Şap

Şap (Alum), su arıtma süreçlerinde en yaygın kullanılan koagülantlardan biri olan alüminyum sülfatın [Al₂(SO₄)₃ · 14H₂O] yaygın adıdır. Renksiz veya beyaz kristal yapıda bir kimyasal bileşik olup, suda kolayca çözünerek koagülasyon ve flokülasyon süreçlerini başlatır. Su arıtma tesislerinde bulanıklık, renk, organik madde ve bazı mikroorganizmaları gidermek amacıyla kullanılır.

Ayrıntılı Açıklama

Alüminyum sülfat, oktadekahidrat formunda (14 su molekülü içeren) ticari olarak “şap” olarak satılır. Suda çözündüğünde şu reaksiyonlarla hidrolysis olur:

Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃(s) + 3H₂SO₄

Oluşan alüminyum hidroksit [Al(OH)₃] amorf bir çökelek (flok) oluşturur ve yüzeyinde yüksek yük yoğunluğu sayesinde kolloidal partikülleri (negatif yüklü) nötralize ederek aglomere olmalarını sağlar. Bu süreç koagülasyon olarak adlandırılır; ardından daha büyük flokların oluşması flokülasyon evresidir.

Şapın etkinliği şu faktörlere bağlıdır:

• Suyun pH’sı: Optimal aralık genellikle 5,5-7,5’tir. Bu aralıkta Al(OH)₃ çözünürlüğü en düşük seviyededir (minimum solubility).
• Alkalinite: Hidrolysis sırasında tüketilen alkaliniteyi karşılamak için yeterli bikarbonat (HCO₃^–) bulunmalıdır; aksi takdirde pH aşırı düşer.
• Dozaj: Genellikle 10-100 mg/L arasında uygulanır; jar testi ile optimum doz belirlenir.
• Sıcaklık: Düşük sıcaklıklarda koagülasyon verimi azalır.
• Karıştırma şiddeti: Hızlı karıştırma (flash mixing) koagülasyon, yavaş karıştırma flokülasyon için gereklidir.

Şap ayrıca demir(III) sülfat (ferrik sülfat) veya polialüminyum klorür (PAC) gibi diğer koagülantlarla karşılaştırılır; ancak düşük maliyet ve yaygın availability nedeniyle hala en çok tercih edilenidir.

Uygulamalar

Şap su arıtma alanında şu amaçlarla kullanılır:

• İçme suyu arıtması: Bulanıklık (turbidity), renk, doğal organik madde (NOM), arsenik, florür ve bazı ağır metallerin giderimi.
• Atık su arıtması: Fosfor çöktürme (tertiary treatment), suspende katı madde ve organik yük azaltımı.
• Endüstriyel proses suyu: Kağıt, tekstil ve gıda endüstrisinde su berraklaştırma.
• Havuz suyu arıtması: Bulanıklığın giderimi için düşük dozlarda.
• Göl ve baraj rehabilitasyonu: Ötrofikasyon kontrolü için fosfor bağlama.

Yardımcı koagülant (coagulant aid) olarak polielektrolitler (anyonik veya non-iyonik polimerler) ile birlikte kullanıldığında flok boyutu ve çöktürme verimi önemli ölçüde artar.

Avantajlar ve Dezavantajlar

Avantajlar

• Düşük maliyet ve kolay temin edilebilirlik.
• Geniş pH aralığında etkili koagülasyon.
• Yüksek bulanıklık giderim verimi (>%95).
• Fosfor ve arsenik gibi spesifik kirleticilerin etkili giderimi.
• Uzun yıllardır kullanılmakta olup uygulama deneyimi yüksektir.

Dezavantajlar

• Arıtılmış suda rezidüel alüminyum kalabilir; DSÖ üst sınırı 0,2 mg/L’dir (sağlık etkisi tartışmalıdır).
• Düşük sıcaklık ve düşük alkaliniteli sularda verimi düşer; alkalinite ilavesi (kireç veya soda) gerekebilir.
• pH’ı önemli ölçüde düşürür; sonraki pH düzeltme basamağı zorunlu olabilir.
• Çamur üretimi fazladır ve çamur susuzlaştırması maliyetlidir.
• Soğuk iklimlerde flok oluşumu yavaşlar, daha uzun çöktürme süresi gerektirir.
• Bazı doğal organik maddelerle (yüksek moleküler ağırlıklı humik asitler) kompleks oluşturarak filtrasyon sorunları yaratabilir.

Günümüzde şap, özellikle gelişmekte olan ülkelerde ana koagülant olarak kullanılmaya devam etmekte olup, gelişmiş ülkelerde polialüminyum klorür (PAC) veya ferrik tuzlara geçiş gözlenmektedir. Ancak doğru dozaj ve pH kontrolüyle şap hala oldukça etkili ve ekonomik bir seçenektir.