Karbonat olmayan sertlik

Karbonat olmayan sertlik, suyun toplam sertliğinin karbonat ve bikarbonat alkalinitesiyle eşdeğer olmayan bölümüdür. Başka bir ifadeyle toplam sertlik, kalsiyum karbonat eşdeğeri üzerinden ifade edilen toplam alkaliniteyi aşıyorsa aradaki fark karbonat olmayan sertlik olarak adlandırılır. Bu sertlik türü çoğunlukla Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarının SO₄²⁻, Cl⁻ ve NO₃⁻ gibi alkalinite oluşturmayan anyonlarla ilişkili bölümünden kaynaklanır. Geleneksel kaynaklarda kalıcı sertlik olarak da anılır; ancak laboratuvar hesaplamaları ve su kimyası bakımından “karbonat olmayan sertlik” daha kesin bir terimdir. Kaynatmayla kolayca giderilememesi, kimyasal yumuşatma proseslerinde soda külü gereksinimini artırması ve membran sistemlerinde mineral çökelmesine katkıda bulunabilmesi nedeniyle su arıtımında önem taşır.^[1][2]

Karbonat Olmayan Sertliğin Kimyasal Tanımı

Su sertliği, çözünmüş çok değerlikli katyonların ortak etkisini tanımlayan bir su kalitesi özelliğidir. Doğal sularda bu özelliğin büyük bölümü Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarından kaynaklanır. Fe²⁺, Mn²⁺, Sr²⁺ ve Ba²⁺ gibi diğer çok değerlikli iyonlar da sertliğe katkıda bulunabilir; ancak çoğu tatlı su kaynağında kalsiyum ve magnezyum baskındır.^[3][4]

Toplam sertlik, karbonat sertliği ile karbonat olmayan sertliğin toplamıdır:

Toplam sertlik = Karbonat sertliği + Karbonat olmayan sertlik

Karbonat sertliği, Ca²⁺ ve Mg²⁺ eşdeğerlerinin HCO₃⁻, CO₃²⁻ ve suyun toplam alkalinitesini oluşturan diğer türlerle dengelenebilen bölümüdür. Sertliğin alkaliniteyi aşan kısmı ise karbonat olmayan sertliktir. ABD Jeoloji Araştırmaları Kurumu, bikarbonat ve karbonat konsantrasyonlarına eşdeğer veya bunlardan düşük sertliği karbonat sertliği, bu eşdeğerliği aşan sertliği ise karbonat olmayan sertlik olarak tanımlamaktadır.^[1]

Bu sınıflandırma, su içinde belirli tuz moleküllerinin sürekli olarak eşleşmiş durumda bulunduğu anlamına gelmez. Çözünmüş CaSO₄, CaCl₂ veya MgSO₄ gibi tuzlar suda büyük ölçüde iyonlarına ayrılır. “Kalsiyum sülfat sertliği” ifadesi, Ca²⁺ iyonunun SO₄²⁻ ile sabit bir molekül çifti hâlinde dolaştığını değil, iyon dengesi içinde karbonat alkalinitesini aşan kalsiyum eşdeğerinin sülfat gibi anyonlarla dengelendiğini anlatır.

Karbonat Olmayan Sertlik ile Kalıcı Sertlik Arasındaki İlişki

Karbonat olmayan sertlik ve kalıcı sertlik günlük teknik kullanımda çoğunlukla aynı anlamda kullanılır. “Kalıcı sertlik” adı, bu sertlik bölümünün kaynatmayla kolayca çöktürülememesinden kaynaklanır. Bununla birlikte “kalıcı” kelimesi sertliğin hiçbir arıtma yöntemiyle giderilemeyeceğini düşündürebileceği için bilimsel ve analitik metinlerde karbonat olmayan sertlik terimi tercih edilir.

Karbonat olmayan sertlik; iyon değişimi, kireç-soda yumuşatma, nanofiltrasyon, ters ozmoz, elektrodiyaliz, damıtma veya tam demineralizasyon gibi yöntemlerle azaltılabilir. Bu nedenle kalıcılık, bütün arıtma proseslerine karşı değişmezlik değil, kaynatma ve karbondioksit uzaklaştırma işlemlerine karşı davranışı ifade eder.

Karbonat olmayan sertlik ile kalıcı sertlik arasındaki eş anlamlılık da her durumda mutlak kabul edilmemelidir. Çok yüksek sıcaklık, basınç veya buharlaşma oranına sahip endüstriyel sistemlerde karbonat olmayan bazı tuzlar da çözünürlük sınırını aşarak çökelebilir. Buna rağmen sertlik sınıflandırması, sıradan kaynatma deneyinden çok toplam sertlik ve alkalinite arasındaki analitik ilişkiye dayanır.

Karbonat Olmayan Sertliği Oluşturan İyonlar

Karbonat olmayan sertliğin başlıca katyonları Ca²⁺ ve Mg²⁺, bunlarla elektriksel denge sağlayan başlıca anyonlar ise SO₄²⁻, Cl⁻ ve NO₃⁻ türleridir. Florür, silikat ve bazı organik anyonlar belirli su bileşimlerinde sınırlı katkıda bulunabilir. Kansas Geological Survey tarafından yayımlanan hidrojeolojik kaynaklarda karbonat olmayan sertliğin özellikle kalsiyum ve magnezyumun sülfat ve klorür tuzlarıyla ilişkili olduğu belirtilmektedir.^[5]

Yaygın bileşik gösterimleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bunlar su analizindeki iyonların olası kaynaklarını ve eşdeğerlik ilişkilerini açıklamak için kullanılan kimyasal gösterimlerdir.

Bir suda yüksek sülfat, klorür veya nitrat bulunması tek başına karbonat olmayan sertliğin yüksek olduğu anlamına gelmez. Bu anyonların Na⁺ veya K⁺ ile dengelenen bölümü sertlik oluşturmaz. Benzer biçimde yüksek Ca²⁺ ve Mg²⁺ konsantrasyonu da tek başına karbonat olmayan sertliğin miktarını göstermez; katyonların alkaliniteyle eşdeğer olan bölümü karbonat sertliği olarak sınıflandırılır.

Doğal Oluşum Mekanizmaları

Karbonat olmayan sertliğin doğal düzeyi, suyun temas ettiği kayaçlara, yer altındaki kalış süresine, çözünmüş karbondioksit miktarına, mineral doygunluğuna ve akiferin hidrojeolojik özelliklerine bağlıdır. Kalsiyum ve magnezyum içeren mineraller çözündükçe bu katyonlar suya geçer. Karşı anyonların sülfat veya klorür olması durumunda toplam sertliğin alkaliniteyi aşan bölümü büyüyebilir.

Jipsin çözünmesi kalsiyum ve sülfat sağlar:

CaSO₄·2H₂O ⇌ Ca²⁺ + SO₄²⁻ + 2H₂O

Anhidritin çözünmesi de benzer biçimde kalsiyum sülfat iyonları oluşturur:

CaSO₄ ⇌ Ca²⁺ + SO₄²⁻

Karbonatlı kayaçların çözünmesi çoğunlukla karbonat sertliğiyle ilişkilidir. Buna karşılık jips, anhidrit, evaporit tabakaları ve tuzlu jeolojik oluşumlar karbonat olmayan sertlik bakımından daha belirgin kaynaklar olabilir. Ancak doğal sularda birden fazla mineral eş zamanlı olarak çözündüğünden yalnızca tek bir kayaç türüne dayanarak sertlik bileşimi belirlenemez.^[3]

İnsan Faaliyetlerinin Etkisi

Karbonat olmayan sertlik yalnızca doğal jeolojik süreçlerden kaynaklanmaz. Madencilik drenajı, endüstriyel atık sular, sulama dönüş suları, düzenli depolama alanı sızıntıları, yol tuzları ve bazı kimyasal uygulamalar suyun Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄²⁻, Cl⁻ veya NO₃⁻ bileşimini değiştirebilir.

Örneğin sülfürlü minerallerin oksidasyonu sonucunda oluşan asidik drenaj, çevredeki karbonatlı mineralleri çözerek suya Ca²⁺ ve Mg²⁺ geçişini artırabilir. Asit nötralize edilirken alkalinite tüketilebildiğinden sertliğin alkaliniteyi aşan bölümü büyüyebilir. Sulama dönüş sularında ise buharlaşma ve bitki su tüketimi çözünmüş tuzların yoğunlaşmasına neden olabilir.

Bir su numunesinde karbonat olmayan sertliğin yüksek bulunması tek başına kirlenme kanıtı değildir. Kaynağın doğal jeolojisi, geçmiş analizleri, hidrojeolojik akış yönü, sülfat ve klorür oranları, nitrat düzeyi ve arazi kullanımı birlikte değerlendirilmelidir.

Alkalinite ile İlişkisi

Alkalinite, suyun asitleri nötralize etme kapasitesidir. Doğal sularda bu kapasitenin büyük bölümü HCO₃⁻ ve CO₃²⁻ iyonlarından kaynaklanır; yüksek pH koşullarında OH⁻, bazı sularda ise borat, fosfat, silikat ve organik bazlar da alkaliniteye katkıda bulunabilir.^[6]

Sertlik ile alkalinite farklı özelliklerdir:

• Sertlik başlıca Ca²⁺ ve Mg²⁺ gibi katyonlarla ilgilidir.
• Alkalinite suyun asit nötralize etme kapasitesini ifade eder.
• Her iki parametre de karşılaştırılabilmeleri için çoğunlukla mg/L CaCO₃ cinsinden raporlanır.
• Toplam sertliğin alkaliniteyi aşan bölümü karbonat olmayan sertliktir.

Florida Üniversitesinin su kalitesi rehberinde, alkaliniteyi aşan sertliğin karbonat olmayan sertliği temsil ettiği belirtilmektedir.^[2]

Alkalinitesi yüksek bir suyun karbonat olmayan sertliği düşük olabilir. Örneğin toplam sertliği 150 mg/L CaCO₃, alkalinitesi 220 mg/L CaCO₃ olan bir suda bütün sertlik karbonat sertliği kabul edilir ve karbonat olmayan sertlik sıfırdır. Alkalinitenin sertliği aşan bölümü Na⁺ veya K⁺ gibi sertlik oluşturmayan katyonlarla dengelenebilir.

Buna karşılık toplam sertliği 300 mg/L CaCO₃, alkalinitesi 100 mg/L CaCO₃ olan bir suda karbonat olmayan sertlik 200 mg/L CaCO₃’tür. Böyle bir iyon bileşimi, kalsiyum ve magnezyumun önemli bölümünün sülfat, klorür veya alkalinite oluşturmayan diğer anyonlarla dengelendiğini düşündürür.

Hesaplama Yöntemi

Karbonat olmayan sertlik çoğunlukla ayrı bir laboratuvar deneyiyle doğrudan ölçülmez. Toplam sertlik ve toplam alkalinite aynı numunede belirlenir; sonuçlar mg/L CaCO₃ birimine dönüştürüldükten sonra hesaplama yapılır.

Karbonat sertliği = Toplam sertlik ile toplam alkalinitenin küçük olanı

Karbonat olmayan sertlik = Toplam sertlik − Karbonat sertliği

Bu ilişki tek formülde şöyle gösterilebilir:

Karbonat olmayan sertlik = En yüksek değer olarak 0 veya toplam sertlik − toplam alkalinite

Toplam alkalinite toplam sertlikten büyük olduğunda matematiksel fark negatif çıkar. Analitik raporlamada negatif karbonat olmayan sertlik verilmez; değer sıfır kabul edilir.

Birinci Hesaplama Örneği

Bir su numunesinde toplam sertlik 320 mg/L CaCO₃, toplam alkalinite 185 mg/L CaCO₃ olarak ölçülmüş olsun:

Karbonat sertliği = 185 mg/L CaCO₃

Karbonat olmayan sertlik = 320 − 185

Karbonat olmayan sertlik = 135 mg/L CaCO₃

Bu sonuç, toplam sertliğin 135 mg/L CaCO₃’lük bölümünün karbonat ve bikarbonat alkalinitesiyle eşdeğer olmadığını gösterir.

İkinci Hesaplama Örneği

Toplam sertlik 140 mg/L CaCO₃, toplam alkalinite 210 mg/L CaCO₃ ise:

Karbonat sertliği = 140 mg/L CaCO₃

Karbonat olmayan sertlik = 0 mg/L CaCO₃

Bu örnekte toplam sertliğin tamamı alkaliniteyle eşdeğer olduğundan karbonat olmayan sertlik bulunmaz. Alkalinitenin kalan 70 mg/L CaCO₃’lük bölümü sertlik oluşturmayan katyonlarla dengelenmiştir.

Toplam Sertliğin Kalsiyum ve Magnezyumdan Hesaplanması

Toplam sertlik doğrudan ölçülmemiş, ancak kalsiyum ve magnezyum konsantrasyonları biliniyorsa CaCO₃ eşdeğeri şu formülle hesaplanabilir:^[2]

Toplam sertlik, mg/L CaCO₃ = 2,497 × Ca, mg/L + 4,118 × Mg, mg/L

Burada Ca, element olarak ölçülen kalsiyum konsantrasyonunu; Mg ise element olarak ölçülen magnezyum konsantrasyonunu ifade eder. Katsayılar, iyonların eşdeğer ağırlıklarının CaCO₃ eşdeğerine dönüştürülmesinden kaynaklanır.

Örneğin bir su numunesinde 68 mg/L kalsiyum ve 22 mg/L magnezyum bulunuyorsa:

Kalsiyum sertliği = 2,497 × 68 = 169,80 mg/L CaCO₃

Magnezyum sertliği = 4,118 × 22 = 90,60 mg/L CaCO₃

Toplam sertlik = 169,80 + 90,60 = 260,40 mg/L CaCO₃

Numunenin toplam alkalinitesi 155 mg/L CaCO₃ ise:

Karbonat olmayan sertlik = 260,40 − 155 = 105,40 mg/L CaCO₃

Bu hesaplama Ca²⁺ ve Mg²⁺ dışındaki sertlik oluşturan katyonları kapsamaz. Demir, mangan, stronsiyum veya baryumun olağan dışı düzeylerde bulunduğu sularda kalsiyum ve magnezyumdan hesaplanan değer, doğrudan ölçülen toplam sertlikten farklı olabilir.

Ölçüm ve Analiz Yöntemleri

Toplam Sertlik Analizi

Toplam sertlik yaygın olarak etilendiamintetraasetik asit titrasyonu ile belirlenir. EDTA, Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarıyla kompleks oluşturur. Numune uygun pH’a tamponlanır, metal indikatörü eklenir ve renk değişimine kadar standart EDTA çözeltisiyle titre edilir.

EDTA yöntemi toplam sertliği verir; karbonat ve karbonat olmayan sertliği doğrudan ayırmaz. Ayrım için aynı numunenin toplam alkalinitesinin de ölçülmesi gerekir.

Alkalinite Analizi

Alkalinite analizinde numuneye standart asit eklenir ve pH değişimi izlenir. Bikarbonat, karbonat, hidroksit ve diğer asit nötralize eden türler tüketildikçe titrasyon eğrisi oluşur. ABD Jeoloji Araştırmaları Kurumu, alkalinite ölçümünde numuneye aşamalı olarak asit eklenmesini ve pH’ın izlenmesini kullanılan temel yaklaşımlardan biri olarak açıklamaktadır.^[6]

Enstrümantal İyon Analizleri

Kalsiyum ve magnezyum; atomik absorpsiyon spektrometrisi, indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometrisi veya indüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometrisiyle ölçülebilir. Sülfat, klorür ve nitrat için iyon kromatografisi veya uygun spektrofotometrik yöntemler kullanılabilir.

Ayrıntılı iyon analizi, karbonat olmayan sertliğin yalnızca miktarını değil, hangi anyonlarla ilişkili olabileceğini de değerlendirmeye yardımcı olur. Bununla birlikte iyon çiftleri belirlenirken elektriksel yük dengesi kullanılmalı; çözeltideki iyonlar değişmez tuz molekülleri şeklinde yorumlanmamalıdır.

Kullanılan Birimler

Karbonat olmayan sertlik çoğunlukla mg/L CaCO₃ cinsinden ifade edilir. CaCO₃, numunede bulunan gerçek mineral miktarını değil, farklı iyonların ortak eşdeğerlik biriminde karşılaştırılmasını sağlar.

Toplam sertlik sınıflandırmaları doğrudan karbonat olmayan sertlik sınıflandırması değildir. Örneğin USGS tarafından kullanılan 0–60 mg/L yumuşak, 61–120 mg/L orta sert, 121–180 mg/L sert ve 180 mg/L üzeri çok sert sınıfları toplam sertliği ifade eder.^[3]

Kaynatma Sırasındaki Davranışı

Karbonat sertliğinde ısıtma, çözünmüş CO₂’nin uzaklaşmasını ve karbonat dengesinin değişmesini sağlayabilir. Uygun koşullarda CaCO₃ çökelir ve sertliğin bir bölümü sudan ayrılabilir. Karbonat olmayan sertlikte ise sertlik iyonlarını çöktürecek yeterli karbonat alkalinitesi bulunmaz.

CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂ ve MgCl₂ ile ilişkili Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonları sıradan kaynatma sırasında genel olarak çözeltide kalır. Suyun bir bölümü buharlaştığında kalan sudaki tuz konsantrasyonu artabilir. Bu nedenle kaynatma karbonat olmayan sertliği güvenilir biçimde azaltan bir yöntem değildir.

Uzun süreli buharlaşma, yüksek basınç veya endüstriyel kazan koşullarında bazı sülfat ve silikat mineralleri çökelebilir. Ancak bu durum, kaynatmanın evsel veya merkezi ölçekte uygun bir karbonat olmayan sertlik giderim yöntemi olduğu anlamına gelmez.

Su Kalitesine ve Kullanıma Etkileri

Sabun ve Deterjan Kullanımı

Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonları klasik sabunların yağ asidi anyonlarıyla çözünürlüğü düşük bileşikler oluşturur. Bu reaksiyon sabunun bir bölümünü tüketir, köpük oluşumunu azaltır ve yüzeylerde kalıntı meydana getirebilir. Karbonat sertliği ile karbonat olmayan sertlik bu bakımdan benzer davranır; çünkü sabunla tepkimeyi belirleyen temel etken karşı anyon değil, Ca²⁺ ve Mg²⁺ konsantrasyonudur.^[1]

Kazan ve Buhar Sistemleri

Kazanlarda su buharlaştıkça çözünmüş tuzlar sıvı fazda yoğunlaşır. Kalsiyum sülfat, magnezyum bileşikleri, silika ve diğer mineraller çözünürlük sınırlarını aşarak ısı transfer yüzeylerinde birikebilir. Karbonat olmayan sertliğin yüksek olduğu sularda yalnızca kireç dozuna dayanan yumuşatma yeterli olmayabilir.

Mineral tabakalar ısı iletimini azaltabilir, metal yüzey sıcaklığını yükseltebilir, enerji tüketimini artırabilir ve ekipman arızası riskini büyütebilir. Birikimin yapısı sertlik dışında sıcaklık, basınç, pH, alkalinite, silika, fosfat ve çevrim sayısından da etkilenir.

Soğutma Sistemleri

Açık devre soğutma kulelerinde buharlaşan su sistemden saf suya yakın biçimde ayrılırken çözünmüş mineraller devrede kalır. Çevrim sayısı arttıkça Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄²⁻ ve Cl⁻ konsantrasyonları yükselir. Karbonat olmayan sertlik mineral çökelmesi, korozyon ve kimyasal şartlandırma gereksinimi bakımından önem kazanır.

Sülfat ve klorür aynı zamanda korozyon davranışını etkileyebilir. Bu nedenle yalnızca toplam sertlik değil; alkalinite, pH, iletkenlik, sülfat, klorür ve sıcaklık birlikte izlenmelidir.

Membran Prosesleri

Nanofiltrasyon ve ters ozmoz sistemlerinde ürün suyu membrandan geçerken çözünmüş iyonların önemli bölümü konsantre akımda kalır. Geri kazanım oranı yükseldikçe Ca²⁺, Mg²⁺ ve SO₄²⁻ yoğunlaşır. Uygun koşullarda CaSO₄, BaSO₄ veya SrSO₄ gibi düşük çözünürlüklü mineraller membran yüzeyinde çökelebilir.

ABD Çevre Koruma Ajansı, nanofiltrasyonun sertlik gideriminde; ters ozmozun ise çözünmüş katılar ve çok sayıda inorganik bileşenin azaltılmasında kullanılabildiğini belirtmektedir.^[7]

Membran taşlaşması riski yalnızca karbonat olmayan sertlik değerinden hesaplanamaz. Ayrıntılı iyon analizi, sıcaklık, pH, iyonik güç, geri kazanım oranı, membran türü ve antiskalant özellikleri birlikte değerlendirilmelidir.

İçme Suyu ve Sağlık Açısından Değerlendirme

Karbonat olmayan sertlik tek başına belirli bir toksik maddenin adı değildir. Sertliğin temel bileşenleri olan kalsiyum ve magnezyum, insan beslenmesi için gerekli minerallerdir. Dünya Sağlık Örgütü sertlik için sağlık temelli bir içme suyu kılavuz değeri oluşturmamıştır.^[8]

Health Canada da sertliği operasyonel ve estetik açıdan değerlendirilen parametreler arasında ele almakta; sertlik için sağlık temelli azami kabul edilebilir konsantrasyon oluşturulmasını destekleyecek yeterli kanıt bulunmadığını belirtmektedir.^[4]

Bununla birlikte karbonat olmayan sertlikle ilişkili anyonlar ayrı ayrı değerlendirilmelidir. Sülfat, klorür ve nitratın sağlık, tat, korozyon veya tüketici kabulü bakımından farklı ölçütleri bulunabilir. Bir suyun karbonat olmayan sertlik değerinin kabul edilebilir olması, nitrat veya diğer kimyasal parametrelerin de uygun olduğu anlamına gelmez.

Sertliğin giderilmiş olması da suyun bütünüyle güvenli olduğunu göstermez. Mikrobiyolojik kalite, toksik elementler, organik kirleticiler ve yürürlükteki mevzuatta yer alan diğer parametreler ayrıca incelenmelidir.

Karbonat Olmayan Sertliğin Giderilmesi

Katyon Değişimi

Sodyum çevrimli katyon değiştirici reçineler Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarını tutar ve bunların yerine Na⁺ verir. İşlem, sertlik iyonlarının hangi anyonlarla ilişkili olduğundan bağımsız çalıştığı için hem karbonat hem karbonat olmayan sertliği azaltabilir.^[9]

Basitleştirilmiş değişim tepkimeleri şöyledir:

2R–Na + Ca²⁺ → R₂–Ca + 2Na⁺

2R–Na + Mg²⁺ → R₂–Mg + 2Na⁺

Reçinenin kapasitesi dolduğunda genellikle NaCl çözeltisiyle rejenerasyon yapılır. Rejenerasyon sonucunda kalsiyum, magnezyum, sodyum ve klorür bakımından yoğun bir atık su oluşur. EPA, katyon değiştirici yumuşatıcıların rejenerasyon sırasında su ve tuz tükettiğini vurgulamaktadır.^[10]

Sodyum çevrimli yumuşatma sülfat, klorür veya nitrat anyonlarını doğrudan gidermez. Sertlik katyonları sodyumla değiştirildiği için toplam çözünmüş madde miktarı aynı oranda azalmaz ve ürün suyunun sodyum konsantrasyonu yükselir.

Kireç-Soda Yumuşatma

Karbonat sertliği yalnızca kireç kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilirken karbonat olmayan kalsiyum sertliğinin gideriminde CO₃²⁻ kaynağına ihtiyaç duyulur. Bu amaçla soda külü olarak bilinen Na₂CO₃ kullanılır.

Temel çökelme tepkimesi şöyledir:

Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓

Kalsiyum sülfat için basitleştirilmiş moleküler gösterim:

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄

Kalsiyum klorür için:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl

Magnezyumun çöktürülmesi için pH yükseltilerek Mg(OH)₂ oluşturulur:

Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓

Magnezyumun karbonat olmayan sertlik bölümünün gideriminde kireç kullanıldığında suya eşdeğer miktarda kalsiyum eklenebilir. Bu kalsiyumun da soda külüyle CaCO₃ biçiminde çöktürülmesi gerekir. Bu nedenle yüksek magnezyumlu ve yüksek karbonat olmayan sertlikli sularda hem kireç hem soda külü ihtiyacı artar.

Kireç-soda prosesi hızlı karıştırma, flokülasyon, çöktürme, çamur uzaklaştırma, filtrasyon ve çoğu uygulamada pH düzenleme aşamalarını gerektirir. Oluşan CaCO₃ ve Mg(OH)₂ katıları arıtma çamuru meydana getirir. Kimyasal dozlar ham su sertliği, alkalinite, magnezyum miktarı, serbest CO₂, pH ve hedef artık sertliğe göre hesaplanmalıdır.

Nanofiltrasyon

Nanofiltrasyon membranları iki değerlikli iyonlara karşı genellikle yüksek tutma eğilimi gösterir. Bu nedenle Ca²⁺, Mg²⁺ ve SO₄²⁻ gibi karbonat olmayan sertlikle ilişkili iyonların azaltılmasında kullanılabilir. Tek değerlikli Na⁺ ve Cl⁻ iyonlarının geçişi membran yapısına ve işletme koşullarına bağlı olarak daha yüksek olabilir.

Nanofiltrasyon konsantre akım oluşturur. Membran taşlaşması, organik kirlenme, ön arıtma ve kimyasal temizlik gereksinimi proses tasarımında dikkate alınmalıdır. Giderim performansı membran türüne, basınca, sıcaklığa, pH’a ve geri kazanım oranına göre değişir.^[7]

Ters Ozmoz

Ters ozmoz Ca²⁺ ve Mg²⁺ ile birlikte sülfat, klorür ve çok sayıda çözünmüş iyonu azaltabilir. Böylece karbonat olmayan sertliğin yanı sıra toplam çözünmüş madde de düşürülebilir. Yöntem, yalnızca yumuşatma değil daha kapsamlı tuz giderimi gerektiğinde uygulanır.

Besleme suyundaki sertlik iyonları konsantre akımda yoğunlaştığı için ön arıtma önemlidir. İyon değişimi, kimyasal yumuşatma, antiskalant dozlaması, pH düzenleme veya daha düşük geri kazanım oranı kullanılabilir. Sistem basınç enerjisi tüketir ve mineralce zengin bir konsantre akım oluşturur.^[9]

Tam Demineralizasyon

Hidrojen çevrimli katyon değiştirici reçine Ca²⁺, Mg²⁺ ve diğer katyonları H⁺ ile değiştirir. Ardından hidroksit çevrimli anyon reçinesi SO₄²⁻, Cl⁻ ve NO₃⁻ gibi anyonları OH⁻ ile değiştirir. H⁺ ve OH⁻ birleşerek H₂O oluşturur.

Bu sistem karbonat olmayan sertliğin hem katyon hem anyon bileşenlerini azaltabilir. Yüksek saflıkta kazan besi suyu, laboratuvar suyu ve bazı endüstriyel proseslerde kullanılır. Reçinelerin asit ve bazla rejenerasyonu kimyasal güvenlik, atık nötralizasyonu ve eğitimli işletme personeli gerektirir.

Damıtma

Damıtma sırasında su buharlaştırılır ve başka bir yüzeyde yoğunlaştırılır. Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄²⁻ ve Cl⁻ gibi uçucu olmayan iyonlar büyük ölçüde kaynatma kabında kalır. Böylece hem karbonat hem karbonat olmayan sertlik ürün suyundan ayrılabilir.

Enerji tüketiminin yüksek olması, kaynatma yüzeyinde mineral birikmesi ve düzenli temizlik gereksinimi yöntemin temel sınırlamalarıdır.

Karbonat Olmayan Sertliği Gidermeyen İşlemler

Bazı arıtma veya şartlandırma işlemleri sertlik giderimiyle karıştırılabilir:

• Aktif karbon: Klor, tat, koku ve bazı organik maddeler için kullanılabilir; çözünmüş Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarını genel olarak gidermez.
• Sediment filtresi: Askıda katıları tutar; çözünmüş karbonat olmayan sertliği azaltmaz.
• Kaynatma: Karbonat sertliğinin bir bölümünü çöktürebilir; karbonat olmayan sertlik için etkili değildir.
• Antiskalant: Kristal oluşumunu veya büyümesini geciktirebilir; sertlik iyonlarını sudan uzaklaştırmaz.
• Polifosfat dozlaması: Mineral çökelmesini kontrol edebilir; toplam sertlik değerini düşürmez.
• Ultraviyole dezenfeksiyon: Mikroorganizmaları etkisizleştirmek için kullanılır; çözünmüş mineralleri gidermez.
• Mikrofiltrasyon ve sıradan kartuş filtreler: Çözünmüş Ca²⁺, Mg²⁺ ve sülfat iyonlarını ayıramaz.

Arıtma Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Karbonat olmayan sertlik için kullanılan başlıca yöntemlerin mekanizmaları ve sınırlamaları aşağıdaki tabloda karşılaştırılmıştır.

Benzer Terimlerden Farkları

Türkiye’de Mevzuat ve Uygulama

Türkiye’de insani tüketim amaçlı suların kalite, izleme ve denetim çerçevesi İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik kapsamında yürütülür. Bir içme suyu kaynağı değerlendirilirken yürürlükteki yönetmelik metni ve güncel eklerde yer alan parametreler esas alınmalıdır.^[11]

Karbonat olmayan sertlik çoğunlukla bağımsız bir sağlık kirleticisi olarak değil, toplam sertlik ve alkalinite analizlerinden hesaplanan operasyonel bir su kimyası parametresi olarak kullanılır. Sülfat, klorür, nitrat, kalsiyum ve magnezyum gibi bileşenler ise ilgili mevzuat, kılavuz veya işletme hedefleri kapsamında ayrı ayrı değerlendirilmelidir.

Bir laboratuvar raporundaki “sertlik” ifadesinin toplam sertlik mi, kalsiyum sertliği mi, karbonat sertliği mi yoksa karbonat olmayan sertlik mi olduğu kontrol edilmelidir. Yasal parametre değeri, laboratuvar ölçüm sınırı, cihaz üreticisinin çalışma aralığı ve tesisin operasyonel hedefi aynı kavram değildir.

İşletme ve Bakım Açısından Önemi

Karbonat olmayan sertlik, kaynak suyun kimyasal bileşimi değiştikçe zaman içinde farklılaşabilir. Yer altı suyu seviyesindeki değişimler, farklı kuyuların devreye alınması, yüzey ve yer altı sularının harmanlanması, yağış, kuraklık, sulama dönüş suları ve endüstriyel etkiler sertlik-alkalinite dengesini değiştirebilir.

Karbonat olmayan sertliğin önemli olduğu sistemlerde aşağıdaki parametrelerin birlikte izlenmesi yararlıdır:

• Toplam sertlik
• Kalsiyum ve magnezyum
• Toplam alkalinite
• Sülfat, klorür ve nitrat
• pH ve sıcaklık
• Elektriksel iletkenlik ve toplam çözünmüş madde
• Silika, demir, mangan, baryum ve stronsiyum
• İyon değiştiricilerde çıkış sertliği ve rejenerasyon sıklığı
• Membran sistemlerinde besleme, ürün ve konsantre su analizleri
• Kazan ve soğutma sistemlerinde çevrim sayısı ve blöf oranı

Arıtma yöntemi yalnızca toplam sertlik değerine göre seçilmemelidir. Karbonat olmayan sertliğin miktarı, baskın anyonlar, günlük debi, hedef su kalitesi, enerji ihtiyacı, kimyasal tüketimi ve atık bertaraf koşulları birlikte değerlendirilmelidir. Ham su analizi olmadan seçilen bir yumuşatma prosesi gereğinden fazla kimyasal tüketebilir, reçineyi erken doyurabilir veya membranlarda taşlaşma riskini yeterince kontrol edemeyebilir.

Kaynaklar

1. U.S. Geological Survey. Significance of Selected Water-Quality Properties and Constituents. Water-Resources Investigations Report 02-4045, 2002.
2. University of Florida IFAS Extension. Water Quality Notes: Alkalinity and Hardness. University of Florida, 2019.
3. U.S. Geological Survey. Hardness of Water. Water Science School, 2018.
4. Health Canada. Guidelines for Canadian Drinking Water Quality: Operational Parameters. Government of Canada, 2025.
5. Kansas Geological Survey. Ground-Water Chemical Character. University of Kansas.
6. U.S. Geological Survey. Alkalinity and Water. Water Science School, 2018.
7. U.S. Environmental Protection Agency. Drinking Water Treatment Technology Unit Cost Models. U.S. EPA.
8. World Health Organization. Chemical Fact Sheets: Hardness. Guidelines for Drinking-water Quality, 2022.
9. U.S. Environmental Protection Agency. Overview of Drinking Water Treatment Technologies. U.S. EPA, 2026.
10. U.S. Environmental Protection Agency. Cation Exchange Water Softeners. WaterSense, U.S. EPA, 2026.
11. T.C. Sağlık Bakanlığı. İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik. T.C. Sağlık Bakanlığı.