Operational and kinetic parameters of ultrasonic disinfection

Abstract

SESÜSTÜ DALGA LE DEZENFEKS YONUN OPERASYONEL VEK NET K PARAMETRELERAyça ÇevikusÇevre Teknolojisi Yüksek Lisans Tezi, 2006Tez Danışmanı: Prof. Dr. Nilsun nceAnahtar Kelimeler: Sesüstü, Dezenfeksiyon, E.coli, Kinetik, VerimlilikSesüstü dalgalar, kirli sularda bulunan organik maddelerin ve hastalık yapıcıorganizmaların yok edilmesinde etkili bir yoldur. Sesüstü dalgaların etkinliği sudaoluşturduğu `'kavitasyonlar'' sayesindedir. Kavitasyon, içinde bulunduğu sıvıbünyesindeki buhar ve gazlarla dolarak oluşan mikro-kabarcıkların, daha da gelişip,meydana getirdiği şiddetli `'içsel patlaması'' olarak tanımlanır ve uygulandığı sıvıdaçok güçlü kimyasal ve mekanik etkiler yaratır.Bu çalışmanın amacı, sesüstü dalgalarla dezenfeksiyonun operasyonelparametrelerinin araştırılması ve bakteri ölüm hızını ifade eden kinetik bir modelingeliştirilmesidir. Hastalık yapıcı bakterilerin işaretcisi olan Escherichia Colihücrelerinin yok edilmesinde üç ayrı frekans: 20 kHz, 300 kHz ve 520 kHzdenenmiştir. Tüm çalışmalarda, periyodik olarak reaktörlerden alınan numunelerdeyaşamını sürdürebilen hücreler sayılmıştır. Sistem verimin en iyi olduğu şartlarınbelirlenmesi amacıyla, sürekli ve kesikli uygulamaların, başlangıç hücre ve tamponçözelti konsantrasyonlarının, ve katı parçacıkların etkileri araştırılmıştır.Sonuç olarak, ölüm hızının 20 kHz frekans ile çalışan sistemde en yüksekolduğu belirlenmiştir. Hücre ölümü kum ve 53 µm'den küçük talk parçacıkları ileartırılmıştır. Sesüstü dalgaların sürekli ve kesikli uygulamaları arasında belirgin birfark gözlenmemiştir. Buna, kesikli uygulama sırasında sistemin kapalı olduğusürenin uzunluğunun sebep olduğu düşünülmüştür. Hücre ölüm hızının, Chick'skanunun modifiye formu ile tanımlanabilmesi, ses ötesi dalgaların, kimyasaldezenfektanlara benzer bir rol oynadığını göstermektedir.

OPERATIONAL AND KINETIC PARAMETERS OF ULTRASONICDISINFECTIONAyça ÇevikusEnvironmental Technology M.S. Thesis, 2006Thesis Supervisor: Prof. Dr. Nilsun nceKeywords: Ultrasound, Disinfection, E.coli, Kinetics, EfficiencyUltrasonic pressure waves are powerful means of destroying organic matterand pathogenic organisms in polluted water bodies. The potential is due to?cavitation phenomenon?, which consists of the formation, growth and implosivecollapse of acoustic cavities that create extreme chemical and mechanical effects inthe surrounding liquid.The purpose of this study was to investigate the operational parameters ofultrasonic disinfection and to develop a kinetic model to describe the rate of bacterialkill under ultrasonic irradiation. The method involved the use of three differentfrequencies, 20 kHz, 300 kHz, 520 kHz to inactivate pathogenic organisms in waterrepresented by Escherichia Coli. Bacterial count tests were periodically performedthroughout the sonication period to determine the quantity of surviving cells in thereactor effluents. Effects of the operation mode (continuous vs pulse), the bufferconcentration, initial E.coli density, and solid particle addition were investigated toselect optimum conditions.It was found that maximum rate of kill was accomplished at 20 kHz within 20min. The degree of cell inactivation could be enhanced by the addition of sand or talcwith effective diameters of 53 µm. There was no significant difference betweencontinuous and pulse mode of operations, to be attributed to the relatively longpause period applied. The rate of inactivation was described by a modified form ofChick?s law, showing that ultrasound mimicked the role of chemical biocides in waterdisinfection systems.