonu H+ + HCO3¯

TEKSTİL BOYAHANELERİNDE SUDA ALKALİNİTE: 
Tekstil boyama işlemimde kullanılan sularda yüksek miktarda HCO3 ve CO3 alkalinite iyonunun bulunması kumaş üzerindeki boya kalitesini çok etkiler. Çünkü, bu iyonlar, boya işleminin yapıldığı sırada kullanılan sıcak suda, basınç kalktığı anda karbondioksit CO2 gazı oluştururlar ve bu gazın kumaş üzerindeki sudan ani olarak ayrılması ile kumaşta "ABRAJ"  tabir edilen renk dalgalanmaları meydana gelir.

MEŞRUBAT VE BİRA SANAYİİNDE de HCO3 ve CO3 iyonlarının fazlası istenmez.  Bu iyonlar meşrubatta asidik bir tat oluştururlar.

SULARDAKİ ALKALİNİTENİN GİDERİLMESİ:
Sulardaki alkalinitenin giderilmesi (Dealkalize ) veya azaltılmasının birkaç yöntemi vardır.  Bu yöntemlere kısaca değinelim:

"Kireç ile çökeltme" yöntemi:  Bu eski ve zahmetli yöntemde suya bir miktar kireç karıştırılır, kireç bir miktar sertliğin çökmesine sebep olur ve alkalinite ayni anda giderilir.  Kireç ile çökeltme yöntemin işletme zorlukları çok olduğu gibi çok miktarda katı atık meydana getirdiğinden bir çok işletmenin pek tercih etmediği bir yöntemdir.  Çünkü sanayi kuruluşlarının katı atıkları yok etmesi bugünkü çevre kanunları dolayısı ile bir sorun haline gelmiştir.

Katyonik İyon Değiştirici Reçine ile Dealkalize: Genelde en çok bilinen yöntem asit ile rejenere edilen katyonik reçine kullanılarak ayni anda sertliğin ve alkalinitenin giderilmesidir.  Bu yöntemin kimyasal izahı şöyledir:  ( "X" = Katyonik Reçine)
Ca (HCO3)2 + H2 "X"    Ca"X" + 2H2O + 2CO2 (Degazör )

Yukarıda da görüldüğü gibi burada alkalinite gaza dönüştürülür ve “Degazör” (gaz alıcı) ile sudan ayrıştırılır.  Bu yöntemin avantajı  aynı anda sertlik ve alkalinitenin giderilmesidir.  Bu yöntemin kötü tarafı ise işletici personel için tehlikeli olan ASİT'in (HCl) kullanılmasıdır. Diğer bir sorun, degazör kullanılması sebebi ile sistem suyunun basıncının sıfıra düşmesidir.  Dolayısı ile sisteme bir pompa daha eklenmesi gerekir.

Anyonik İyon Değiştirici Reçine ile Dealkalize:  Ülkemizde kullanıldığını hiç duymadığımız bu yöntem bazı ABD yayınlarında görülmektedir.  Bu “Dealkalize” yönteminde anyonik reçine tuzun (NaCl) Cl iyonu ile rejenere edilir.   Bu yöntemin kimyasal izahı şöyledir:
( "A" = Anyonik Reçine)
2 HCO3  + "A" Cl 2   "A" (HCO3)2 + 2 Cl 
Burada  görüldüğü gibi suyun “Alkalinitesi” giderilirken suyun Klorür (Cl) iyonları arttırılmış olur ve suyun sertliği alınmaz.  Bu özellikler bu yöntemin kötü tarafları sayılsa da ABD'de kullanılmasının en büyük nedeni, işletmeci için tehlikeli olarak bilinen  HCl asidinin işletmeye sokulmamasıdır.  Zaten su yumuşatıcı reçineler için işletmeye satın alınan tuz (NaCl) ile anyonik reçinenin rejenerasyonu da yapılır.   Bu yöntemin diğer bir avantajı da sistemin Degazöre ihtiyaç duymaması ve suyun basınçlı kalmasıdır.  Bu yöntemde, genelde öncelikle suyun sertliği giderilir ve daha sonra alkalinitesi alınır.

Ters Ozmoz Sistemi ile Dealkalize: Bugünkü  işletme anlayışına, tekniğe ve çevre kanunlarına en uygun yöntem,  “Dealkalize” işlemini ayrı tasarlamak yerine Ters Ozmoz sistemi ile hem suların saflaştırılması ve hem de alkalinitenin giderilmesidir.  Ters Ozmoz yöntemi ile su içindeki alkalinite ile beraber minerallerin çoğu da giderilir.  Yalnızca bir cihaz kullanılarak ayni anda alkalinite, sertlik ve varsa nitrit, nitrat, sülfat, arsenik gibi istenmeyen birçok mineralden ve mikrobiyolojik maddelerden su arınır.  İyi seçilmiş ve özel ön şartlandırması ile eksiksiz kurulmuş bir ters ozmoz sistemi çok başarılı bir su hazırlama sistemidir ve hidrofor gibi kolay işletilen bir sistemdir.  Ters Ozmoz sisteminin bir iyi yönü de katı atık oluşturmamasıdır.   Bu işletme kolaylıkları nedeni ile son 30 yıldır ters ozmoz sistemi bir çok sanayide proses suyu hazırlamada ve buhar kazanı besi suyu hazırlamada kullanılıyor. 

Bursa’da bulunan bir tekstil boyahanesinde kullanılan proses suyunu hazırlamak için ilk ters ozmoz 
cihazını 1990 yılında kurduk, Resim 1 bu cihazı göstermektedir. Kurmuş olduğumuz bu ters ozmoz sistemi uzun yıllar hizmet vermiştir. Ters ozmoz cihazının ürettiği suda “Alkalinite”, sertlik ve yüksek iletkenlik olmadığından, ters ozmoz sistemi kullanan bu tekstil boyahanesinde boya tekniği çok başarılı olmuştu.

Suda yüksek “Alkalinite” bir çok sanayi sektörü için ihmal edilmemesi gereken bir husustur, fakat ters ozmoz cihazı sayesinde günümüzde “Suda Alkalinite” problem olmaktan çıkmıştır.

Ters Ozmoz Sistemi ve Ön Arıtması