23 Kasım 2017 Perşembe günü İMO Ankara Şubesi'nde gerçekleştirilen seminerin sunumu.

1. İÇME SULARININ ARITILMASINDA
ENERJİ SARFİYATI VE OZONLA ARITMA
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Eskişehir
Ender Demirel
http://www.cfd-arge.com
İMO Ankara ŞubesiESOGÜ

2. SUNUM İÇERİĞİ
Sonuçlar ve Tartışma4
Giriş1
Amaçlar2
Yöntem3

3. İçme suyu temini ve Arıtma
Eskişehir
• Nüfus: 844.842 kişi
• 80.000-120.000 m3/gün
İzmir
• Nüfus: 2,848 Milyon kişi
• 592.817 m3/gün
Ankara
• Nüfus: 5,271 Milyon kişi
• Günlük kişi başı ortalama
211 litre
• 1,112 Milyon m3/gün
• 22 Haziran 2016’da
1 Milyon 580 bin m3/gün

4. İçme suyunun arıtılması
Ülkemizdeki içme suları klor ile arıtılmaktadır.
o Emniyet tedbirleri açısından büyük dozlarda
kullanımı risklidir.
o Suda bulunan tat ve koku giderilemez.
o Suda fenoleik bileşenler olduğunda klor fenol tatlar
oluşabilir.
o Son derece toksik ve koroziftir.
o Kirlilik yükü fazla sularda trihalometanlar oluşabilir.
o Kansorejen riski yüksektir.

5. İçme suyunun arıtılması
Ozonla arıtma
o İlk ozonla arıtma tesisi 1906 yılında Fransa’nın Nice
kentinde kurulmuştur.
o Amerika Birleşik Devletleri’ndeki birçok büyük
kentin evsel kullanım suları ozonla arıtılmaktadır.

6. İçme suyunun arıtılması
• Ozonla arıtmanın avantajları
o Düşük konsantrasyonları yeterlidir.
o Suyu taze tutar.
o Suda koku ve renk oluşturmaz.
o Yüksek oksidasyon gücü nedeniyle kısa sürede sudaki
jermleri ve virüsleri öldürür.

7. Suyun birim fiyatı?
Su birim fiyatları şehir bazında ve artan enerji
İhtiyacı ile sürekli güncellenmektedir.
İstanbul (2017-Kaynak: www.milliyetemlak.com)
0-10 m3 4,00 TL/m3
11-20 m3 5,83 TL/m3
21 m3 ve üzeri 8,53 TL/m3
Ankara (Kasım 2017- Kaynak: ASKİ Genel Müdürlüğü)
4,45 TL/m3

8. İSKİ Enerji Tüketimi
İstanbul
• Nüfus: 14,8 Milyon kişi
• İSKİ Genel Müdürlüğü Elektrik Tüketim Bedeli
• 2010 Yılı
• Enerji bedeli: 191.885.332 TL/YIL
• Anlık çekilen güç: 86,51 MW
• 2016 Yılı
• 286.821.035 TL/YIL
• Anlık çekilen güç: 136,24 MW
kaynak: İstanbul Büyük Şehir Belediyesi

9. İSKİ Enerji Tüketimi
İstanbul
• 12 Adet içme suyu arıtma tesisinde
• 4,369 Milyon m3/gün
• Toplam elektrik tüketiminin %3,28 İçme Suyu Arıtma
• 9.407.730 TL/YIL
kaynak: İstanbul Büyük Şehir Belediyesi
Elektriğin fiyatı: 31 KRŞ/kWh
Tüm masraflar eklendiğinde 41,17KRŞ/kWh

10. Temas Tankı
Dezenfektan
Yayıcıları
Arıtılmış su
Dezenfektan besleme
boruları
Su girişi
g
Perde

11. Amaç (Ar-Ge Çalışmaları)
• Temas sisteminin gerçek verimi nasıl belirlenebilir?
• Temas sisteminin verimi arttırılarak enerji sarfiyatları düşürülebilir mi?
• Temas sisteminin verimi nasıl arttırılabilir?

12. Temas tanklarının gerçek verimlerini biliyor muyuz?
Temas tanklarını doğru projelendiriyor muyuz?
Dezenfektan
Yayıcıları
Arıtılmış su
Dezenfektan besleme
boruları
Su girişi
g
Perde Ölü bölgeKısa devre
Vpiston
Vpiston
Vpiston
Vpiston
 /pistonV Q
Piston Akımı Varsayımı ile projelendiriyoruz..

13. Eskişehir Temas Tankı
Ø 600 Giriş Borusu
KLOR TEMAS TANKI VE
TEMİZ SU TANKLARI
Klor Temas Tankı 1 Klor Temas Tankı 2
Temiz Su Tankı 1 Temiz Su Tankı 2
Ø 600 Taşkın Ø 600 Taşkın
41.15 m 41.15 m
6.5m
6.5m
Giriş
Çıkış
Şaşırtma perdeleri
6.2m
41.15 m
Q
Q
Savak
Savak

14. YÖNTEM
Hareket Denklemleri
0i
i
u
x



 1 1 ij iji ji
i i
j j j
Tu uu p
g f
t x x x

 
   
     
   
(1)
(2)
 2 ; / / / 2ij ij ij i j j iS S u x u x       (3)
2
3
ijij i j t ijT u u S k        (4)

15. YÖNTEM
CFD (Computational Fluid Dynamics) Çalışmalarında:
..ticari yazılım mı?
..açık kaynak kodlu bedava yazılım mı?

16. YÖNTEM
Açık kaynak kodlu yazılımlar bedava olmalarının
yanında aynı zamanda ticari yazılımlara göre teknik
açıdan üstünlük sağlıyorsa..
…ve biz CFD çalışmalarında ticari yazılımları
kullanmaya devam ediyorsak..
Türkiye’deki kurumlarda, üniversitelerde ve özel
sektörde Ar-Ge yapan firmalarda CFD yazılımlarının
maliyeti yılda kaç milyon $?

17. Kritik bir Öneri..
İnşaat Mühendisliği Bölümlerinden
mezun CFD konusunda yüksek lisans ve
doktora seviyesinde uzmanlaşmış
kişilerin yetiştirileceği programlar
açılmalı, bu programlar teşvik edilmeli!

18. Sayısal Benzetim ve Sonuçlar
z
x
y
g
0.18 m
H=0.21 m
0.03 m
Q
Q
Perde
Perde Perde
Taban
Re 2740
Vpiston
Vpiston
Vpiston
Vpiston

19. İzleyici Çalışması
 
    
   
     
j t
j j j
C C C
u D D
t x x x
(5)

20. İzleyici Çalışması

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
F(
t10/
t50
/
t90/

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0.5
1
1.5
2
2.5
E(
 


giriş enjeksiyon
C
E
C T
/V Q 
t



Metot
RONS 0.380 0.902 2.171
LES 0.373 0.965 2.165
Deneysel [Kim ve ark. 2010] 0.334 0.875 1.762
10/t 50/t 90/t

21. Verimin değerlendirilmesi
10 0.3   Kötü
10 0.5   Orta
10 0.7   İyi
10 1   Mükemmel (piston akım)
Hidrolik verim

22. Verimin değerlendirilmesi
Karışım verimi
Endeks Tanımı Aralık Piston
Akımı
Morrill 0-21.9 1
Dispersiyon 0-1 0
Aral-Demirel 0-9 -
90 10/Mo  
 
 
2
0
2
0
1
1
m
E d
E d
  

  


 


90
10
1
1
AD






23. Verimin değerlendirilmesi
• Geleneksel tasarımların verimleri düşük..
• Verimi yüksek yeni tasarımlar üzerine Ar-Ge çalışmaları
yapılmakta.
• Bir şehirdeki temas sisteminin hidrolik ve karışım verimleri
tüm fiziksel etkiler dikkate alınarak belirlenmeli..

24. Yeni Perde Tasarımı
z
x
y
g
0.18 m
H=0.21 m
0.03 m
Q
Q
Perde
Perde Perde
Taban
2015-2016 yılları arasında ABD Georgia Teknoloji Enstitüsü İnşaat
Mühendisliği Bölümünde Prof.Dr. Mustafa M. Aral ile yapılan çalışmalar
sonucundan bu tasarım geliştirilmiş ve ABD’de ön patenti alınmıştır.

25. Yeni Perde Tasarımı
• Deliklerden çıkan su jetleri komşu odadaki ölü bölgeleri aktif karışım
bölgeleri haline dönüştürerek karışım verimini arttırmakta.
• Kısa devreye neden olan jetin hızı azaltılarak kısa devre etkileri
azaltıldı, temas sisteminin hidrolik verimi arttırıldı.
• Su ve katı yüzeyler arasındaki sürtünme kayıpları azaltılarak tank
içinde suyun iletilmesi için pompaların harcadığı enerji azaltıldı.

26. Yeni Perde Tasarımı
Mo AD (m2/s2)
Klasik tasarım 0.380 5.713 0.377 1.651 10.500
Yeni tasarım 0.595 2.797 0.201 1.182 5.156
İyileştirme (%) 56.57 51.05 46.76 28.39 50.89
10/t 2
 /p 

27. Yeni Perde Tasarımı
Parametre Tesis kapasitesi (MGD)
1 5 10 20 50 100 250
Enerji tüketimi (kWh/gün) 140 560 1,125 1,500 3,840 7,670 19,175
Toplam kazanç (kWh/gün) 71,44 285,77 574,09 765,45 1.959,55 3.914,00 9.785,00
Toplam kazanç ($/yıl) 1.825 7.301 14.668 19.557 50.067 100.003 250.007
Elektriğin fiyatı: 0,07 $/kWh
Aral, M.M. and Demirel, E. (2017) “Novel slot-baffle design to improve mixing efficiency and reduce cost of disinfection in
drinking water treatment”, Journal of Environmental Engineering, ASCE.

28. Yeni Perde Tasarımı
Elektriğin fiyatı: 0,4117 TL/kWh
2016 verilerine göre İzmir’de kente verilen su miktarı 592.817 m3/gün
Parametre Tesis kapasitesi (m3/gün)
3.781,41 18.907,1 37.814,1 75.628,2 189.070,5 378.141,0 945.352,5
Enerji tüketimi (kWh/gün) 140 560 1,125 1,500 3,840 7,670 19,175
Toplam kazanç (kWh/gün) 71,44 285,77 574,09 765,45 1.959,55 3.914,00 9.785,00
Toplam kazanç (TL/yıl) 10.735 42.943 86.269 115.024 294.463 588.159 1.470,397
Eskişehir’de kente verilen su miktarı 100.000 m3/gün
Ankara’da kente verilen su miktarı 1,112 Milyon m3/gün
İstanbul’da kente verilen su miktarı 4,369 Milyon m3/gün

29. Yeni Perde Tasarımı
Mo AD (m2/s2)
Klasik tasarım 0,380 5,713 0,377 1,651 10,500
Yeni tasarım 0,595 2,797 0,201 1,182 5,156
İyileştirme (%) 56,57 51,05 46,76 28,39 50,89
10/t 2
 /p 
İstanbul
• 12 Adet içme suyu arıtma tesisinde
• 4,369 Milyon m3/gün
• Toplam elektrik tüketiminin %3,28 İçme Suyu Arıtma
• 9.407.730 TL/YIL
• Temas sistemindeki enerji maliyetini tam olarak bilmiyoruz…
• Bir şehirdeki enerji tüketimini %20 bile azaltabilirsek ülke genelinde büyük oranda enerji
tasarrufu sağlanmış olur.

30. Teklif..
• Temas sisteminin geometrik verileri ve akıma ait
veriler yetkililer tarafından sunulursa, yeni temas
sisteminin uygulanması ile yılda ne kadar enerji
tasarrufu sağlanabileceği belirlenebilir..

31. Teklif..
Yeni perde tasarımı patentlenmiş bir fikirdir..
Karar verici pozisyonundaki kişiler bizimle
temasa geçerlerse uygun bir Ar-Ge
sözleşmesi yapılarak bir proje üretilebilir..
Böylece mevcut temas sistemi revize edilerek
enerji verimi arttırılabilir.
Aral, M.M. and Demirel, E., A New Baffle Design to Improve
Mixing and Reduce the Flow Through Energy Requirements in
Chlorine and Ozone Contact Tanks, Patent # 62/498,260, 10
January 2017.

32. Sonuçlar
• Piston akımı varsayımına göre projelendirilen temas tanklarının gerçek
verimleri bilinmemektedir.
• Temas tankları tüm fiziksel etkiler dikkate alınarak Hesaplamalı
Akışkanlar Dinamiği yöntemleri ile projelendirilmesi gerekmektedir.

33. Sonuçlar
• Su arıtma tesislerinin tasarım ve işletme esasları buna göre
tekrar düzenlenmelidir.
• Önerilen yeni perde tasarımı ile temas sistemlerinin verimleri
yaklaşık %50 mertebesinde arttırılabilmektedir.

34. Sonuçlar
• İnşaat Mühendisleri Odası (İMO) Su Yapılarının projelendirilmesi
konusunda bir ihtisas komisyonu kurarak yönetmeliklerin yenilenmesi
için sorumluluk almalıdır.

35. Bilimsel Çalışmalar
• Demirel, E. Aral M.M. (2016). “Unified Analysis of Multi-Chamber Contact Tanks and Mixing Efficiency
Evaluation Based on Vorticity Field. Part I: Hydrodynamic Analysis“, Water 8(11)
• Demirel, E. Aral M.M. (2016). “Unified Analysis of Multi-Chamber Contact Tanks and Mixing Efficiency
Evaluation Based on Vorticity Field. Part II: Transport Analysis“, Water 8(11)
• Aral, M.M. and Demirel, E. (2017). “ Novel Slot-Baffle Design to Improve Mixing Efficiency and Reduce Cost
of Disinfection in Drinking Water Treatment“, Journal of Environmental Engineering ASCE, 143, 9, 1-5.
• Aral, M.M. and Demirel, E. (2017), A New Baffle Design to Improve Mixing and Reduce the Flow Through
Energy Requirements in Chlorine and Ozone Contact Tanks, Patent # 62/498,260, 10 January 2017.
• Demirel, E. and Aral M.M. (2017). “An Efficient Contact Tank Design for Potable Water Treatment“, Teknik
Dergi, İMO, (inceleniyor..).
• Demirel, E. and Aral, M.M. (2017). “An Evaluation of Performance of Efficiency Indexes for Contant Tanks“,
Journal of Environmental Engineering ASCE (inceleniyor..)