Duyuruyu Kapat
Facebook Gözat
Twitter Gözat

Ultrasound ile atıksu arıtımı

Konu, 'Atıksuların Arıtılması' kısmında s1cistut6 tarafından paylaşıldı.

  1. s1cistut6

    s1cistut6 CMNet Üyesi

    Son yıllarda genel bir çalışma konusu olan ses; bir ortamda moleküllerin hareketleri
    arasında meydana getirdikleri titreşimli hareketler sonucu yayılır. Bu hareket durgun
    suya taş atıldığında oluşan dalgacıklara benzetilebilir. Sesin perdesi veya notası dalga
    serilerinin frekanslarına bağlı olarak üretilir.

    Fizikte ses dalgaları ayırımı şiddetini gösteren düşey çizgi serileri halinde veya şiddeti, genişlikle gösteren sinüs dalgaları ile gösterilirler. Ses titreşimlerinin fiziksel etkileri, yüksek sesle müzik çalan bir hoparlörün önünde ayakta dururken kolayca hissedilebilir.Bas notalar vücutta yüksek notalardan daha kolay hissedilebilirler. Buda sese sebep olan basınç pulsunun frekansına bağlıdır. 16 Hz civarındaki düşük frekanslı ses duyulabilir.Yüksek frekanslarda kulağa cevap vermek gittikçe daha zor hale gelir ve sonundainsanın duyma eşiğine ulaşılır. Normal olarak bu değer 16-18 kHz civarındadır. Busınırın dışındaki ses işitmez ve ultrases diye adlandırılır.
    Çok sayıdaki kimyasal ve endüstriyel proseslerde, ultrases enerjisi büyük bir uygulama alanına sahip olduğu uzun yıllardır bilinmektedir. Bu uygulama alanları; temizleme, sterilizasyon, flotasyon, kurutma, gazlaştırma, köpüksüzleştirme, lehimleme, plastik kaynakçılık, matkapla delme, filtrasyon, homojenlendirme, çözündürme, biyolojik hücre bölünmesi, ekstraksiyon, kristalizasyon ve kimyasal reaksiyon uyarıcılarını kapsar.
    Ultrasesin genel sınıflandırlması, 18 kHz ve 100 mHz arasında iki ayrı alana bölünerek yapılmıştır. Bu sınıflandırma, 20 ile 100 kHz arasında güç olarak, 1ile 10 MHz arasında ise yüksek frekans olarak isimlendirilmiş ve tıbbi teşhislerde kullanılması şeklinde 13 belirlenmiştir. Aslında bu bölme düşük frekanslı sistemlerde iletilen yüksek ses enerjisinden dolayı meydana gelir. Bu kavitasyona sebep olur ve sonokimyasal etkilerin orjinidir. Bir ıslıkta 20 kHz frekans meydana geldiğinde insanlar bunu duymaz ve kendilerine fiziksel bir zarar meydana gelmez. Buna rağmen, bu doğru frekans alanında kimyasal aktiviteyi etkiler (Şayan 2002).



    2. ULTRASES DALGALARI

    Ultrases, frekansı insanların duyma sınırının (insan kulağı 20 Hz ile 20 kHz arasındaki sesleri duyabilir) üzerinde bulunan mekanik titreşimlerden meydana gelmiş bir enerji çeşididir. Ultrases frekansının alt sınırı genellikle aşağı yukarı 20 kHz’dir. Yani frekansı 20 kHz’den daha büyük sesler ses ötesi veya ultrases olarak tanımlanır.
    Ultrases enerjisi, dalgalar şeklinde bir ortamda yayılır. Çeşitli dalga türleri olmasına karşı bütün teşhis uygulamalarında “boyuna dalgalar” dan yararlanılır. Ortamı oluşturan tanecikler denge durumları civarında ileri ve geriye doğru titreşirler. Bu şekilde enerji, taneciklerinin titreşimlerine paralel bir doğrultuda ortama taşınır. Ultrases, atomların veya moleküllerin denge konumları etrafında titreşimidir. Dolayısı ile ultrason mekanik enerjidir.(Ege Üniversitesi-Tekstil Mühendisliği,2006)

    2.1. Ultrasonik Dalga Çeşitleri

    Atomların titreşim doğrultusu ile enerjinin yayınım doğrultusu birbiri ile karıştırılmamalıdır, bunlar ayrı şeylerdir. Genlik-uzaklık eksen takımı ile hareketin dalgasal gösterilişinde yayınım doğrultusu bellidir ve uzaklık ekseni doğrultusudur. Fakat titreşim doğrultusu burada belli değildir. Titreşim ve yayınım doğrultularına göre ultrasonik dalgalar başlıca üç çeşittir. Özellikleri itibariyle aralarında önemli farklar vardır.

    2.1.1. Boyuna dalga

    Titreşim ve yayınım doğrultuları aynıdır. Buna aynı zamanda basınç dalgası adı da verilir. Normal (yüzeye dik ışın veren) problarla muayene de bu dalga kullanılır. Katı, sıvı ve gaz her türlü maddesel ortamda yayınabilir. Günlük hayattan bildiğimiz ses dalgası bu çeşittir. Yayınma hızı diğer ultrasonik dalgalardan daha yüksektir.




    2.1.2. Enine dalga

    Titreşim ve yayınım doğrultuları birbirine diktir. Buna aynı zamanda kayma dalgası adı da verilir. Açısal problarla muayenede bu dalga kullanılır. Yalnız katı ortamlarda yayınabilir. Sıvı ve gazlarda yayınamaz. Yayınma hızı boyuna dalganın yaklaşık yarısı kadardır.

    2.1.3. Yüzey dalgası

    Titreşim hareketi yayınım doğrultusuna dik bir elipstir. Genlik değiştikçe elips büyür, küçülür veya sıfır olur. Yalnız yüzeyde yayındıkları ve malzeme derinliğine nüfuz etmedikleri için bu isim verilmiştir. Malzemenin takriben bir dalga boyu derinliğinde titreşim, yani ultrasonik enerji sıfırdır. Hızı enine dalgalardan biraz küçüktür.

    2.2. Ses Ötesi Dalgaların Ara Yüzeylerde Davranışı

    Ultrasonik dalgalar ortamları birleştiren ara yüzeylerde kırılırlar ve yansırlar. Optikteki ışığın yansıması ve kırılması ile ilgili kurallar akustik için de geçerlidir. Yoğunluğu farklı bir yüzey ile karşılaşan ultrason dalgalarının kırılarak ikinci bir ortama geçmeleri optikteki Snell Yasasına uygun olarak gerçekleşir.


    1 :Gelme açısı
    2 :Kırılma açısı
    V1 :Ultrasonun birinci ortamdaki yayılma hızı
    V2 :Ultrasounun ikinci ortamdaki yayılma hızıdır.

    Ultrason dalgalarının yansıması ve kırılması düzgün ve büyük yüzeylerde söz konusudur. Ancak dokuların içinde homojen olmayan ve farklı yoğunlukta kitleler mevcuttur. Ultrason demeti bu tür kitlelere çarptığında saçılmaya uğrar ve yön değiştirir. Ultrason demeti yüzeylerden geçerken gücünde bir azalma yani zayıflama olur. Ultrason dalgalarının yoğunluğunun azalmasına, enerjisinin bir kısmını kaybetmesine yol açan zayıflamaya üç temel etken yol açar. Bunlardan birincisi soğurma (absorption)’dır. Yüzeyden geçen ultrasonun enerjisinin bir kısmı yüzey tarafından soğurulur ve soğurulan enerji ısı olarak ortaya çıkar. Zayıflamaya yol açan ikinci etmen saçılmadır. Saçılma sonucunda birim alandan geçen enerji miktarı azalacaktır. Zayıflamaya neden olan üçüncü faktör ultrason demetinin belirli bir mesafeden sonra genişleyerek yayılmasıdır. Enerji yoğunluğu kesit alanla ters orantılıdır. Demet genişlediğinde kesit alan artacağından dokudan geçen enerji yoğunluğu azalacaktır. Ultrason demetinin zayıflaması geçilen yüzeyin tipi, kalınlığı ve dalganın frekansına bağlıdır. Yüzey kalınlığı ve frekans arttıkça zayıflama da artar. Düşük frekanstaki ultrason dalgaları daha derindeki dokulara kadar nüfuz ederler.

    2.3. Ultrases Gücü ve Şiddeti

    Ultrases gücü çeşitli birimlerde ifade edilebilir. Pratikte bu Watt (W)’dır. 1W’lık bir güç saniyede 1 joule’lük bir enerji akışına karşılık gelir. Ultrases şiddeti bir zaman biriminde birim yüzeyden akan enerji miktarına eşittir ve her santimetre kareye düşen watt cinsinden ifade edilir.

    BÖLÜM 3. ULTRASES DALGALARININ ELDE EDİLMESİ

    Ultrasonik frekansları üretmek yine bir titreşim hareketi üretmek ve algılamak da titreşim enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek demektir. Ancak bu kez yararlanılan fiziksel olaylar ve araçlar çok farklıdır. Magnetostriktiv olay düşük frekanslarda ultrasonik enerji üretiminde kullanılır. Bazı malzemeler, örneğin nikel,
    nikel alaşımları, çelik ve ferritler, magnetik etki ile boyut değiştirirler. Üzerinden alternatif akım geçen bir bobinin içine konan nikel çubuğun boyu akım yön değiştirdikçe uzar veya kısalır. Akım yüksek frekansa çıktığında çubuk aynı frekansla titreşir. 20-40 kHz frekanslar ve azalan verimle 100 kHz’e kadar olan frekanslar bu metotla üretilebilir. Magnetostriktiv problar dış etkenlere dayanıklıdırlar. Bu nedenle betonun ve kayaların muayenesinde, denizaltı sonar sisteminde ve düşük ultrasonik frekanslar gerektiren diğer uygulama alanlarında örneğin ultrasesle temizleme için magnetostriktiv problar tercihen kullanılırlar. Daha yüksek frekanslar için başka bir ultrasonik üretimmetoduna ihtiyaç vardır.

    3.1. Ultrases Probunun Yapısı

    Ultrases probu elektrik enerjisinin ultrases enerjiye dönüştüğü veya bunun tersinin yapıldığı yerdir. Prob ultrases enerjisinin vericisi ve alıcısıdır. Ultrasonik sistemdeki enerji dönüşümü sistemini özetleyecek olursak; önce elektrik enerjisi voltaj ve akım halinde transducer’a uygulanır, transducer’da bu enerji mekanik enerjiye dönüştürülür, transducer tarafından yayılan ses dalgaları bir akustik enerji oluşturur ve son olarak da sıcaklık ve basınç şartlarıyla oluşan kavitasyon baloncuklarının oluşturduğu kavitasyon enerjisi ortama yayılır

    3.2. Piezoelektrik Olay

    Elektriksel olarak yüksüz ve yapısal simetri merkezi bulunmayan bir kristale uygulanan basınç, artı yüklerin merkezi ile eksi yüklerin merkezinin birbirlerinden
    hafifçe ayrılmasına ve kristalin karşılıklı yüzeylerinde zıt yüklerin ortaya çıkmasına neden olur. Yüklerin bu şekilde ayrılması bir elektrik alanı yaratır ve kristalin karşılıklı yüzeyleri arasında ölçülebilir bir potansiyel farkı oluşur. Piezoelektrik etkiyi ifade eden bu surecin terside geçerlidir. Ters piezoelektrik etkide de, karşılıklı yüzeyleri arasına bir elektrik gerilimi uygulanan bir kristalde boyutsal bir şekil değişimi oluşur ve dik olarak yüksek frekanslı ultrases dalgaları açığa çıkar (11).
    Piezoelektrik malzemeler kuvars ve turmalin gibi doğal olarak piezoelektrik etki gösteren kristaller ile kutuplanma sonrasında piezoelektrik etki gösteren ferroelektrik malzemeler olmak üzere başlıca iki malzeme grubundan oluşur. Doğada mevcut birçok kristal piezoelektrik olmasına rağmen kurşun – zirkonyum - titanat gibi sentetik seramik maddeler ultrases teşhisinde en çok kullanılan maddelerdir.

    3.3. Piezoelektrik Transduser

    Probun duyarlı elemanıdır. Elektrik enerjisini ultrasonik enerjiye veya tersine olarak ultrasonik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elemandır. Prob içinde bir veya iki transduser bulunabilir. Tek transduser varsa bu hem alıcı hem de verici olarak çalışır. Çift transduser varsa birisi verici, öbürü alıcı olarak çalışır. Ultrasonik cihazın çıkışına takılmış olan verici, girişine takılmış olan alıcı rolü oynar, uçlar değiştirilirse rollerde değişir.


    3.4. Ultrases Kavitasyonu

    Ultrases dalgaları sıkışıp – seyrelmeler şeklinde maddesel ortamlarda yayılan titreşim enerjisidir. Ultrases dalgalarının bu sıkışıp seyrelme şeklindeki belirgin özelliği ultrasesle temizlemeye neden olan kavitasyon için önemlidir. Kavitasyon kavramı altında bir sıvının içinde boşlukların oluşumu ve bunu takiben de patlaması anlaşılır.

    Kavitasyon genellikle sıvılar içinde herhangi bir küçük basınçta oluşur. Kavitasyon olayının oluş sırası şöyledir: Ultrases dalgalarının seyrelme fazında boşluk biçiminde bir kesilme olur. Bu boşluk ise verilen sıvının doymuş buharı ile doludur. Sıkıştırma fazında buhar yoğunlaşır ve boşluk, çeperlerin üst yüzey geriliminin, artan basıncın etkisi ile düşmesi sonucu bozunur. Sıkışma son bulduğunda ortamda hızla buharlaşan
    etrafı çevrili sıvı içinde, saniyelik şok dalgaları oluşur. “Kavitasyon” olarak adlandırılan bu olay sonucunda 1000 atm’nin üzerinde basınç ve büyük bir enerji açığa çıkar. Bu enerji, kabarcıkların bulunduğu bölgeyi ısıtır ve kimyasal reaksiyonlara neden olur. İşte ultrasoniğin temel prensibi de açığa çıkan bu yüksek ısı ve enerjinin kullanılabilirliği üzerinedir.


    3.4.1. Kavitasyon Çekirdekleri

    Hakikaten her sıvı özelliklede su, bünyesinde çözülmüş çeşitli maddeler bulundurur. Bunlara sıvılar içinde çözünmüş gazlar da dahildir. Bunlar yerel sağlamlığı azaltan kavitasyon çekirdekleridir. Kavitasyon üzerinde sıvı içindeki çözünmüş gaz içeriğinin yanında sıvı yüzey geriliminin de etkisinin olduğu bilinmektedir.

    Sıvı içinde bulunan bir katı cismin sıvı ile olan ara yüzleri kararsız yerlerdir. Böyle bir ortama frekansı kHz mertebesinde (20 kHz -25 kHz ) olan ultrases dalgaları gönderildiğinde, sınır yüzeylerde ultrases dalgalarının seyrelme fazında hava kabarcıkları oluşur. Bu kabarcıklar takip eden sıkışma fazında patlar ve sıvı katı ara yüzeyindeki en küçük yabancı tanecikler (yağ, toz, kir) yalnız mekanik kuvvetlerle temizlenir. Bu nedenle bu olaya mikrofırçalama denilmektedir. Kavitasyon olayının aynı şekilde etkili bir temizlemenin yapılabildiği ince yırtık, çok küçük gözenek, kapilerler ve benzer yerlerde meydana gelebildiğine dikkat edilmelidir.


    BÖLÜM 4.ULTRASOUND

    Ses fizik biliminin genel bir çalışma alanı olup, fizik dışındaki bilim dallarında bir konu alarak ele alınmaktadır. Ultrasesin kimyasal reaksiyonlara etkisi ilk olarak 1927’de Richards ve Romire tarafından araştırılıp bir makale şeklinde yayınlanmıştır. Bu makaeden sonra bilim dünyası ultrasesin kimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkilerini araştırmaya başlamışve diğer konvansiyonel yöntemler ile ultrasesin kullanılabilirliği araştırılmıştır (Mason,1990; Contamine ve diğerli,1994).

    Son yirmi yıl içerisinde ultrasesin fiziksel, kimyasal ve radikal etkileri anlaşılmış ve bu konu birçok araştırıcının ilgisini çekmiştir. Dolayısıyla organik,inorganik, organometalik sentezlerde ultrasesin özel kullanımı olarak sonokimyasal çalışma alanı ortaya çıkmıştır (Mason ve diğerleri, 1988; Mason,1991). Ultrases prosesi; ses ile desteklenen ve geliştirilen bir kimyasal oksidasyon yöntemidir. Son yıllarda önem kazanan ve çalışılan bir yöntem olan ses ile kimyasal oksidasyon yöntemi, güçlü ses kullanımı sonucu atıksuda oluşan kimyasal reaksiyonların etkileri olarak özetlenebilmektedir. Bu yöntemdeki kimyasal reaksiyonlar uygun basınç ve sıcaklık koşulları altında hızlandırılarak, atıksudaki toksik maddelerin çeşitli az zararlı son ürünlere dönüşmesi amaçlanmaktadır. Sesin sıvıdaki hızı yaklaşık 1500 m/s-1 olduğundan ultrases yaklaşık olarak 7.50-0.015 cm arasında bir akustik dalga boyuna sahiptir. Buna karşılık ultrases frekans aralığı 20kHz-10mHz arasında değişim göstermektedir. Ultrases frekans aralıklarını 3 ana gruba ayırmak mümkündür (Mason ve diğerleri,1996-a)
    • Düşük Frekans-Yüksek Güçlü Ultrases (Konvansiyonel Güçte Ultrases Aralığı) (20-100 kHz)
    • Orta Frekans-Düşük Güçlü Ultrases (Sonokimyasal Prosesi Ses Aralığı) (300kHz-1mHz)
    • Yüksek Frekans-Düşük Güçlü Ultrases (Diagnostik Ses Aralığı) (2-10 mHz)
    20 kHz-1 mHz arasındaki frekanslar sonokimyasal için kullanılırken, buna karşılık 1 mHz den büyük frekans değerleri ise tıbbi ve diagnostik çalışmalar için kullanılmaktadır. Bütün bu frekans aralıklarına rağmen insanın duyabileceği ses aralığı 16 Hz-18 kHz aralığında değişmektedir(Suslick.1998; Mason ve diğerleri,1996-b). Ultrases prosesindeki ses dalgalarının elektromagnetik dalgalar ile karıştırılmaması gerekmektedir. Çünkü ultrases dalgaları organik madde tarafından adsorblanamaması nedeniyle organik madde kavitasyon mekanizmasının etkisiyle başka bir kimyasal maddeye dönüştürülmektedir (Kardos ve diğerleri,2001)

    4.2.Ultrasonik Prosesin Anlamı

    Ultrasonik prosesin anlamı; sıvıların, özellikle de suyun, yüksek frekansta çok iyi bir
    karıştırma yapmak ve çok kuvvetli kimyasal reaksiyonlar üretmek ve fiziksel işlemleri gerçekleştirmek için çok şiddetli bir sesle tahrip edilmesidir. Kativasyon diye adlandırılan proses soğuk kaynamanın kısaltılmışıdır ve sıvı içindeki milyarlarca mikroskobik kabarcığın çökmesinin bir sonucu olarak oluşur. Kativasyon veya soğuk kaynama olayı katı, sıvı ve gaz terimlerinin anlamlarının tam anlamıyla bilinmesiyle kolaylıkla anlaşılabilir.

    Mesela; bir havuza küçük bir taş atıldığında oluşan küçük dalgalar gibi çöken kabarcıklardan dışarıya doğru meydana gelen ani dalgalanmalar şeklinde bu olay 14 molekülleri geri sıçratır. Tıpkı dıştan motorlu olan motor pervanelerinin kenarlarının aşınması gibi ani dalgalanma da metali aşındırabilir. Kavitasyon olayı; pervanelerin aşınma sebeplerinin araştırılması ile keşfedilen bir olaydır. Ani dalgalanmalar birbirleriyle karşılaştıklarında, daha fazla buhar kabarcıklarının meydana gelmesi ve daha fazla kavitasyonun oluşmasına sebep olabilir. Yani kavitasyon olayı negatif basınç uygulandığında mikrokabarcıklarının ürünüdür. Mason (1991) tarafından bildirildiğine göre, bu olay ilk olarak Sir John Thornycroft ve Sidney Barby tarafından yüzyılın sonunda belirlendi.

    Bazı ses dalgalarına benzer olarak ultrasesde dalgalar yolu ile iletilirler. Sırası ile önce baskı ve ortamdaki molekül yapılarının geçtiği yöne doğru gerilmesiyle olur. Böylece sıvıdaki moleküller arasındaki ortalama uzaklık, moleküllerin normal durumlarından salınmasıyla çeşitlilik gösterecektir. Sıvıya yeterli büyüklükte negatif basınç uygulandığında moleküller arasındaki uzaklık sıvıyı kaldırmak için gerekli kritik moleküller uzaklığı aşar, sıvı bozulur ve boşluklar oluşur.


    Teorik hesaplamalar aşırı yüksek enerjisinin suda kavitasyon oluşumu gerektirdiğini göstermektedir. Saf su için kritik uzaklık 10-8 cm varsayıldığında 10000 atm civarında negatif basınç gerektiği halde, hesaplama biraz değiştirilip kabarcıklar buharla doldurulduğunda kavitasyon için 1000 atm civarında negatif bir basınç gerekli olduğuortaya çıkmaktadır. Pratikte kavitasyon sıvıda gerilme gücünü düşüren zayıf noktaların varlığı nedeniyle uygulanan oldukça düşük akustik basınçlarda meydana gelir. Basınç başarılı bir şekilde uygulandığında dönmeyle birlikte mikrokabarcıkların etrafında büyük miktarda enerji salınımı ile kaviteler şiddetlice çökebilirler.

    Sonokimya alanında birçok yayınlanmış literatür olmasına rağmen kimyasal reaksiyon verimi üzerine olan etkisi diğerlerine göre daha az ele alınmıştır. Dış parametrelerin kavitasyon üzerindeki büyük etkisi ve sonokimyasal reaksiyonların olması için kavitasyonun gerekli olması, kavitasyonu etkileyen faktörlerin anlaşılması için önemlidir. Kavitasyona etki eden parametreler şunlardır:

    a) Frekans: Yayınımın frekansı arttığında gerilme fazı kısalması ile;
    • Sistemdeki kavitasyon miktarının eşitliğini sürdürmesi için yayınımın gücünün artması gerekir. Yine aynı etkinin devam etmesi için yüksek güç ve frekans gerekir.
    • Ultrasonic frekans MHz alanına yükseltilirse sıvıdaki kavitasyon ürünü azalır.
    b) Çözücü Viskozitesi: Sıvıdaki boşlukların biçimleri ve buhar dolu mikro kabarcıklar sıvıya etki eden gerçek korozif kuvvetleri yine gerilme alanında negatif basınç gerektirirler. Kuvvetler büyük olunca viskoz sıvılarda kavitasyon oluşumu çok zordur.
    c) Çözücü Yüzey Gerilimi: Kullanılan düşük yüzey gerilimli çözücüler kavitasyon
    eşiğinde azalmaya sebep olurlar.
    d) Çözücü buhar basıncı: Düşük buhar basınçlı bir çözücüde kavitasyona sebep olmak çok zordur. Bunun için daha uçucu çözücülerdeki kavitasyonu kolaylaştırmak
    gerekir.
    e) Sıcaklık: Atmosfer sıcakılığının artırılmasıyla buhar basıncı artar ve bundan dolayı
    kolay kavitasyon, fakat daha düşük şiddetli çökme sağlanır. Diğer bir faktör ise yüksek sıcaklıklarda çözücünün kaynama noktasına yaklaşırken aynı zamanda çok sayıda kavitasyon kabarcıkları oluşur. Bunlar ses iletimine bir engel gibi davranır ve sıvı ortamına giren ultrasonik enerjinin etkisini söndürür.
    f) Dış Basınç: Dış basıncı artırmak, kavitasyon oluşumu için daha fazla ultrasonik
    enerjiye ihtiyaç vardır. Yani dış basıncı artırmak kavitasyonal yığının yoğunluğunu
    artırır ve sonuç olarak sonokimyasal etki artar.
    g) Yoğunluk: Sonikasyonun yoğunluğu direk olarak ultrasonik kaynağın titreşiminin
    genişliğine bağlıdır. Genelde, yoğunluktaki artış sonokimyasal etkilerdeki artışı sağlar, fakat sistemdeki ultrasonik enerji girdisi belirsiz olarak üç sebepten dolayı artmaz.
    Bunlar;
    • Sonikatörde kullanılan transducer, sonunda buradaki boyutsal değişmelerin artışıyla bozulacak ve maddeyi kıracaktır.
    • Yüksek titreşimsel genişlikte ultrases kaynağının tam devir boyunca sıvı ile teması sürdürülmez ve bu durum kaynaktan ortama güç transferinin veriminde büyük bir düşüşe sebep verir.
    • Büyük miktarda ultrasonik güç sistemine girdiğinde çözeltide çok sayıda kavitasyon kabarcıkları meydana gelir. Bunların çoğu birleşerek büyürler ve daha kararlı kabarcıklar oluştururlar. Buda sıvı içerisindeki ses enerjisinin yolunu nemlendirerek sonokimyasal etkiler vermek üzere çöken bir çok küçük kabarcıklar çıkar.
    h) Sesin Azalması: Ortam içerisinde çeşitli sebeplerden dolayı sesin yoğunluğu
    azaltılır. Azalmanın boyutu frekansla ters orantılıdır. Bu saf su içerisinde ses azalması örneğiyle gösterilebilir.118 kHz deki ses suyu 1 km geçtikten sonra yoğunluğu yarısına azalır. 20kHz ses için aynı yoğunluk azalmasını sağlamak için daha fazla uzaklığa ihtiyaç vardır.
    Sonokimya başlıca, sıvı bileşen içeren ve bu sıvı bileşenin içinde kavitasyonun
    meydana geldiği reaksiyonlarla ilgilenir. Ultrasonik yayınımla etkilenen kimyasal
    reaksiyonların bazı tipik sınıfları aşağıda verilmiştir.
    • Homojen Reaksiyonlar
    • Heterojen Katı-Sıvı Reaksiyonlar
    • Heterojen Sıvı-Sıvı Reaksiyonlar


    Genel olarak ultrases enerjisinin , kimyasal reaksiyonlar üzerinde kullanılması ile bir
    çok yararlı etkilerin elde edilmesi mümkündür. Sonikasyonun kimyasal reaktivite
    üzerine olan yaralı etkilerini aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz.
    • Reaksiyonu hızlandırır
    • Düşük basınç şartlarının kullanılmasına sebep olur.
    • Ham reaktiflerin kullanımını kolaylaştırarak prosesi daha ekonomik yapar.
    • Eski reaktanların reaktivitesini artırarak kullanılmayan sentez tekniklerini yeniden canlandırır.
    • Reaksiyonlar için gereken adım sayısını azaltarak, tek bir reaktör kullanılmasını sağlar.
    • İstenilen üretim periyodunu azaltır.
    • Radikal reaksiyonları artırır.
    • Katalizör verimini artırır.
    • Zor reaksiyonları başlatır.

    4.2.Ultrases Prosesinin Mekanizması

    Ultrases prosesi, ses ile desteklenen ve geliştirilen bir kimyasal oksidasyon yöntemidir. Ultrases prosesinde uygun sıcaklık ve basınçta sucul ortama verilen ses dalgaları suyun fiziksel ve kimyasal bileşimini değiştirerek sıvı içerisinde H, OH, OH2, H2O2 gibi radikaller oluşmasına neden olmaktadır. Bu radikaller atıksudaki toksik ve organik bileşiklerin CO2, N2, NO3, COOH gibi kararlı son ürünlere veya daha az zararlı bileşiklere dönüşmesinin sağlamaktadır (Bremmer,1990; Hart ve diğerleri,1994;Serpone ve diğerleri,1994-a).

    Ultrases dalgalarının (15 kH ve 10 mHz dalga boyu sıklığı arasında) atıksuya verilmesinin hemen ardından sucul ortamda genleşme dalgaları (negatif basınç) ve sıkışma dalgaları (pozitif basınç) meydana gelmektedir. Homojen bir sıvı ortamında sıvı moleküllerinin basıncı sıvının buhar basıncından düşük olması sonucu sucul kavitasyon oluşmaktadır. Mekanik titreşim sonucu sucul ortama verilen ses dalgaları basınç ve basınçsız çevrimin çözeltide oluşmasını sağlamaktadır. Basınçsız çevrim sırasında, çözeltideki küçük kabarcıklar zayıf noktlar sayesinde hava ile dolarak, hemen yüzeyde hava kabarcıkları olarak ortaya çıkarlar. Bu kabarcıklar basınçlı ve basınçsız çevrim sırasında sırayla iyice küçülür veya büyür. Bir zaman sonra kabarcıklar, ultrases dalga boylarının sıklığına bağlı olarak, kabarcıkların yüzeyinde oluşan basıncın etrafındaki çözeltideki basıncına dayanamaz duruma gelir ve kabarcık boyutları kritik genişliğe ulaşır. Bunun sonucunda kabarcıklar jet hızı ile müthiş bir ışık patlaması (Sonolumineseence) oluşmaktadır. Bu patlama prosesi akustik kavitasyon adlandırılmaktadır (Suslick ve diğerleri,1987). Kavitasyon sırasında, organik maddenin bulunduğu sucul ortamda, hızlı karıştırmayla kütle ve ısı enerji transferi gerçekleşmektedir (Contamine ve diğerleri,1994). Akustik kavitasyon; dayanıklı kavitasyon ve geçici kavitasyon olmak üzere iki şekilde gerçekleşmektedir.

    Geçici kavitasyon; bir sıvıda kısa ömre sahip alçak basınçlı içi boş kabarcıkların oluşumu, birkaç akustik çevrim ile boyutlarının büyümesini ve daha sonrada bu kabarcıkların şiddetli bir çarpmayla içe doğru çökerek ortadan kaybolmasıdır. Dayanıklı kavitasyonda ise; aynı yarıçağa sahip ve sınırlı değişimi ile birçok kez salınım yapan kabarcıklar oluşmaktadır. Pratikte geçici ve kalıcı kavitasyonu ayırmak zordur. Çözeltide her ikiside aynı anda oluşabilir. Dayanıklı kavitasyon görünümündeki bir kabarcık geçici kavitasyona dönüşebilir.

    Akustik kavitasyon sırasında, kabarıkların yeterli olgunluğa gelebilmesi, yaşam zamanı ve kabarcıkların patlama sınırına gelmesi çeşitli faktörlere bağlıdır. Bu faktörler; sesin frekansı, akustik basınç, atıksudaki solvent içeriği, gaz kabarcıkları ve dış faktörler (sıcaklık, basınç) gibi sıralanabilir (Europen Society of Sonochemistry). Patlama esnasında kabarcığın içerisindeki gazın 50000K sıcaklığına (Suslick ve diğerleri,1986), basıncın 1000 atm (Mason ve diğerleri,1988) ulaşmasından kaynaklanmaktadır. Ultrases ile oksidasyon sırasında 4x108 kabarcık/sn/m3 kabarcık üretileceği ve üretilen kabarcık çapları 10-200 mikron lup, yaşam saniyeleri 10 mikrosaniye olarak belirtilmektedir (Suslick ve diğerleri,1986). Sonuç olarak atıksuda akustik kavitasyonun fiziksel ve kimyasal etkileri ile zararlı organik maddeler, kararlı ve zararsız son ürün bileşiklerine dönüştürülmektedir (Suslick,1989 ve 1990).

    Kavitasyonun gerçekleşmesini açılayabilecek üç teori bulunmaktadır (Wu ve diğerleri,1994; Moss ve diğerleri,1994ve 1995).
    • Sıcak nokta teorisi
    • Elektrik değişimi teorisi
    • Dalga şoku teorisi
    Bu teoriler arasında kavitasyon olayının en iyi açıklayan teori, sıcak nokta teorisidir.

    4.2.1.Sıcak Nokta Teorisi

    Ultrasesin sıvıdaki etkileri sonucu kavitasyon oluşmakta, bu olay yüksek basınç ve sıcaklık şartları ile gerçekleşmektedir. Ultrasesin homojen bir sıvıda oluşturdguğu kavitasyon içi boş kabarcığın içerisinde, ara yüzeyinde ve sıvı ortamında olmak üzere üç farklı bölegede reaksiyon gerçekleşmektedir. Bu reaksiyon bölegeleri sıcak nokta teorisi ile açıklanmaktadır (Suslick, 1988; Serpone ve diğerleri,1994-b).

    Oluşan kabarcığın iç kısmı; çökmüş boşlukların içerisinde sıcaklık birkaç bin derece (bazı organik çözeltilerde 50000K ve suda 2000-25000K) ve basınç birkaç yüz atmosfere ulaşmaktadır. Bu esnada, sucul ortamdaki su buharı H, OH, OH2, H2O2 gibi radikallere pirolizlenir.

    Kabarcık ara yüzeyi; sıvı tabakayla çevrelenmiş kabarcıklar ve bulk çözeltisi ara yüzeyindeki sıcaklık, kabarcığın iç kısmına göre düşüktür. Bu bölgede piroliz ve hidroksil radikallerinin etkisiyle reaksiyonlar meydana gelir.

    Ana çözelti; bulk çözeltisi sıcaklığı kabarcığın iç kısmı ve ara yüzeyine göre çpk düşüktür. Piroliz ve gazlaşma reaksiyonları sonucu OH, OH2 ve H radikalleri kabarcık ve sıvı ara yüzeyinden ana çözeltiye transfer olmaktadır. Sonuçta çözeltiye transfer olan radikaller vasıtasıyla çözeltideki kirleticilerin oksidasyonun gerçekleşmektedir.




    4.3. Ultrases Teknolojisinin Çeşitli Sektörlerdeki Kullanımı

    Ultrason teknolojisi kimyasal tepkimeleri hızlandırmak, iki plastiği birbirine kaynatmak, mars'taki kayaları delerek örnek toplamak, su altında haberleşmek ve çarpışma algılamak, havayı ve suyu arıtmak ve nemlendirmek gibi birçok alanda kullanım imkanına sahiptir. Petrol rafinerilerinde, ham petrolden kükürdü ayrıştırmak için kavitasyon kabarcıkları kullanılmaktadır. Mürekkep püskürtmeli bilgisayar yazıcılarında, mürekkep, kabarcık gücü ile yazıcının mikroskobik deliklerine fışkırtılmaktadır. Plâstik cerrahlar cildi güzelleştirmek ve yağ tabakalarını almak için ultrason ile oluşturulan kabarcıklardan yararlanmaktadırlar. Gelecekte, kabarcıkların ameliyatlarda kullanılan cerrahî âletlerin sterilizasyonunda ve böbrek taşlarının parçalanmasında kullanılabilmesi için çalışmalar sürdürülmektedir. Bazı fizikçilere göre, ses dalgaları ile kabarcığın ısıtılması, füzyon (birleştirme, kaynaştırma) reaksiyonlarının başlaması için kullanılacaktır.

    Ultrason teknolojisinin başlıca kullanım alanlarına örnek verilecek olunursa;
    1. Maden Bilimi ve Makine Teknolojisi
    • Erimiş metalleri saf hale getirme
    • Ultrasonik şekillendirme, yüzey temizleme
    • Ultrasonik kaynak
    • Kesme
    • Gözenekli materyallerin sıvılarla emdirilmesi
    2. Kimyasal ve Biyo-Kimyasal Teknolojilerde
    • Ekstraksiyon, sorpsiyon, filtrasyon ve kurutma
    • Emülsiyon-süspansiyon hale getirme, karıştırma, dispersiyon yapma, homojenizasyon
    • Parçalama, çözme, flotasyon ve kuagülasyon
    • Gaz giderme, buharlaştırma
    • Yüzey temizleme
    • Polimerizasyon ve depolimerizasyon
    • İlaçların hazırlanması
    • Biyo-materyallerin sentezi
    3. Çevre Teknolojisinde
    • Su işletmeleri
    • Kontamine katı materyallerin saflaştırılması
    • Sigaradaki dumanın kuagülasyonu
    4. Yağ ve Gaz Endüstrisinde
    • Petrol ve gazın üretiminde, işlenmesinde, taşınmasında ultrason kullanımı
    5. Gıda Endüstrisinde
    • Meyve sularının ekstraksiyonu
    • Süt tozlarının hazırlanması
    6. Enerji Sanayinde;
    • Akustik brülör
    • Isı değiştiricilerin duvarlarındaki tortuların uzaklaştırılması
    7. Tıp Sektöründe

    Endüstriyel maksatlarla veya savunma sanayinde kullanılan teknolojilerin tıpta kullanılması, insanlığa büyük faydalar sağlamıştır. İkinci Dünya Savaşı sırasında denizaltıların yerinin belirlenmesi daha sonraları da demiryolu raylarındaki çatlakları belirlemek maksadıyla kullanılan ultrason dalgaları, tıpta da kullanılmaya başlanmış ve geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Fizik tedavi maksadıyla düşük frekanslı ses dalgalarıyla dokunun ısıtılmasında, özellikle üst solunum yolu rahatsızlıklarında ihtiyaç duyulan soğuk buhar üretiminin sağlanmasında (nebülizatör), cerrahi uygulamalardaki tıbbi cihazların mikro seviyede temizliğinde, teşhis maksatlı diagnostik görüntülemede ultrason teknolojisi kullanılmaktadır. Kafatasının bir tarafından ultrasonik bir sinyal yollandığında, sinyalin büyük kısmı diğer taraftan geri yansımakta ve kafatası içinde orta hattaki anatomik yapılardan gelen algılanabilir bir yankı saptanmaktadır. Bu test kimi zaman kaza geçiren insanlara uygulanmaktadır. Yankı, iki kenar arasında yarı yolda beklenen şekilde oluşmazsa, cerrah iç kanamanın beyni yerinden ittiği kuşkusuna kapılabilmektedir. Bu tekniğin daha karmaşık biçimi, özellikle gebelik sırasında karın bölgesini incelemek için kullanılmaktadır.



    4.4.Ultrases Prosesinin Atıksu Arıtımında Gerçekleştirdiği Reaksiyonlar

    Akustik kavitasyonun oluşumu; fiziksel, kimyasal, radikal etkilere neden olmaktadır. Akustik kavitasyon mekanizmasının kimyasal etkileri olarak ortaya çıkan hidroksil radikalleri de kirleticilerin parçalanmasını sağlayan kimyasal reaksiyonların hızını arttırmaktadır. Kimyasal ve mekanik reaksiyonlar için gerekli olan enerjiler, kavitasyon sırasında kabarcıkalrın sıkışma devresinde içe doğru çökelmesi suretiyle elde edilmektedir. Sucul kavitasyon etkisinin istenilen koşullara ulaşması sonucu, atıksudaki organik kirleticilerin iki yolla parçalanabileceği belirtilmektedir. Bu yöntemler;
    • OH radikallerinin oksidayonu
    • Piroliz yöntemlerinden
    oluşmaktadır. Ultrases prosesinin uygun koşullarda yürütülmesinde gerçekleşen ilk mekanizma su moleküllerinin ‘hidrojen ve hidroksil’ radikallerine dönüşmesidir. Hidrojen radikallerinin oluşumu ile gerçekleşen oksidasyon reaksiyonları, sadece kabarcıkların içerisindeki yada kabarcık yüzeyindeki organik maddelerin bağlarının parçalanmasını sağlamaktadır. Yapılan çalışmalarda en iyiy sonolisis sonuçlarının yüksek ultrases frekanslarında (500-600 kHz) maksimum hidroksil radikallerinin üretimi ile elde edildiği belirtilmiştir (Petrier ve diğerleri,1992; Colarusso ve diğerleri,1996; Petrier ve diğerleri, 1994; Enterazzi ve diğerleri,1996; Hua ve diğerleri,1997).

    Ultrases prosesinde gerçekleşen ikinci mekanizma ise ‘piroliz’dir. Piroliz işlemi oksijensiz ortamda, organik maddenin ısıl parçalanması olarak tanımlanabilir. Piroliz aşamasında organik maddelerin parçalanması için istenilen sıcaklığa ulaşılabilmesi ve organik maddelerin yüksek buhar basınçlı olması gerekmektedir. Böylece bileşikler kabarcıkalrın içerisinde yüksek konsantrasyona sahiptirler.

    Ultrases ile oksidasyon sırasında gerçekleşen iki aşama sürekli beraber gerçekleşmek zorunda değildir. Giderilmek istenen organik maddelerin özelliğine göre baskın olan aşamalar farklılık göstermektedir. Piroliz mekanizmasının yüksek konsantrasyonlu çözeltilerde, buna karşılık hidroksil radikallerinin ise düşük konsantrasyonlu çözeltilerde baskın olduğu belirtilmiştir (Kotronarou ve diğerleri,1991).

    Ultrasonik yöntemin uygulamadaki basitliği ve istenmeyen yan ürünler (toksik vb) oluşturmaması nedeniyle tercih edilmektedir (Vincenzo, 2007). Ultrasonik ileri oksidasyon yönteminde ultrasonik dalgaların kavitasyon etkisiyle hidroksil radikalleri oluşturması amaçlanır. Bu süreçte mikrokabarcıklar oluşur, büyür ve sonra yok olurlar. Yok olma aşamasında reaktif serbest radikaller oluşur. Yok olma aşamasında kabarcığın içerisindeki sıcaklığın 2000K’nin üzerine çıktığı sanılmaktadır.

    Hidroksil radikalleri su ya da oksijen moleküllerinden üretilebilir:
    H2OH+OH
    O22O
    O+H2O2OH
    H+O2OH+O
    Ortamda organik maddeler mevcut olmadığında OH radikalleri birleşerek H2O2 oluştururlar. Bu nedenle akustik kavitasyon sırasında H2O2 ölçümleri, çalışılan sonokimya koşullarında kabarcıklar tarafından serbest hale geçirilen OH radikallerinin miktarını tahmin etmek için kullanılabilir.

    Boynuz tipi ve durağan dalga tipi olmak üzere iki tip sonokimyasal reaktör bulunmaktadır. Boynuz tipi sonokimyasal reaktörde ultrasonik bir boynuz sıvı içerisine daldırılır ve boynuz ucundan doğrudan bir ultrasonik dalga ile sıvı radyasyona maruz bırakılır. Boynuz ucuna yakın akustik genlik (ultrasonik dalganın basınç genliğidir), 10 atm’ye kadar yükselebilir. Ancak bir boynuzdan yayılan ultrasonik dalga yaklaşık olarak küresel bir dalgadır ve akustik genlik kısa sürede yok olur (boynuzun ucundan olan mesafe artarken). Durağan dalga türü sonokimyasal reaktörde ultrasonik bir enerji iletim sistemi sıvı kabının dış yüzeyine tutturulur ve sıvı, sıvı kabının dış yüzeyinden ultrasonik bir dalga ile radyasyona maruz bırakılır. Ultrasonik dalganın durağan dalgası sıvı içerisinde oluşur ve durağan dalga türü sonokimyasal reaktördeki tipik akustik genlik, boynuz tipi bir sonokimyasal reaktörden çok daha küçüktür. Ayrıca durağan dalga türü bir sonokimyasal reaktördeki kabarcıklar bir bölgede toplanır ki bu bölgede akustik genlik kritik değere yakın olur. Bjerknes kuvveti olarak adlandırılan durağan bir ultrasonik dalgadan gelen kabarcıklar üzerine etkiyen radyasyon kuvvetinin yönü bu kritik değerde ters döner. Ultrason frekansı 20 kHz olduğunda akustik genliğin kritik değeri 1,75 atm kadardır.( Mason, T.J.- Developments in ultrasound,2007)


    4.5.Ultrases Prosesinde Kirleticilerin Parçalanması

    Arıtma çamurunun çürütme prosesine beslenmeden önce US uygulanması üzerine pek çok çalışma yapılmıştır. Yapılan çalışmalar biyolojik katı üzerine sonikasyon enerjisinin yoğunluğunun ve frekansının etkisini incelemek üzerine yoğunlaşmıştır. Çalışmalar düşük frekansın mekanik ve fiziksel olayın gelişmesine yardımcı olduğunu göstermiştir. Yüksek frekansın ise sonokimyasal etkiyi yoğunlaştırdığı belirlenmiştir. 20-40 kHz’in güçlü bir mekanik gücü yaratmak için optimum frekans olduğu yapılan çalışmalarla belirlenmiştir. Kimyasalların parçalanmasında, yüksek frekansa sahip ses, düşük frekansa sahip ses’ten daha avantajlıdır (Xu ve Ark., 2006).
    Diğer taraftan uygulanan enerji yoğunluğu önemlidir. Yüksek enerji yoğunluğu partikül maddenin parçalanmasını artırır, ki bu durum eriyen madde oranında artış ve partikül boyutunda azalma ile kendini gösterir. Bu özellikler, anaerobik çürütme prosesi üzerine pozitif etkiye neden olur, özellikle atık aktif çamur stabilizasyonu için, çünkü bu proseste çamurun hidrolizi hız sınırlayıcı adım olarak tanımlanır. Benabdallah El-Hadj ve Ark., (2007) tarafından yapılan çalışmada anaerobik çürütme öncesinde çamurun US ön arıtımının etkisi incelenmiş. Ön arıtılmış çamurun kullanımı KOİ giderimi ve biogaz üretim verimliliğini önemli ölçüde artırdığı belirlenmiştir. US arıtım işleminde düşük spesifik enerjide, üretilen toplam metan termofilik ve mezofilik şartlar altında %12,5-17,5 ve %11-19,7 arasında arttığı belirlenmiştir. US arıtımda 11000kJ/kg toplam katı optimum spesifik enerji olarak belirlenmiştir. Bu değerin 15000kJ/kg toplam katı’ya değişimi biogaz üretimindeki artış %1,6 (termofilik) ve %2,5 (mezofilik) olmuştur.

    US, düşük yoğunlukta çamura uygulandığı zaman küçük partiküllerin birleşmesi engellenir ve çamurdaki kapiler su açığa çıkar. US yüksek yoğunlukta olduğu zaman, hücre dışı polimerik maddeler parçalanır. US bağlı suyu azaltır, 400W/m2 yoğunluğunda US uygulandığı zaman, çamurun bağlı suyu 16,7 g/g dan 2,0 g/g (kuru madde cinsinden)’ye azalır. Bunun sonucu olarak da susuzlaştırma işlemi gelişir. Genel olarak, biyolojik çamurların parçalanması güçtür, iyi çürütme şartlarında çamurun %30-45’i parçalanabilir. Ön arıtım uygulanarak bu oran artırılabilmektedir. Yin ve Ark., (2006) tarafından yapılan çalışmada, aktif çamurun 29 günde elde edilen parçalanma oranına US ön işlemi uygulanarak 18 günde ulaşılmıştır. Bilindiği üzere çamur şartlandırılmasında polielektrolit kullanımı çok yaygındır. Chu ve Ark., (2002) tarafından yapılan çalışmada poliektrolit kullanımının US ile yapılan ön arıtımda biyolojik parçalanabilirliği ne yönde etkilediği incelenmiştir. Çalışmada uzun süreli testlerde polielektrolitin varlığı anaerobik parçalanmayı geciktirmesine karşın US ön arıtımının metan üretimini önemli ölçüde artırdığı saptanmıştır(Nevim Genç-Kocaeli Üniversitesi,2006).

    Toksik katı madde içeren endüstriyel kirli atıksuların başında gelmekte ve toksik özelliklerinden dolayı önemli bir çevresel problem oluşturmaktadır [1]. Bu tip atıksuların arıtımı, boyar maddelerin yüksek konsantrasyonlarda organik boyar maddeler, surfaktantlar, komplex yapıda organik bileşikler içeren zor ayrışabilen karmaşık kimyasal yapılara sahip olmalarından dolayı zor ve problemlidir. Bu yüzden boyar madde ihtiva eden atıksuların arıtımı adsorpsiyon, kimyasal ve fotooksidasyon gibi ileri arıtma teknikleri kullanılarak yapılmaktadır. Bu yöntemler arasında adsorpsiyon arıtma performansı en yüksek olan ve en çok kullanılan bir yöntemdir. Literatürde birçok araştırmacı reaktif boyar maddelerin sonokimyasal arıtımı için değişik kombine proseseler tasarlamışlardır.

    Kuvvetli renk ve kimyasal oksijen ihtiyacını (KOİ) gidermek için ultrases ve toz aktif karbon kombine bir proseste kullanılmış, ilkönce sentetik olarak hazırlanmış rifacion yellow HE4R (reactive yellow 84) boyasının sonokimyasal parçalanması suretiyle atıksu ortamından renk ve kimyasal oksijen ihtiyacının giderimi çalışılmıştır. Toz aktif karbonun iyi bir adsorbent ve katalizör olma özelliği dikkate alınarak, daha sonra ultrases ve toz aktif karbon birlikte kullanılmış, boya ve kimyasal oksijen ihtiyacının giderimindeki ortak etkilerinin belirlenmesi çalışılmıştır. Toz aktif karbonun diğer bir kullanım amacı ise ultrasesle birlikte daha az toz aktif karbon kullanarak prosesin süresini, maliyetini azaltmak ve renk ve kimyasal oksijen ihtiyacının giderimi verimini artırmaktır.

    US, arıtma çamurlarının arıtımında çok yaygın kullanılmaktadır. US uygulaması ile partiküllerin oluşturduğu floklar kırıldığı için, atıksuların ultraviyole dezenfeksiyonunda verimliliğin düşmesine neden olan süspanse katıların gideriminde de kullanılmaktadır. Düşük US dozunda bakteri flokları mekanik kesme etkisi ile bozulabilir. US dozu artırıldığında US kavitasyonu, hücre duvarlarını parçalayabilir. US’nin bu etkisi mikroorganizmalar için öldürücüdür. Bu nedenle ultraviyole dezenfeksyon işleminden önce kullanımı, dezenfeksiyon verimini artıracaktır (Blume ve Neis, 2004).

    Sucul ortamda ve atıksularda tehlikeli ve kirletici organik maddelerin ultrases kullanımı ile oksidasyonu konusunda birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalara göre ses ile oksidasyon genellikle radikaller ve piroliz mekanizması ile mümkün olabilmektedir. Ultrases ile oksidasyon klorlu organik maddelerin gideriminde de kullanılmaktadır. Mesela, karbon tetraklorür maddelerinin 20 ve 500 kHz frekansta oksidasyonunda piroliz mekanizması gerçekleşmektedir. Böylece karbon tetraklorür maddesinin oksidasyon sonunda daha az zararlı olan tetrakloro etilen ve hekzakloroetan’a dünüşmektedir (Francony ve diğerleri,1996). Diğer klorlu bileşikler olan trichloroethylene (Drijvers ve diğerleri,1996), chloform ( Petrier ve diğerleri,1995), pentachlorophenatc (Petrier ve diğerleri,1992), methylenechloride (Cheung ve diğerleri,1991) ve chlorofluorocarbons (Hirai ve diğerleri,1996) gibi organik maddeler yüksek gaz basıncına sahip olmaları nedeniyle sonolisis parçalanma sonucu klor iyonlarına, CO2 ve diğer organik maddelere dönüşmektedir. Başka bir çalışmaya göre; klorlu organik madde içeren atıksuya ultrases ile kimyasal oksidasyon uygulandığında 6-8 saatlik alıkonma süresi sonucunda atıksuda klorlu kimyasal maddelerin daha az zararlı organik maddelere dönüştüğü gözlenmiştir (Catallo ve diğerleri,1995).

    Yukarıda yapılmış olan çalışmalardan; piroliz, klorlu organik maddelerin ultrases ile oksidasyonunda (sonolisis parçalanmasında), radikallerin etkisinden daha çok etkili olduğu anlaşılmaktadır. Bunun nedeni ise, klorlu organik maddelerin yüksek buhar basıncına sahip olmalarıdır.

    Fenol içeren organik maddelere de ultrases ile oksidasyon prosesi uygulanmıştır. Fenol içeren organik maddeler klorlu organik maddelerden daha az uçucu özelliğe sahip olup, suda daha çabuk çözünmektedir. Bu özelliği nedeniyle daha iyi bir sonuç verebilmektedir (Petrier ve diğerleri,1994; Serpone ve diğerleri,1982). Fenolün okside edilmesi sonucu benzoquinone, catechol gibi organik maddelere ve oxalik, melaik, asetik, formik ve propanik asitlere dönüşmektedir (Berlan ve diğerleri,1994). Diğer fenollü organik maddelerden metil fenol hydroxyanisoles, resorcinol (Takizawa ve diğerleri,1996) ve klorofenollü bileşikleri (Serpone ve diğerleri,1994-b) hidroksil radikallerinin etkisi ile okside olarak, daha az zararlı organik maddelere yada son ürünlerine dönüşmektedir.

    Yukarıda yapılan çalışmalardan anlaşıldığı gibi, fenollü organik maddelerin ultrases ile oksidasyonun da (sonolisis parçalanmasında) hidroksil radikallerinin, piroliz mekanizmasından daha çok etkili olduğu belirlenmiştri. Bunun nedeni ise; fenollü organik maddelerin suda daha çabuk çözünebilmesidir. Yapılan bazı çalışmalarda kullanılan dekstran (Lorimer ve diğerleri,1995), sodyum hipoklorit (Mason ve diğerleri,1996-c), iodide ve bromide ( Guticrrez ve diğerleri,1991),arylalkanes (Soudagar ve diğerleri,1995), ve glyccraldehyde (Fuchs ve diğerleri,1995) gibi organik maddelerin ses ile okside olabildikleri belirlenmiştir.

    Nitrat içeren organik maddelere de ultrases ile oksidasyon prosesi uygulanmaktadır. Bu proses en çok askeriye atıksularının içerdiği nitratlı organik maddelerin (TNT,DNT,TNB,DNB) gideriminde kullanılmaktadır. Yapılan bir çalışmaya göre DNB, NB gibi organik maddelere 660 kHz ve 20 kHz’de ses ile oksidasyon prosesi uygulanmıştır. 660 kHz frekansında çok daha iyi sonuçlar alınmış olup, toksik organik maddelerin daha az zararlı son ürürnlere dönüştüğü gözlenmiştir (HQUSACE,1988). Ayrıca nitrotoluenin ses ile oksidasyonunda, potasyum permanganat eklenmesi ile metil grupları –COOH karboksil gibi kararlı ürünlere dönüştüğü belirtilmiştir (Soudagar ve diğerleri,1995). p-Nitrophenol’ün sonolisisinde ise piroliz mekanizmasının daha çok etkili olması ile, NO2- ,NO3- ,benzoquinone, hydroquinone, 4-nitrocatechol, formate ve oxalate gibi son ürünlere dönüşmektedir (Katronarrou ve diğerleri,1991). Trinitrotoluen gibi bileşiklerin ultrases ile oksidasyonunda ise hidroksil radikallerinin etkisinin daha çok olmasıyla metil grupları 2.4.6-trinitrobenzoic aside dönüşmekte ve bu sırada diğer kararlı ve daha az zararlı organik maddelere dönüşmektedir(Hoffman ve diğerleri,1996)

    Yukarıda yapılan çalışmalardan anlaşılacağı gibi, nitrat içeren organik maddelerin ses ile oksidasyonun da her iki mekanizmanında gerçekleştiği, organik maddenin özelliğine bağlı olarak, bir mekanizmanın daha aktif olduğu gözlenmiştir.

    Bu çalışmalardan başka;ultrases prosesi reaktif azo boyası ve Black B boyalarınıda içeren tekstil atıksularına 640 kHz gibi yüksek frekansta 100000K sıcaklıkta ve 10000 atm basınçta uygulanmıştır. Bu şartlar altında 90 dakikalık reaksiyon süresinde akustik kavitasyonun olukça etkili olup, OH radikalleri sayesinde reaktif azo boyası ve Black B boyalarının parçalanabildiği ve okzalat, sülfat ve nitrat iyonlarına dönüştüğü saptanmıştır. Sonolisis sırasında TOC ve RB konsantrasyonu düşerken, okzalat konsantrasyonunda artış olduğu gözlenmiştir (Vinadgopal ve diğerleri,1998).

    Çamur proses işlemlerinde ultrasonik güç mikroorganizmaların hücre duvarını parçalar ve hücre içi materyalin ortama salınmasının sağlar. Bu prosesle organik madde yüzdesi de beli ölçüde azalır (bu işlemin biyolojik çamur çürütme işlemlerinden önce uygulanması halinde organik materyallerin daha kolay sindirilebilir hale getirilmesi temin edilir). Ultrasonik güç uygulama yönteminin çamur susuzlaştırmada yardımcı madde olarak kullanılması halinde ise akustik stres çamur kütlesi içerisinde sünger etkisi oluşturarak partiküller arasında oluşan doğal kanallardan suyun daha kolaylıkla akmasını temin eder (Mason, 2007).
     
  2. Hazel Candan

    Hazel Candan CMNet Üyesi

    yukarıda yazılı olan Ultrasound Proje kaynağından alınmış galiba ama sende pdf olarak kayıdı varsa atabilirmisin web deki kopyalanmıyor bakmasıda zor oluyor.

    bir de bunu kim yazmış nerde yayınlamış başka bilgin varsa yazabilir misin ?
     
  3. Fatih Özcan

    Fatih Özcan Site Kurucusu

    PDF te benden olsun. Kaynakça da aşağıda..

    Kaynaklar


    ➢ Mason, T.J., 2007. Developments in ultrasound – non-medical. Progress in
    Biophysics and Molecular Biology. 93:166-175
    ➢ Genç,Atıksu ve Arıtma Çamurlarında biyolojik Parçalanabilirliğin
    Geliştirilmesinde Ön Arıtımın Önemi- Kocaeli Üniversite-Çevre
    Mühendisliği Bölümü,2007
    ➢ Ebru Çokay Çatalkaya,Füsun Şengül-Ses ile Kimyasal Oksidasyon,Dokuz
    Eylül Üniversitesi,Çevre Mühendisliği Bölümü
    ➢ Şayan-Ultrases Kullanılarak Reaktif Tekstil Boyar Maddesinin Renk ve KOİ
    Gideriminin Modellemesi ve Optimizasyonu, Atatürk Üniversitesi-Kimya
    Mühendisliği Bölümü,2005
    27
    ➢ Edecan, Kombine Ultrases/Aktif Karbon Kullanılarak Tekstil Boyar
    Maddesinin Renk Gideriminin Modellemesi-Atatürk Üniversitesi-Kimya
    Mühendisliği Bölümü,2006
    ➢ A.Tiehm, K.Nickel and U.Neis-The Use of Ultrasound to Accelerate the
    Anaerobic Digestion of Sewage Sludge –Technical University of
    Hamburg,2007
     

    Ekli Dosyalar:

    Zeynep Akgül ve Murat Erdem bunu beğendi.
  4. s1cistut6

    s1cistut6 CMNet Üyesi


    Bu benim 3. sınıf atıksu arıtma projem Fatih Bey istediğin formatta ve kaynaklarını yazmış. Kaynakları derleyip hazırlamıştım ayrıca sizinde daha önce paylaştığın ultrasound ile ilgili konudan da alıntı var içerisinde dikkat ettiyseniz.
     
  5. Hazel Candan

    Hazel Candan CMNet Üyesi

    yanlız önceden yazdığım internet sitesindeki kaynakda isim soy isim üniversite vs bilgiler falan yok. kaynakların olduğunu biliyorum pdf formatı olarak istemiştim zaten.
     
  6. Zeynep Akgül

    Zeynep Akgül CMNet Üyesi

    ULTRASOUND yazısını paylaşan arkadaşım bana dönüş yapabilir misinnn
     
Ultrasound ile atıksu arıtımı konusuna benzer içeriklerimiz
  1. Bitkisel yağ endüstrisi atıksu arıtımı

    Endüstriyel Kirlilik Kontrolü dersi için yaptığım sunum içerisinde bitkisel yağ endüstrisi üretim aşaması,atıksu karakterizasyonu ve atıksu oluşum yerleri,atıksu arıtma alternatifleri vardır. Yenilenmiş Link: http://rapidshare.com/files/454032900/bitkisel_yaae__end__strisi_atae_ksu_arae_tae_mae__son.rar Hilal ÇETİN
  2. Tekstil atıksularının ultrasound ile ön arıtımı

    tekstil atıksularının ultrasound ile ön arıtımı ile ilgili bilgilere acil ihtiyacım vardı yardımcı olursanız çok sevinirdim şimdiden teşekkürler
  3. Atıksu arıtımı ve tesis tasarımı

    Atıksu arıtımı ve tesis tasarımı hakkında bilgi,proje örneği,sunum,... her şey olabilir bilgilerinizi paylaşır mısınız lütfen önereceğiniz link var mıdır ?
  4. Kimyasal Atıksu Arıtımı

    Merhaba, Aşağıda kirlilik parmetreleri verilen atıksuya ait ekte akım şemaları mevcut. İnceleyip varsa eksiklik veya alternatifleri(daha ekonomik ve pratik) benimle paylaşabilir misiniz? Bir yatırım yapacağız ve alternatifleri de değerlendirmek istiyoruz. CODcr, nikel, bakır, krom, demir, fosfor, florür, fosfat Ön Arıtma: Arıtma:
  5. Biyofilm reaktörlerde atıksu arıtımı

    Çevre mikrobiyolojisi 2 notlarından...