su ve nanoteknoloj

SU VE NANOTEKNOLOJİ
2013144003 Canan ÇALIK
2012144012 Fikriye Begüm SERT
2012144005 Kübra GEDİK
NANOTEKNOLOJİ
Atom
Nanoteknoloji, atom ve
moleküllerin bir araya
getirilmesi ile nanometre
ölçeklerde işlevli yapıların
oluşturulması şeklinde
özetlenebilir.
Molekül
Nanometre
Ölçeklerde
İşlevli Yapı
NANOTEKNOLOJİNİN GELİŞİM SÜRECİ
Richard Feynman
1959’da bir konferansta ‘There is plenty of
room at the bottom (Aşağıda daha çok yer
var)’ başlıklı bir konuşma yapmıştır. Bu
konuşmasında eğer atom ve molekül
büyüklüklerinde imalat yapılabilirse birçok
yeni keşiflerin olabileceğini söylemiş, böyle
bir şeyin gerçekleşebilmesi için ilk başta
nanoölçekte özel ölçme ve üretim
yöntemlerinin geliştirilmesi gerektiğini
belirtmiştir. Feynman’ın bu meşhur
konuşması nanobilim ve nanoteknolojinin
başlangıcı kabul edilmektedir.
Bakteri SEM İle
Alınmış Görüntüsü
GaP/Si AFM İle
Alınmış Görüntüsü
1980’li yılların başlarında
nanoyapıların bazı fiziksel
büyüklüklerini ölçmek ve nanoölçekte
malzeme üretmek maksadıyla
kullanılabilecek bazı yöntemler ve
aygıtlar geliştirildi, böylece
Feynman’ın bahsettiği ilk adım atılmış
oldu; taramalı tünellemeli
mikroskoplar, atom kuvveti
mikroskopları bunlardan bazılarıdır.
2001’de nanolaser gerçekleştirilmesiyle
bilgisayarların gelişmesi de bu konuda
kuramsal çalışmaların, özellikle
bilgisayar simülasyon çalışmalarının
yaygınlaşmasını sağlamıştır.
NANOBOYUT
Atomlar tek tek ele
alındığında onların
kendine has kuantum
(mikroskopik) dünyası
için büyük, el ile tutulan
göz ile görülen
davranışları
makroskopik dünya için
ise çok küçük
olduğundan nanometre
boyutlarında bir madde
bu iki dünyanın
karışımı ilginç özellikler
taşır.
Nano Altın
Parçacıkları İle
İşlenmiş Kadehin
İçine Işık
Düşürüldükten
Sonraki Görüntüsü
Nanoölçekteki yapıların farklılıkları sadece ebatların
küçüklüğü ile ilgili değil, ayrıca küçük ebatlarda
farklı fiziksel özelliklerin ortaya çıkması ile de
ilişkilidir. Ebatlar küçüldükçe kuantum özellikler
daha belirgin hale gelir. Bunun en önemli
sonuçlarından birisi atomların geometrik düzeninin
maddenin bazı fiziksel özelliklerini etkilemesidir.
NANOTEKNOLOJİ UYGULAMA
ALANLARI
Nano Bilgisayar
Kirlenmeyen Kıyafetler
Mikrop Oluşumunu Önleyen
Nanoboya
Hafif ve Dayanıklı Çelik Yelek
NANOTEKNOLOJİ UYGULAMA
ALANLARI: ÇEVRE VE ENERJİ
Nanoteknolojinin enerjinin verimli kullanılmasında, depolanmasında
ve üretilmesinde önemli etkileri vardır. Çevre sorunlarının
gözlenmesinde ve giderilmesinde kullanılarak; çeşitli kaynaklardan
gelen atıklar önlenebilir, daha az atık yapan üretim sistemleri
geliştirilebilir.
Temiz enerji kaynağı olarak kabul edilen hidrojen enerjisi
konusunda hidrojen gazını depolama işine nanoölçekte çözüm
aramak gerekmektedir.
Gelecekte yaşamsal bir ihtiyaç haline gelecek
olan temiz su elde edilmesinde nanofiltreler
kullanılabilir.
Nanofiltre
SU
Kimyasal formülü H2O olan 2
Hidrojen ve 1 Oksijen atomu
arasında kovalent bağ bulunan
bileşiktir. Moleküller arasında
H bağı bulunur.
Su Molekülü
Su
• Besinlerin sindirimi, emilimi
ve hücrelere taşınmasında
• Hücre, organ ve dokuların
düzenli çalışmasında
• Zararlı maddelerin vücuttan
atılmasına
• Vücut ısısının denetiminde
görevlidir.
SUYUN ÖZELLİKLERİ
Kırmızı renkli ışın absorbe
edildiği için göl ve deniz gibi
büyük su kütlelerindeki su,
mavi olarak görünür. Suyun
rengi içindeki kirlilik vb.
etkenlere bağlı değişebilir.
Su, eriyebilen birçok madde için çok iyi bir
çözücüdür. Bu tip maddeler hidrofilik
maddelerdir. Hidroksi bileşikleri, amin,
sülfidril bileşikleri, ester, keton vb organik
bileşikler…
Su kohezyon kuvvetine sahip bir maddedir,
yani kendi molekülleri arasında çekim kuvveti
sayesinde dağılmadan kalabilir. Su aynı
zamanda adhezyon (farklı iki maddenin
molekülleri arasındaki çekim kuvveti) kuvveti
yüksek bir maddedir.
Su, su molekülleri arasındaki güçlü
kohezyon kuvveti nedeniyle oluşan yüksek
yüzey gerilimine sahiptir.
Alçı Taşı CaSO4
Kalker Taşı CaCO3
Kaya Tuzu NaCl
Suyun elektrik iletme özelliğini suyun içinde çözünmüş olan
mineral tuzlarının iyonları sağlar.
SU KAYNAKLARI
Yağmur Kar
Yeraltı Kaynak
Deniz Göl
Maden Suyu
METEOR SULARI Mevcut sular içinde en
saf olanıdır, bununla beraber havada
bulunan bütün gazları içerdiği gibi, bazı
anorganik ve organik maddeler de
bulunabilir.
YERALTI VE KAYNAK SULARI
Bulunduğu ve geçtiği toprak tabakalarını
çözmesi sonucunda, tabakaların cinsine
göre, çözünmüş maddeleri içerir.
YERYÜZÜ SULARI Yüzeylerinin açık
olması sebebiyle özellikle organik yapıdaki
yabancı maddeleri almaya yatkındır. Buna
karşılık hava ile temas halinde olduğundan
karbonat sertliği azdır.
MİNERAL SULARI Doğal sulara oranla
çözünmüş madde miktarı belirli bir sınırı
aşmış veya temperatür ve radyoaktivitesi
doğal sınırı geçmiş olan sulardır.
DOĞADAKİ SU DÖNGÜSÜ
Su buharı yoğunlaşarak bulutları oluşturur koşullar uygun olduğunda yağış
meydana gelir. Yağış şeklinde yeryüzüne düşen su toprağa sızarak yeraltı sularına
veya yüzeyel akıntı olarak okyanuslara ve denizlere karışır. Yüzey sularının
buharlaşmasıyla su atmosfere geri döner.
ATIKSU ARITMA
Atıksu
Su arıtma ham su kaynaklarından kontaminantların
(bulunması istenmeyen madde ve madde karışımları)
uzaklaştırılması işlemi olarak tanımlanabilmektedir. Su
arıtma; bakteri, parazit, virüs, mantarlar, algler gibi
organik materyallerin askıda kalmış partiküllerini; krom,
kurşun ve bakır gibi toksik metalleri ve kumlar gibi
büyük partikülleri ayırabilmektedir. Bazı arıtma
sistemleri; kendi etkileri ile görünüm, koku ve tat için
seçilmiştir. Atıksuyun niteliğine göre kullanılacak arıtma
prosesleri de farklılık göstermektedir.
SU ARITMA YÖNTEMLERİ
FİZİKSEL ARITMA PROSESLERİ
Fiziksel arıtma atıksu içerisinde bulunan yüzer maddeler ile
kendiliğinden çökebilen katı maddelerin giderilmesi amacıyla
yapılır.
BİYOLOJİK ARITMA PROSESLERİ
Biyolojik arıtma prosesleri aerobik ve anaerobik arıtma olarak
sınıflandırılabilir.
KİMYASAL ARITMA PROSESLERİ
Suda çözünmüş halde ve askıda bulunan katı maddelerin
çökelmesini ve bu şekilde sudan uzaklaştırılmasını sağlayan
kimyasal arıtma tesislerinde, uygun pH aralığında atıksuya
kimyasal maddeler ilave edilmektedir. Kimyasal arıtma
proseslerinde çökeltme işlemini sağlayan bu kimyasal
maddeler koagülant madde adıyla anılır.
ÖNEMLİ SU İYİLEŞTİRME ALANLARI
VE BU KONUYLA ALAKALI YAYGIN
TEKNOLOJİLER
 Organiklerin taşınması; UV, ozon ve karbon




filtrasyon
Partiküllerin taşınması; nanofiltrasyon ve
ultrafiltrasyon
De iyonizasyon; elektro de iyonizasyon, ters ozmos
ve iyon değişimi
Su yumuşaklığı; kimyasal çökelme ve iyon değişimi
Partikül filtrasyonu; arıtma, koagülasyon,
kararsızlık, sürekli mikro-filtrasyon
ORGANİKLERİN TAŞINMASI
OZON O3 ün radikal bozunma ürünleri, çözünen organik
maddelerin bozunma ürünlerine, alkali, geçiş metalleri, metal
oksitler ve karbon gibi maddelerin varlığı ile katalizlenir.
UV Ultraviyole (UV), ozon moleküllerini ve organik maddeleri
aktive ederek organik madde giderimi artar. Bu yolla
pestisitlerin CO2 ve H2O’ya parçalanması mümkün olmaktadır.
KARBON FİLTRASYON Aktif karbon filtrasyon
sistemleri; suda istenmeyen klor, renk, tat, koku
veren eriyik gazlar, artıklar ve organik maddelerin
arıtımı için kullanılmaktadır. Hydrofilter-C
otomatik filtreler aktif karbonun adsorpsiyon
özelliği ile, sudaki molekül ve iyonları mineral
gözenekleri vasıtası ile iç yüzeylerine doğru
çekerek, suyun organik maddelerden arınmış,
renksiz, kokusuz ve berrak bir şekilde olmasını
sağlar.
PARTİKÜLLERİN TAŞINMASI
NANOFİLTRASYON Bakterilerin, virüslerin, organik kalıntıların ve sertliğin
uzaklaştırılmasında kullanılır. Ayrılma işlemi organik bir yarı geçirgen
membrandan oluşan seçici geçirgen bir tabaka üzerinde gerçekleşir. Genellikle
membran materyalinin pozitif veya negatif yüklü olmasından dolayı
nanofiltrasyon membranlar Donnan dengesiyle açıklanan iyonik seçiciliğe
sahiptir. Buna göre küçük mineral iyonlarını içeren çözeltiler membrandaki sabit
iyonik moleküllerle aralarında Donnan potansiyeli denen elektriksel bir potansiyel
farkının doğmasına ve Donnan dengesi adı verilen dengenin oluşmasına neden
olurlar.
ULTRAFİLTRASYON µ dan
0.01 µ değin fiziksel arıtım
yapabilme yeteneğine sahip
sistemler ise Ultrafiltrasyon
sistemleri (UF) olarak
tanımlanır.
DE İYONİZASYON
ELEKTRO DE İYONİZASYON Elektro
deiyonizasyon, doğru akım altında (-)
anot ve (+) Katot, iki elektrot arasında
sıkışmış iyon seçici membranlar ve iyon
değiştirme reçinelerinin bir
kombinasyonu şeklinde kullanılarak suyu
saflaştıran bir teknolojidir.
TERS OZMOS Ters ozmos işlemi esnasında
yüksek basınca ihtiyaç vardır. Arıtılacak
olan suya uygulanan basınç bir pompayla
sağlanır. Ters osmos sisteminde basınç
pompasının basınç uygulayarak gözenek
çapları (milimetrenin 10.000.000’da biri ile
1.000.000’da biri arasında (en ufak virüsten
20 kat büyük)) membranın bir tarafında
kirleticiyi hapseder; diğer tarafa arınmış
suyu geçirir. NASA tarafından uzay
kapsülü içerisinde astronotların atık sudan
içme suyu sağlamaları amacıyla
bulunmuştur.
SU YUMUŞAKLIĞI
KİMYASAL ÇÖKELME Fosforun gideriminde kimyasal,
fiziksel ve biyolojik metotlar kullanılabilmektedir. Demir veya
alum tuzları ya da kireç ile yapılan kimyasal çöktürme fosfor
gideriminde çok kullanılmaktadır.
İYON DEĞİŞİMİ Su yumuşatma sistemlerinin temel çalışma
prensibi iyon değiştirme yöntemi ile suda sertliğe neden olan
Kalsiyum (Ca+2) ve Magnezyum (Mg+2) iyonlarının sudan
uzaklaştırılmasına yardımcı olmasıdır. Katyonik reçinede
bulunan Sodyum (Na+1) iyonlarının, kalsiyum ve magnezyum
iyonları ile yer değiştirerek gerçekleştirdiği uzaklaştırma
işlemidir. Bu işlem sonrasında doyuma ulaşan reçinenin tuzlu
su ile zaman yada debi kontrollü rejenerasyon işlemi
yapılmalıdır.
PARTİKÜL FİLTRASYONU
KOAGÜLASYON Koagülasyon suyun içindeki çözünmüş
parçacıkların pıhtılaşma sürecini kapsar. Koagülasyonun başarılı
olabilmesi için APF (Suda askıda duran ince ve katı partikülleri
topaklayarak AFM(Aktif Filtre Katmanı. AFM'nin ham maddesi
yeşil camdır. AFM mezo gözenekli bir yapıdadır ve katalitik yüzey
alanı m³ başına 1 000 000 m² ulaşır. Katalitik yüzeylere suyun
teması ile oluşan hidroksil radikaller (OH-Radikaller) biofilm
oluşumunu engeller.) filtrede tutunmalarını sağlar.)’nin su ile
şiddetli bir şekilde karıştırılması gereklidir.
SÜREKLİ MİKRO-FİLTRASYON Sürekli
mikrofiltrasyon prosesinde iki temel bileşen
bulunur; 0.2 mikron boşluk boyutlu
membranlar ve patentli hava ile ters yıkama
sistemi. Basınçlandırılmış hava ile yapılan
ters yıkama yüksek enerjisi ve iyi dağılımı
sebebiyle sıvı ile yapılan konvansiyonel ters
yıkamadan daha etkilidir. Ayrıca sıvı ile
yapılan konvansiyonel ters yıkamada
yapılması gereken ön klorlamaya bu sistemde
ihtiyaç duyulmaz.
SU ARITMADA BAZI YARDIMCI
ALANLAR
 Biyolojik Bozunma Kontrolü
 Korozyon Kontrolü
 Dezenfeksiyon
Ozon
Kloramin
Klor Dioksit
BİYOLOJİK BOZUNMA
Biyolojik bozunma, organik maddelerin canlı mikrobik
organizmalar tarafından üretilen enzimler yoluyla daha ufak
bileşenlere ayrıldığı süreçtir. Biyolojik bozunma süreçleri
büyük ölçüde farklılık göstermekle birlikte biyolojik
bozunmanın nihai ürünü çoğunlukla biyokütle, karbondioksit
ya da metandır. Organik maddeler oksijenle (aerobik) ya da
oksijensiz anaerobik ortamlarda biyolojik olarak ayrışabilirler.
Metan
KOROZYON KONTROLÜ
Korozyon metallerin ortam ile kimyasal veya
elektrokimyasal reaksiyonu sonucu malzeme
özelliklerinin olumsuz yönde etkilenmesidir.
Kimyasal korozyon metalin içinde bulunduğu
ortamdaki diğer bir elementle doğrudan
elektron alışverişinin söz konusu olduğu bir
reaksiyondur. Metal genellikle ortamdaki
oksijene elektron verir ve reaksiyon sonucu
metal oksit oluşur.
DEZENFEKSİYON
OZON Ozon oksidasyon gücü çok yüksek ve bilinen en güçlü dezenfektandır.
Yüksek oksidasyon gücü bakterilerin yok edilmesinde çok etkilidir. Ozonun suya 4
ile 10 dakika arasında uygulanması suyun dezenfekte olması için yeterlidir. Virüsler
çok küçük boyutlarda olduğu için parazitlik bir biyolojik kümeler oluşturmaktadır.
Virüslerin bakteri filtreleri ile tutulmaları mümkün değildir.
KLORAMİN Ortamda uzun süre bozunmadan kaldıklarından kloraminler sıklıkla
uzun dağıtım şebekelerinde serbest klor ihtiyacını karşılamak üzere ikincil
(rezidüel) dezenfektan olarak kullanılır. Kloraminlerin diğer bir tercih nedeni de
dezenfeksiyon sonrasında oluşan yan ürünlerin klorlamaya göre daha az olmasıdır.
Kloramin daha ziyade organik maddelerle çok fazla kirlenmiş yüzey sularının
klorlanmasında kullanılır. Bu metotla klor verilmeden önce suya az bir miktar
amonyak verilir. Amonyak sudaki organik maddeleri bilhassa fenolü indirger.
KLOR DİOKSİT Klor dioksit klora dayalı bir dezenfektan olmakla birlikte hemen
tüm özellikleri klordan farklıdır. Sıvı şekli sıvı içinde çözünmüş gaz şeklindedir,
çözünürlüğü pH’dan fazla etkilenmez, uçucu bir bileşiktir ve içinde çözünmüş
hâlde bulunduğu sıvıdan kolayca ayrılabilir. Güçlü bir dezenfektan olmasının yanı
sıra en çok tercih edilen oksidandır. Klor dioksit suya ilave edildiğinde oksidasyon
özelliğine sahip bir yan ürün oluşmasına neden olur.
Klor Dioksit
Kloramin
TİPİK BİR SU ARITMA FABRİKASINDA
Ön işlem olarak tanımlanan su yüzey arıtması; arıtma sistemi diğer aşamalarına
zarar verebilen çöp, sap, yaprak ve diğer büyük partiküller gibi büyük atıkları
ayıran birinci aşamadır.
Distile su ve deniz suyu pH değerleri yaklaşık olarak bilinmektedir ve bu sular
farklı pH değerlerine sahiptir. Bu yüzden, içilebilir su gibi istenilen su özellikleri
elde edilmesi için asit ya da alkali eklenerek pH ayarlaması yapılmalıdır. Bu aşama
pH ayarlama aşaması olarak adlandırılır.
Kimyasal kullanımı ile çalışan temizleme metotları, etkili bir şekilde yapıştırıcı
benzeri küçük askıda kalmış partiküller olan çökelme ve koagülasyondur; bu
nedenle granüller bir filtrede; çöplerin dibe çökmesi, kumdan su ayrılması ya da
benzeri granüllerin dibe çöktürülmesidir. Bu aşama çökelme ve koagülasyon olarak
adlandırılır.
Su içeren çökelme teknesi sedimantasyon teknesine girebilir. Bu, asılı bulunan
maddeleri alt kısma yerleştirmeye olanak veren, yavaş akışlı büyük bir tanktır. Bu
aşama ise sedimantasyon olarak adlandırılır.
Son aşamada askıdaki maddelerin birçoğu ayrıldıktan sonra; geride kalan
partikülleri, askıda kalan maddeleri ayırmak için su filtre edilir. Bu aşama filtrasyon
olarak adlandırılır.
İçilebilir su elde etmek için gerekli son aşama ise dezenfeksiyondur. Bu aşamada
filtreden geçen patojenleri öldürmek için su dezenfekte edilir.
SU YÜZEY ARITMASI
Büyük hacimli maddelerin atık sudan ayrılarak pompa ve diğer
teçhizata zarar vermelerini önlemek ve diğer arıtma ünitelerine
gelecek yükü hafifletmek amacı ile kullanılan arıtım
üniteleridir. İnce ve kaba ızgaralar olmak üzere aralık
miktarlarına bağlı çeşitleri bulunmakta ve manüel veya
otomatik temizlemeli olarak dizayn edilebilmektedirler.
pH AYARLAMA AŞAMASI
Atık nötralizasyonu, atık suyun pH seviyesinin müsaade edilebilir aralığın dışında
olduğu durumlarda; yüksek ve düşük pH’lı atık hatlarını karıştırarak veya ihtiyaç
duyulduğunda asit ya da kostik ekleyerek gerçekleştirilir. Atıksu, reçine
rejenerasyonu ve diğer proseslerden dolayı oluşur ve rejenerasyonlarla harcanan
rejenerantları içerir. pH seviyesi ile ilgili düzenlemelerin bölgeden bölgeye
değişmesine rağmen, çoğu ülkeler ve belediyeler deşarj edilen suyun pH’ını 6,0 ve
9,0 arasında olmak üzere belirler. Atıksu, atık nötralizasyon tankında karıştırılır ve
pH 6,0’dan düşük ise kostik, 9,0’dan büyük ise asit eklenir.
ÇÖKELME VE KOAGÜLASYON
Atık su arıtımında, koloidal maddelerle askı halindeki çok küçük
taneciklerin çökelmesini kolaylaştırmak için suya ilave edilen
maddelere koagülant denir. Koagülasyon aşaması, koagülantların
suya ilave edilişiyle hızla karıştırılması ile koloidal ve askıdaki katı
maddelerle birleşip kolayca çökebilmesi esasına dayanır.
Koagülant maddelerin uygun pH da atık suya ilave edilmesiyle atık
suyun bünyesindeki kolloidal ve askıda katı maddelerle birleşerek
flok (atık çamur) oluşturmaya hazır hale gelmesi işlemidir.
SEDİMANTASYON
Alüminyum ya da Demir tuzları ilave edilir, bu formlar hidroliz sonrasında
çözülemeyen metal hidroksitlerdir. Askıdaki maddeler hidroksitler tarafından
çekilirler ve çökeltilebilir yığınlar oluştururlar. Su sedimantasyon havuzu
içerisinden yavaşça geçerken, askıdaki materyaller tabana çökerler ve durultulmuş
su düzenli olarak yüzeyden çekilir. Sedimantasyon havuzları dikdörtgen, kare ya
da dairesel tanklar şeklinde düzenlenirler. Çöken çamur kazıyıcı bıçaklar ya da bant
kazıyıcılar tarafından atık noktalarına taşınırlar. Buradan ya yerçekimi ile ya da
pompalar yardımı ile atılırlar. Bir başka çözüm çamuru doğrudan tankın
tabanından emen askılı çamur pompaları bulunan kazıyıcı köprüler kullanmaktır.
Sedimantasyon Tankları
FİLTRELEME
Filtreleme su arıtma sürece yolundaki en önemli aşamalardan
birisidir. Özellikle organik ve inorganik askılı maddeler
sudan bu aşamada ayrılırlar. İlave olarak, çözülmüş katı
görünümlü Demir ve Mangan filtreleme maddelerinin
yüzeyinde oksidize olurlar. Amonyak ve Hidrojen Sülfit gibi
diğer çözülmüş maddeler de oksidize olurlar ve sudan
ayrılırlar. Çözülmüş maddeler aktif karbon gibi emici filtre
maddeleri uygulamak suretiyle filtre maddelerine
bağlanabilirler.
Demir ve Mangan
Filtreleme Maddeleri
DEZENFEKSİYON
Arıtma tesisi çıkış suyu alıcı ortama verilmeden önce, suda bulunan bakteri ve
virüslerin uzaklaştırılması işlemidir.
Sudaki zararlı mikroorganizmaları yok etmek için en etkili yol dezenfeksiyondur.
Suyun bakiye 0.1-0.2 mg/L klor kalacak şekilde ve uygun temas süresi ile klorla
dezenfekte edilmesi halinde bağırsak patojen bakterileri, 0.3-0.4 mg/L bakiye klorla
dezenfeksiyon halinde ise virüsler yok edilebilir.
Hastalık etkenleri olan yukarıda belirtilen mikroorganizmaların bakteriyolojik
muayeneleri zordur. Bu yüzden gösterge “indikatör” organizmalar kullanılır.
Bunlar:
 Koliform bakterisi, bilhassa E.koli olarak bilinen Escherichia koli.
 Streptococcus faecalis.
 Clostridium Perfringens Sporları
GELİŞEN VE KORUNAN SU
ARASINDAKİ FIRSATLAR
 Su kalite problemi nanofiltrasyon, nanopartikül ve benzeri
nanoteknolojik ürünler tarafından çözülebilir. Spesifik
nanopartikül kullanımı; ucuz, hızlı ve etkili membranlarda
ya da başka bir yapısal ortamda bağlanmış olan yararsız
içilebilir su birçok kuruluş tarafından araştırılmaktadır.
 Endüstriyel atık su arıtımında nanopartiküllerin endüstride
arıtılmış su geri dönüşümü ve kontaminantların
uzaklaştırılması; zaman, iş ve fiyatta önemli azalmalar
sağlayabilmektedir. Su arzının (tedarik) düzenli olarak
azalması ve talebin devamlı bir şekilde artması, yeraltı suyu
ve yeraltı su havzası iyileştirmede çok önemli ve kritik bir
sorun haline gelmiştir.
NANOTEKNOLOJİNİN SU
ARITMADA KULLANIMI
NANOMATERYALLER Nanomateryaller, 100 nanometrenin altında en az bir
boyut içeren materyallerdir. Doğal olarak meydana gelebilirler (katı partiküller,
biyomoleküller gibi), kazara üretilmiş (dizel eksozu gibi) ya da kasıtlı olarak
düzenlenmiştir. Boyutlarının önemine göre, kendi kütle materyalleri ile kıyaslanan
değişik fiziko-kimyasal özellikler gösterirler. Optik denemelerde içerik değişimi,
materyal dayanıklılığında, renginde (altın koloitlerin koyu kırmızı gibi
görünmesi), termal tutumlarda, iletkenlikte, katalitik aktivitede ve çözünürlükte
değişimlere sebep olabilir.
Demir Oksit
NANOMATERYALLER VE SU ARITMA Mevcut
su arz ağında, yüksek etkili ve nispeten küçük
arıtma sistemlerine stratejik bir yerleştirme ve
dağıtma dayanan spesifik konumdaki konsept
olabilirler. Su arıtma için, fonksiyonel materyaller
olarak değerlendirilen nanoskala materyaller
karbonlu, metal içeren nanopartiküller,
dendrimerler ve zeolitlerdir. Demir oksit
nanomateryali çevre dostu olarak atıksu arıtmada
nanoemici ve fotokatolizör olarak
kullanılmaktadır.
NANOSORBANTLAR
Su arıtma sistemlerinde sorbantlar genellikle, organik ve inorganik kirlilikleri
kontamine olmuş sudan ayırmak için ayırıcı ortamlar olarak kullanılırlar.
Yapılan bir çalışmada, çok katlı duvar karbon nanotüpler üzerine Cd(II), Pb(II),
Cu(II) emilimi incelenmiştir. Oda sıcaklığında maksimum emilim kapasitesi, pH ve
metal iyon konsantrasyonu bu elementler için rapor edilmiştir. Çok katlı duvar
karbon nanotüpler metal iyon emilim kapasitesi, granüller ve toz etkili karbon iyon
emiliminden daha fazladır.
As(V) için karbon nanotüp partikülleri etkili sorbantlar olarak gösterilirler.
Araştırmacılar tarafından, iki değerlikli pozitif yüklü iyon olan Mg(II) ve Ca(II),
As(V) sorbant miktarı artışını sağlamlaştıracak sonuçlar bulunmuştur. Akaganeyit
nanokristaller içeren orijinal As(V) sorbant karakterize edilmiş ve sentezlenmiştir.
Cr (VI) için etkili olan bir sorbant akaganeyit nanokristal olarak gösterilmiştir.
Zetolitler metal iyonları için bir iyon değiştirme ortamıdır ve etkili sorbantlardır.
NaP1 zetolitler, asit kaynaklı atık sulardan ağır metallerin ayrılması için iyon
değiştirici ortam olarak değerlendirilirler.
Bazı çalışmalara göre, nanoporlu aktif karbon fiberler (AFCs) sentezlenmektedir ve
AFCs üzerinde 20°C de tolüen, benzen, etilbenzen ve p-ksilen emilmektedir.
Sulu çözeltiler içine kaplanmış, çoklu duvar karbon nanotüpleri karbon bloklardan
daha iyi uçucu organik bileşenlerin sorbantlarıdır.
Hibrit organik-inorganik nanosorbantlar, sodyum dodesil sülfat (SDS) alüminyummagnezyum katman çift hidroksitlere (LDHs) dahil olarak sentezlenmektedir.
REDOKS AKTİF NANOPARTİKÜLLER
VE NANOKATALİZÖRLER
NANOPARTİKÜLLER Boyutu 100 nanometrenin (nm) altında olan partiküllerdir.
Ultraviyole ışık varlığında TiO2 nanopartiküllerin eklenmesi ile toplam organik
karbonun organik atıklarla kontamine olmuş sudan ayrılması büyük bir ölçüde
geliştirilmiştir. TiO2' in bazı başarılı kullanımları aşağıda gösterilmektedir;
 Sulu çözeltilerde UV ışık altında Pt(II), Cr(VI) ve Ag(I) gibi toksik metal iyonları
azaltmak,
 Benzen, klorlu alkanlar, furan, poli klorlanmış bifeniller (PCBs), dioksinler vb
gibi organik bileşenlerin bozunması
REAKTİF MEMBRANLAR
Su arıtma ve tuzdan arındırma için reaktif membran gelişiminde, maliyet etkili ve
daha etkili nanoyapılarda, nanomateryaller orijinal faydalar sağlamaktadır.
Radyal olarak karbon nanotüp duvarlarına bağlı delikli silindirler içeren karbon
nanotüp filtreler üretim için geliştirilmiştir. Bu filtreler otoklav ve ultrasonik
sistemler aracılığıyla temizlenebilirler. Son zamanlarda gelişen UF membranlar
birçok sentetik boyaya karşı seçicilik göstermektedir ve de Mn ve Fe ile
alüminyum nanopartiküller dopingi aracılığıyla UF membranlara doğru, nüfuz
eden akış ve seçicilik arttırılabilir. Nüfuz eden akış ile ve geliştirilmiş metal iyon
alıkoyma, yüzeyi yıpranmış porlu işlevsel polikarbonat içeren çok katmanlı
dolgun polipeptit kompozisyonları aracılığıyla orijinal membranlar
hazırlanmaktadır. Bimetalik PtO/ FeO nanopartiküllerin selüloz asetat filmlerle
birleşmesi aracılığıyla, reaktif membranlar hazırlanmaktadır.
BİYOAKTİF NANOPARTİKÜLLER
Su arıtmada, birçok oksidant patojenler için dezenfektan olarak kullanılmaktadır.
Bileşenler; aldehitler, trihalometanlar gibi toksik dezenfeksiyonlu yan ürünler
üretme eğiliminden dolayıdır. Dezenfektan mekanizmaları gibi, su bazlı patojenlerin
klor ile inaktivasyonu; patojen hücresel metabolik işlemler karışmasını, koenzimler
ve DNA gibi hücresel bileşenler sentezi engelleyen patojen gelişim inhibisyonu ve
hücre duvarı gibi büyük bileşenlerin yıkımıyla patojen hücresel işlev bozukluklarını
içerir.
MgO nanopartiküller bakteri sporları ve E.coli gibi gram pozitif ve gram negatif
bakterilere karşı çok etkili biyositlerdir.
İletim elektron mikroskopisi (TEM), lazer odaklı mikroskopi ve atomik güç
mikroskopisi (AFM) tarafından nanopartiküller nitelendirilme etkileşimleri hücre
membran bütünlüklerindeki büyük değişimler göstermektedir ve de bu değişimler
genellikle bakteri ölümleri ile sonuçlanır. Gümüş ve Ag(I) bileşenleri çeşitli
biyomedikal uygulamalar ve ürünlerde antibikrobiyal bileşenler olarak
kullanıldıkları halde, araştırmacılar tarafından gümüş nanopartiküllerin biyosit
olarak kullanımları değerlendirilmiştir. Askorbik asit ile gümüş nitrat solüsyon
indirgenmesi ile sabit bir Ag nanopartikül geniş boyut dağılımı, Daxad 19 olarak
adlandırılan stabilize ajan gibi yüksek moleküler ağırlıklı naftalin sülfonat
formaldehit kondensatının sodyum tuzu varlığında hazırlanmaktadır. Escherichia
coli' ye karşı Ag nanopartikülleri etkili biyositlerdir.
ULTRAFİLTRASYON GELİŞTİRİCİ
DENDRİMERLER
UF membranlar için düşük basınç gereklidir. Ne yazık ki, bu membranlar
çözünmüş organik ve inorganik çözücülerde çok etkili değillerdir.
Radyoaktif çekirdekler, toksik metal iyonlar, virüsler ve bakteriler,
organik ve inorganik çözücüler aracılığıyla dentririk polimerlerin keşifleri
gibi makromoleküler kimya gelişimlerinde kontamine su arıtım sistemleri
için etkili UF işlemler gelişiminde daha önce görülmemiş yararlar
sağlamaktadır.
Su arıtmada, dendrik polimerler kendilerini fonksiyonel materyaller gibi
özellikle çekici yapan birçok özellik göstermektedir. Bu çeşit
nanopartiküller, yeniden değerlendirilebilir ve inorganik anyonlar için
yüksek kapasiteli suda çözünen ligandlar, radyoaktif çekirdekler ve toksik
metal iyonlar olarak kullanılabilmektedir. Dörtlü amonyum kloritler ve
Ag(I) gibi antimikrobiyal ajanlar için dentritik polimerler dağıtım aracı
olarak kullanılabilirler. Araştırmacılara göre, ultrafiltrasyon geliştirici
dendrimerler (DEUF) işlemler, metal iyonlarını sulu çözeltilerle
iyileştirmede geliştirilmişlerdir.
YERALTI SULARINDA MODİFİYE
DEMİR NANOPARTİKÜLLERİ İLE
NİTRAT İNDİRGEME
Çoğunlukla yeraltı suları ve yüzey sularında oluşan nitrat potansiyel
olarak zararlı bir kontaminanttır. Nitratın fazlası genellikle endüstriyel
atık sulardan ve de tarımda aşırı gübrelemeden gelmektedir. İnsan
vücudunda nitratın nitrite dönüştürülebileceği ve böylece kanser ve
methemoglobinemi'ye neden olabilmekte olduğu gösterilmiştir.
FeO genellikle indirgen bir ajan olarak rol alır. Demir Fe (II)' den Fe (III)' e
oksitlenirken, klorlu hidrokarbonlar klor ve hidrokarbonlara
parçalanabilmektedir. 100 nm çapa sahip nano boyutlu sıfır değerlikli
demire odaklanmıştır. Bu çeşit nanoölçek partiküller demir tozundan 100
kat daha yüksek görünen bir yüzey alanına sahiptir. Ek olarak,
nanopartiküller mikro ölçekli demirlerden daha yüksek spesifik bir yüzey
alan reaktivitesi gösterebilirler, bunun sonucunda partikül yüzeyinde ve
de yüzey bozuklukları boyut küçülme niteliklerinde metal atomlara daha
fazla maruz kalınmaktadır.