Bu icmal su və tullantı sularındakı davamlı çirkləndiricilərin aradan qaldırılmasında iki qabaqcıl oksidləşmə yanaşmasının birgə istifadəsini nəzərdən keçirir: kavitasiya və plazma. Tədqiqatın mərkəzində iki hibrid texnologiya dayanır: hidrodinamik kavitasiya–plazma (HC/plazma) və ultrasəs kavitasiya–plazma (UC/plazma). Müəlliflərin qiymətləndirdiyi ədəbiyyat göstərir ki, bu iki fiziki üsul sadəcə təsirlərini üst-üstə qoymur; müəyyən şəraitdə bir-birinin yaranmasını və kimyəvi effektivliyini gücləndirərək həqiqi sinerji yarada bilər.

Kavitasiya zamanı mayenin daxilində mikro və nanoölçülü qaz və ya buxar qabarcıqları yaranır, böyüyür və bəzi şəraitdə şiddətlə çökür. Qabarcığın çökməsi çox kiçik həcmdə həddindən artıq temperatur və təzyiq yaradaraq zərbə dalğalarının, mikroşırnaqların, kəsici qüvvələrin və reaktiv növlərin əmələ gəlməsinə səbəb ola bilər. İcmalda kavitasiya qabarcıqlarının çökməsi zamanı yerli şərait üçün təxminən 1000 atm təzyiq və 6000 K temperatura qədər dəyərlər göstərilir. Bu dəyərlər reaktorun bütün həcminin həmin temperatur və təzyiqə çatması demək deyil; qabarcıq çökməsinin çox kiçik və qısamüddətli “isti nöqtələrini” ifadə edir.

Plazma tərəfində isə elektrik boşalması; elektronlar, ionlar, həyəcanlanmış atom və molekullarla yanaşı hidroksil radikali (•OH), hidrogen peroksid (H₂O₂), ozon (O₃) və müxtəlif reaktiv oksigen və azot növləri (ROS/RONS) yarada bilər. Su birbaşa elektrik boşalmasına qarşı yüksək qırılma gərginliyi tələb etdiyinə görə, kavitasiyanın yaratdığı aşağı təzyiqli qaz/buxar qabarcıqları plazmanın maye daxilində yarana biləcəyi mikroskopik mühitlər təmin edə bilər.

İki üsulun birləşdirilməsinin əsas üstünlüyü məhz burada ortaya çıxır. Kavitasiya qabarcıqları plazma boşalmasını asanlaşdıra və boşalmanın başlanğıc gərginliyini azalda bilər; plazma isə əlavə ROS/RONS, UV şüalanması və yüksək enerjili hissəciklər yaradaraq kavitasiyanın kimyəvi təsirini gücləndirə bilər. Kavitasiyanın yaratdığı mikroqarışma, turbulentlik və akustik və ya hidrodinamik axın da plazmada yaranan qısamüddətli oksidləşdiricilərin çirkləndiricilərlə qarşılaşma ehtimalını artıra bilər.

İcmalda dərmanlar, antibiotiklər, tekstil boyaları, bakteriyalar, viruslar, sianobakteriyalar və mikrosistinlər kimi müxtəlif hədəflər araşdırılır. Bəzi nümunələrdə çox yüksək kənarlaşdırma göstəriciləri bildirilmişdir: HC/DBD/UVC sistemi ilə 10 mg/L metil narıncı üçün 10 dəqiqədə %99,5; hidrodinamik kavitasiya və plazma ilə indiqo karmin üçün müəyyən bir təcrübədə %100; tetrasiklin ehtiva edən bəzi pilot miqyaslı HC/ED plazma təcrübələrində %98-dən yüksək kənarlaşdırma bildirilmişdir. Lakin bu dəyərlər fərqli reaktorlardan, başlanğıc konsentrasiyalarından və iş şəraitindən əldə edildiyi üçün vahid “kavitasiya-plazma səmərəliliyi” kimi ümumiləşdirilə bilməz.

Türkiyə baxımından şərh: Türkiyədə tekstil, dərman, kimya, qida və mütəşəkkil sənaye zonalarının tullantı su təmizləmə ehtiyacları baxımından kavitasiya–plazma sistemləri tədqiqata dəyər qabaqcıl təmizləmə yanaşmasıdır. Bununla belə, icmaldakı tədqiqatların mühüm hissəsi laboratoriya və ya pilot miqyasdadır. Türkiyədəki real sənaye tullantı sularında yüksək duzluluq, keçiricilik, asılı bərk maddələr, karbonat, xlorid, təbii üzvi maddə və dəyişkən axın plazma boşalmasını və radikal kimyasını əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Buna görə tədqiqatdakı yüksək kənarlaşdırma faizləri yerli qurğu performansına zəmanət vermir; real tullantı su ilə pilot təsdiqləmə, enerji sərfi, elektrod ömrü, kavitasiya eroziyası və oksidləşmə yan məhsulları birlikdə qiymətləndirilməlidir.

Kavitasiya nədir?

Kavitasiya maye daxilində yerli təzyiqin doymuş buxar təzyiqindən aşağı düşməsi nəticəsində qaz və ya buxarla dolu boşluqların yaranması, böyüməsi və daha sonra yüksək təzyiq zonasına çatdıqda çökməsi prosesidir. Bu hadisə adi hava qabarcığının səthə qalxmasından fərqlidir. Qabarcıqların çox sürətli çökməsi enerjini mikroskopik bir sahədə cəmləşdirir.

Mənbə kavitasiyanın təsirlərini üç əsas qrupda nəzərdən keçirir:

• Mexaniki təsirlər: turbulentlik, yüksək sürətli mikroşırnaqlar, zərbə dalğaları, kəsici qüvvələr, təzyiq qradiyentləri və intensiv maye hərəkəti.
• Fiziki təsirlər: çox yüksək yerli təzyiq və temperatur, işıq emissiyası, səs-küy və material eroziyası.
• Kimyəvi təsirlər: su molekullarının parçalanması ilə •OH, •OOH və H₂O₂ kimi reaktiv növlərin yaranması.

Kavitasiyanın su təmizləməsində əhəmiyyəti bu üç təsirin eyni vaxtda baş verə bilməsidir. Mexaniki təsirlər çirkləndirici ilə oksidləşdiricilərin qarışmasını asanlaşdırarkən, kimyəvi təsirlər davamlı üzvi molekulların parçalanmasına töhfə verir.

Hidrodinamik və ultrasəs kavitasiyası arasındakı fərq

Hidrodinamik kavitasiya (HC), hərəkətdə olan mayenin Venturi boğazı, orifis lövhəsi, nozul, vortex diodu və ya oxşar həndəsi daralmalardan keçirilməsi nəticəsində yerli təzyiqin azalması ilə yaradılır. Bu yanaşma birbaşa maye axınından asılı olduğu üçün davamlı və böyük həcmli sistemlərə uyğunlaşdırılması nisbətən daha asandır.

Ultrasəs kavitasiyası (UC) isə mayeyə intensiv ultrasəs dalğalarının tətbiqi ilə yaranır. Təzyiq dalğalarının ardıcıl sıxılma və genişlənmə mərhələləri qabarcıqların nüvələnməsini, böyüməsini və çökməsini təmin edir. Mənbə aşağı tezlikli güc ultrasəsini təxminən 20–100 kHz, yüksək tezlikli ultrasəsi isə təxminən 0,1–1,0 MHz diapazonlarında izah edir.

UC-nin mühüm üstünlüklərindən biri akustik axının kütlə transferini gücləndirməsidir. Bunun əksinə, ultrasəs enerjisinin mənbədən uzaqlaşdıqca zəifləməsi böyük reaktor həcmlərində bərabər kavitasiya yaratmağı çətinləşdirə bilər. HC isə maye axınına birbaşa inteqrasiya edildiyindən sənaye miqyasında böyütmə baxımından icmalda daha əlverişli hesab olunur.

Plazma suyu necə təmizləyir?

Plazma elektronlar, ionlar, atomlar, molekullar və həyəcanlanmış növlər ehtiva edən ionlaşmış mühitdir. Tullantı su təmizləməsində xüsusilə aşağı temperaturlu və ya elektrik boşalmasına əsaslanan plazmalar əhəmiyyətlidir. Plazma su və ya qaz fazası ilə qarşılıqlı təsirə girdikdə çoxsaylı reaktiv oksigen və azot növləri yarana bilər.

İcmalda plazma kimyasının əsas məhsulları arasında:

• hidroksil radikali, •OH;
• atomar oksigen, •O;
• hidrogen radikali, •H;
• hidrogen peroksid, H₂O₂;
• ozon, O₃;
• singlet oksigen, ¹O₂;
• nitrit və nitratla əlaqəli azot növləri;
• yüksək enerjili elektronlar və UV/vakuum-UV fotonları

göstərilir.

Məsələn, hidroksil radikalları birləşərək hidrogen peroksid yarada bilər:

\[ \mathrm{OH^{\bullet}+OH^{\bullet}\rightarrow H_2O_2} \]

Hidrogen peroksid də UV təsiri ilə yenidən hidroksil radikallarına çevrilə bilər:

\[ \mathrm{H_2O_2 + UV \rightarrow OH^{\bullet}+OH^{\bullet}} \]

Buna görə plazma tək bir oksidləşdirici yaratmır; qısa və uzunömürlü çoxsaylı reaktiv növlərin birlikdə olduğu mürəkkəb kimyəvi mühit meydana gətirir.

Suyu birbaşa plazmaya çevirməyin problemi nədir?

Maye su daxilində birbaşa sabit elektrik boşalması yaratmaq yüksək elektrik sahəsi tələb edə bilər. Mənbə birbaşa su daxilində qırılma sahəsinin 10 MV/cm-dən yuxarı çıxa bildiyini, lakin mayeyə qaz fazası və ya aşağı təzyiqli qabarcıqlar daxil edildikdə tələb olunan sahənin təxminən 1–10 kV/cm səviyyəsinədək azala bildiyini bildirir.

Kavitasiya–plazma birləşməsinin mühəndislik baxımından əsas səbəbi budur: kavitasiya qabarcıqları elektrik boşalmasının daha asan yarana biləcəyi qaz/buxar mikroreaktorları kimi davrana bilər.

Hidrodinamik kavitasiya plazmanı necə dəstəkləyir?

HC reaktorunda maye daralmadan keçərkən yaranan qabarcıq buludları aşağı təzyiqli qaz fazaları meydana gətirir. Elektrodlar bu zonaya uyğun yerləşdirildikdə elektrik boşalması suyun bütün həcmində deyil, həmin qaz/buxar kanallarında başlaya bilər.

İcmal HC-nin plazmaya bir neçə yolla töhfə verdiyini izah edir:

• boşalmanın başlanğıc gərginliyini azaltması;
• plazmanın maye daxilində yayıla biləcəyi qaz/buxar kanalları təmin etməsi;
• qaz–maye interfeys sahəsini artırması;
• reaktiv növlərin mayeyə ötürülməsini sürətləndirməsi;
• turbulentlik və dövranla çirkləndiricilərin reaksiya zonasına daşınmasını artırması;
• qabarcıq çökməsi ilə əlavə •OH yaratması.

Mənbədə bəzi sistemlərdə HC-nin plazma qabarcıqlarını təxminən 100 µm səviyyəsinədək kiçiltdiyi və qaz tutulmasını artırdığı bildirilir. Superkavitasiya vəziyyətində isə böyük, daha sabit buxar boşluqları plazmanın alışması və davam etdirilməsi üçün aşağı təzyiqli mühit təmin edə bilər.

Ultrasəs kavitasiyası plazmanı necə dəstəkləyir?

UC-də ultrasəs sahəsində milyonlarla kiçik qabarcığın yaranması elektrod boşluqlarında elektrik qırılmasını asanlaşdıran mikrokanallar yarada bilər. Mənbədə xüsusilə diqqətçəkən bir təcrübə göstərilir: ultrasəs olmadan qığılcım boşalması yalnız 39,9 µS/cm-dən aşağı keçiriciliklərdə baş verdiyi halda, ultrasəs dəstəyi ilə qırılmanın yuxarı keçiricilik həddi 1002 µS/cm-ə çatmışdır. Bu təxminən 24 dəfə genişlənmə UC-nin plazmanın daha keçirici mayelərdə işləyə bilməsinə imkan verə biləcəyini göstərir.

Lakin ultrasəsin təsiri həmişə müsbət deyil. Uzunmüddətli sonikasiya mayedəki qazı uzaqlaşdıra və elektrodlar arasındakı qabarcıq sayını azalda bilər. Həddindən artıq qaz inyeksiyası da ultrasəs dalğalarının yayılmasını poza bilər. Buna görə qabarcıq sıxlığı, qaz axını və ultrasəs gücü birlikdə optimallaşdırılmalıdır.

Kavitasiya və plazma bir-birini ikitərəfli gücləndirirmi?

Bəli. İcmalın əsas nəticəsi bu qarşılıqlı təsirin birtərəfli olmamasıdır. Kavitasiya plazmanın yaranmasını asanlaşdırdığı kimi, yüksək gərginlikli plazma boşalması da mayedə yeni kavitasiya qabarcıqları və ultrasəs təsirləri yarada bilər. Plazmada ayrılan enerji qabarcıq dinamikasını dəyişdirə və HC zəncir reaksiyasını gücləndirə bilər.

Sinerji necə ölçülür?

İcmal kavitasiya və plazmanın birlikdə işləməsinin onların ayrı-ayrı təsirlərinin cəmindən daha güclü olub-olmadığını qiymətləndirmək üçün sinerji əmsalından istifadə edir:

\[ S_c=\frac{k_{\mathrm{Cavitation+Plasma}}}{k_{\mathrm{Cavitation}}+k_{\mathrm{Plasma}}} \]

Burada \(k\) çirkləndiricinin kənarlaşdırılmasının reaksiya sürəti sabitidir. \(S_c>1\) olması hibrid sistemdəki sürətin iki müstəqil prosesin sürətlərinin cəmini aşması baxımından sinerjiyə işarə edir.

İcmalda HC/plazma tətbiqlərində sürət sabiti əsasında hesablanan sinerji əmsallarının bir çox nümunədə təxminən 1,32–2,74 intervalında olduğu bildirilir. Kənarlaşdırma faizinə əsasən hesablanan dəyərlər isə daha geniş dəyişir. Müəlliflər reaksiya sürəti sabitindən hesablanan sinerji əmsalının kənarlaşdırma faizinə əsaslanan əmsaldan daha mənalı olduğunu bildirirlər.

Bununla belə bütün kombinasiyalar sinerjik deyil. Mənbə cədvəllərində sinerji əmsalı 1-dən aşağı olan şərtlər də mövcuddur. Buna görə “kavitasiya + plazma hər bir halda sinerji yaradır” nəticəsi çıxarıla bilməz.

Reaktiv növlərin yaranmasındakı sinerji nə qədər böyük ola bilər?

Bəzi təcrübələrdə birləşdirilmiş sistemlər yalnız çirkləndirici kənarlaşdırılmasında deyil, oksidləşdirici istehsalında da çox böyük artım təmin etmişdir. İcmalda bir HC/ED plazma tədqiqatında bir dəqiqəlik emaldan sonra ümumi oksidləşdirici konsentrasiyası HC üçün 0,131 mM, hibrid HC/ED plazma üçün 1,722 mM kimi göstərilir. On beş dəqiqənin sonunda dəyərlər müvafiq olaraq 0,153 və 13,426 mM-ə çatmışdır.

Başqa bir HC/GPD tədqiqatında 15 dəqiqədə HC təkbaşına təxminən 0,12–0,15 mM H₂O₂ istehsal etdiyi halda, birləşdirilmiş HC/GPD sistemində təxminən 13,4 mM bildirilmişdir.

Bu fərqlər hibrid sistemlərin güclü potensialını göstərsə də, dəyərlər konkret reaktor və iş şəraitinə aiddir; bütün kavitasiya–plazma qurğularının eyni oksidləşdirici istehsalına çatacağı mənasına gəlmir.

Hansı çirkləndiricilər üzərində sınaqdan keçirilib?

İcmalın 12-ci səhifəsindəki tətbiq xəritəsi və Cədvəl 4 texnologiyanın dörd geniş sahədə araşdırıldığını göstərir: dərmanlar, boyalar, bakterial/mikrobioloji çirkləndiricilər və sianobakteriya/mikrosistin sistemləri.

Bu cədvəl xüsusilə bir məqamı aydın göstərir: nəticələrin təcrübə şəraiti böyük dərəcədə fərqlənir. Kənarlaşdırma faizlərini yalnız ədədi böyüklüyünə görə sıralayıb “ən yaxşı sistem” nəticəsi çıxarmaq düzgün deyil.

HC/plazma, yoxsa UC/plazma daha üstünlüklüdür?

İcmal bu iki yanaşmanın ortaq mexanizmlərə malik olduğunu, lakin mühəndislik xüsusiyyətlərinin əhəmiyyətli dərəcədə fərqləndiyini bildirir.

İcmalın ümumi qiymətləndirməsi böyük debili sənaye tətbiqi baxımından HC/plazmanın UC/plazmaya nisbətən daha asan miqyaslandırıla biləcəyi və daha yüksək enerji səmərəliliyi potensialına malik olduğu istiqamətindədir. Lakin bu nəticə bütün reaktor dizaynları üçün sübut olunmuş universal üstünlük deyil.

Enerji sərfi həqiqətən üstünlük yaradırmı?

Enerji performansı sistem dizaynına görə çox dəyişir. İcmal sono-plazma üçün 68 kHz elektrik impuls tezliyində təxminən 2,5 kWh/m³ güc sərfinin bildirildiyi bir tədqiqatı göstərir və oxşar təmizləmə nəticəsi üçün ənənəvi ozonlamada 13,2–30,2 kWh enerji tələbi verildiyini qeyd edir. Bu xüsusi müqayisədə sono-plazmanın xərc effektivliyinin ozonlamadan 5–10 dəfə yüksək olduğu irəli sürülmüşdür.

Digər sistemlərdə isə enerji səmərəsi çox fərqlidir. HC/plazma ilə metilen mavisinin kənarlaşdırılmasında %90 kənarlaşdırmaya qarşı 2333 mg/kWh enerji səmərəsi bildirilən bir tədqiqat vardır. H₂O₂ istehsalı üçün HC/glow tipli plazma sistemində 9,6 g/kWh və CaviPlasma-da təxminən 10 g/kWh dəyərləri göstərilmişdir.

Bu dəyərlər fərqli məqsədlərə və fərqli enerji təriflərinə aid olduğundan birbaşa müqayisə edilə bilən cihaz kataloq göstəriciləri deyil. İcmalın özü də ümumi enerji səmərəliliyini texnologiyanın geniş yayılmasının qarşısındakı mühüm maneələrdən biri kimi müəyyən edir.

Keçiricilik niyə kritikdir?

Real tullantı su baxımından ən mühüm mühəndislik problemlərindən biri elektrik keçiriciliyidir. Çox yüksək keçiricilikdə ion cərəyanı elektrik sahəsini yayaraq elektrodlar arasında plazma qırılmasına mane ola bilər.

İcmalda HC/nanosaniyə impuls plazma təcrübələrində keçiricilik təxminən 1,43 S/m-dən aşağı olduqda yığılmış •OH miqdarının təxminən 26,17 µM səviyyəsində qaldığı, 2,37 S/m-də kəskin şəkildə 4,21 µM-ə düşdüyü və təxminən 7 S/m-dən yuxarı plazma boşalmasının yarana bilmədiyi bir tədqiqat göstərilir.

Buna görə “daha yüksək keçiricilik elektrik cərəyanını asanlaşdırır və həmişə daha yaxşı təmizləmə təmin edir” yanaşması bu sistemlərdə doğru deyil. Optimal elektrik pəncərəsi tələb olunur.

Karbonat və xlorid kimi ionlar nə edir?

Bikarbonat, karbonat və xlorid kimi real tullantı sularda geniş yayılmış ionlar hidroksil radikallarını sərf edə və ya elektrik boşalmasının xüsusiyyətlərini dəyişə bilər. Karbonat radikalının oksidləşmə potensialı •OH-dən daha aşağı olduğuna görə hidroksil radikalının karbonat/bikarbonat tərəfindən tutulması bəzi üzvi çirkləndiricilərin parçalanmasını ləngidə bilər.

İcmalda metronidazolun kənarlaşdırılmasında HCO₃⁻ veya Cl⁻ mövcudluğunun reaksiya sürəti sabitini təmiz su şəraiti ilə müqayisədə azaltdığı nümunələr vardır. Bu nəticələr real sənaye tullantı suyunun sınağının niyə yalnız sintetik su təcrübələrindən daha vacib olduğunu göstərir.

Təzyiq və debi necə təsir edir?

HC reaktorlarında giriş təzyiqinin artırılması əksər hallarda daralma zonasındakı təzyiq düşməsini və kavitasiya intensivliyini artıra bilər. İcmalda 5 L, 5 mg/L Rhodamine B məhlulunun HC/ED plazma ilə axın rejimində təmizlənməsində kənarlaşdırma 10 bar-da %39, 15 bar-da %52 və 20 bar-da %58 kimi bildirilir.

Dövriyyəli iş rejimində isə eyni sistem daha yüksək kənarlaşdırmaya çatmışdır: 20 bar-da 5 dəqiqədə %97, 15 bar-da 10 dəqiqədə %98 və 10 bar-da 10 dəqiqədə %94.

Bu fərq göstərir ki, yalnız təzyiq deyil, reaktordan neçə dəfə keçilməsi və hidrodinamik axın rejimi də təmizləmə performansını müəyyən edir.

Qaz inyeksiyası niyə bəzən faydalı, bəzən zərərlidir?

Oksigen və ya arqon inyeksiyası kavitasiya qabarcıqlarının strukturunu və plazma kimyasını dəyişə bilər. Mənbədə uyğun O₂ axınının •OH istehsalını təxminən altı dəfə artıraraq 119,8 nmol/J dəyərinə çatdırdığı bir HC/plazma sistemi göstərilir.

UC/plazma tədqiqatlarında isə arqonun havadan daha effektiv olduğu nümunələr vardır. Arqon kavitasiya zamanı daha yüksək yerli temperatur təmin edə, qırılma gərginliyini azalda və reaktiv növlərin yaranmasını dəstəkləyə bilər. Bunun əksinə, həddindən artıq qaz axını böyük qabarcıqlar yaradaraq ultrasəs yayılmasını və kütlə transferini poza bilər.

Buna görə “daha çox qaz = daha yüksək kənarlaşdırma” əlaqəsi xətti deyil.

Mikroorqanizmlər necə təsirsizləşdirilir?

Kavitasiya–plazma sistemi yalnız kimyəvi çirkləndiriciləri hədəfləmir. Mexaniki zərbə dalğaları və mikroşırnaqlar hüceyrə membranlarına təsir göstərə bildiyi halda •OH, H₂O₂, ¹O₂, O₃, UV və elektrik təsirləri mikroorqanizmlərin bioloji quruluşuna zərər verə bilər.

İcmalda HC/plazma ilə E. coli üçün %95-ə çatan inhibisiya, superkavitasiya/plazma ilə bakteriofaq MS2 üçün dörd dəqiqədə 5 log₁₀-dan çox azalma və sianobakterial sistemlərdə güclü inaktivasiya nəticələri bildirilir.

Bununla belə, sianobakteriyaların parçalanması ayrıca ekoloji problem yarada bilər: hüceyrələrin birbaşa parçalanması hüceyrədaxili toksinlərin suya buraxılmasına səbəb ola bilər. İcmalda bəzi HC/plazma yanaşmalarının hüceyrə bütövlüyünü qoruyaraq toksin buraxılmasını azaltmaq potensialı buna görə xüsusilə vurğulanır.

Texnologiyanın ən mühüm ekoloji üstünlükləri

• Bəzi sistemlərin xarici oksidləşdirici və ya katalizator olmadan işləyə bilməsi.
• H₂O₂ kimi oksidləşdiricilərin reaktor daxilində istehsal edilə bilməsi.
• Kimyəvi koaqulyasiya kimi proseslərdən fərqli olaraq əlavə kimyəvi lil yaratmaması.
• Yüksək kütlə transferi və sürətli reaksiya sayəsində qısa emal müddəti potensialı.
• Axın rejimində böyükhəcmli tətbiqlərə uyğunlaşdırıla bilmə ehtimalı.
• Üzvi çirkləndiricilərlə yanaşı mikroorqanizm və virusları da hədəfləyə bilməsi.

Bəs texnologiya niyə hələ standart təmizləmə həlli deyil?

İcmal güclü laboratoriya və pilot nəticələrinə baxmayaraq bəzi əsas mühəndislik problemlərinin həll edilmədiyini açıq şəkildə vurğulayır.

• Enerji səmərəliliyi: Hibrid sistemlərin ümumi elektrik sərfi hələ də kritik maneədir.
• Reaktor dizaynı: Kavitasiya buludu ilə plazma boşalmasını eyni optimal zonada saxlamaq çətindir.
• Elektrod ömrü: Elektrodlar elektrik, kimyəvi və mexaniki aşınmaya məruz qalır.
• Kavitasiya eroziyası: Venturi, orifis və digər daralma elementlərində material itkisi yarana bilər.
• Real tullantı su matrisi: Duz, üzvi maddə, asılı bərk maddələr və radikal tutucular laboratoriya performansını dəyişə bilər.
• Yan məhsullar: Çirkləndiricinin yox olması təkbaşına toksikliyin aradan qalxdığını sübut etmir; oksidləşmə məhsullarının müəyyən edilməsi tələb olunur.
• Standartlaşdırma: Təzyiq, debi, elektrod həndəsəsi, plazma gücü və reaktor həndəsəsi bir-biri ilə əlaqəlidir.
• Miqyasın böyüdülməsi: Laboratoriya uğurunun tammiqyaslı qurğuda eyni enerji/kənarlaşdırma nisbəti ilə əldə edildiyi hələ göstərilməyib.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• HC və UC plazmanın maye daxilində yarana bilməsi üçün uyğun qaz/buxar qabarcıqları yarada bilər.
• Plazma və kavitasiya birlikdə •OH, H₂O₂, O₃ və digər reaktiv növlərin yaranmasını artıra bilər.
• Bir çox təcrübədə hibrid sistemlərin ayrı-ayrı kavitasiya və ya plazmadan daha yüksək reaksiya sürətləri göstərdiyi bildirilmişdir.
• Hibrid sistemlər dərmanlar, antibiotiklər, boyalar və mikroorqanizmlər daxil olmaqla çox müxtəlif çirkləndiricilərdə sınaqdan keçirilmişdir.
• HC/plazma davamlı axın və böyük həcm baxımından UC/plazmaya nisbətən daha asan miqyaslandırıla bilən görünür.
• Keçiricilik, pH, giriş təzyiqi, debi, qaz inyeksiyası və elektrik boşalması parametrləri performansı ciddi şəkildə dəyişə bilər.
• Real tullantı su, enerji səmərəliliyi və oksidləşmə yan məhsulları gələcək miqyas böyütmə tədqiqatlarının əsas mövzularıdır.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr

• Kavitasiya–plazma bütün çirkləndiriciləri %100 aradan qaldırmır.
• Hər HC/plazma və ya UC/plazma kombinasiyası sinerjik deyil.
• Fərqli tədqiqatlardakı kənarlaşdırma faizləri birbaşa bir-biri ilə müqayisə edilə bilməz.
• Çirkləndirici konsentrasiyasının azalması təkbaşına tam minerallaşma demək deyil.
• Yüksək kənarlaşdırma yaranan yan məhsulların toksik olmadığı mənasına gəlmir.
• Laboratoriya və pilot miqyasdakı yüksək səmərələr tammiqyaslı sənaye qurğusunda eyni nəticəyə zəmanət vermir.
• Texnologiyanın bütün hallarda ozonlama, UV, Fenton və ya bioloji təmizləmədən daha iqtisadi olduğu göstərilməyib.
• HC/plazma və UC/plazma sistemləri üçün hələ vahid standart optimal dizayn mövcud deyil.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Bu tədqiqat hansı növ araşdırmadır?

Bu tədqiqat yeni kavitasiya–plazma reaktoru üzərində təcrübə aparan özgün laboratoriya araşdırması deyil. Müəlliflər daha əvvəl dərc olunmuş HC/plazma və UC/plazma tədqiqatlarını mexanizmlər, qarşılıqlı təsirlər, sinerjilər, tətbiqlər, enerji performansı, kritik iş parametrləri və ekoloji təsirlər baxımından bir araya gətirən əhatəli icmal hazırlamışlar.

Məqalə müəyyən sistematik icmal protokolu, verilənlər bazası axtarış strategiyası, PRISMA axını, daxil etmə/xaric etmə meyarları və ya kəmiyyət meta-analizi təqdim etmir. Buna görə tədqiqatın metodoloji xarakteri “əhatəli/narrativ texniki icmal” kimi qiymətləndirilməlidir.

İcmalın müqayisə etdiyi iki əsas texnologiya

İcmaldakı HC/plazma sinerji nümunələri

Bu nəticələr plazmanın kavitasiya zonasına harada və necə inteqrasiya edilməsinin belə reaksiya kinetikasını dəyişə bildiyini göstərir.

UC/plazma üçün sinerji daha məhduddurmu?

İcmalda UC/plazma tədqiqatlarının HC/plazmaya nisbətən daha az olduğu qeyd edilir. Rhodamine B və bəzi mikroorqanizm tədqiqatlarında sinerji görülsə də, sürət sabiti əsasında bildirilən ən yüksək nümunələrdən biri təxminən 1,69 səviyyəsindədir. Bəzi PAW–ultrasəs şəraitində əmsal 1-dən aşağı qalmışdır.

Buna görə UC/plazmanın elmi potensialı aydın olsa da, mövcud sübut bazası HC/plazma qədər geniş deyil.

Konsentrasiya və həcm təsiri

İcmalın ümumi meylinə görə aşağı başlanğıc çirkləndirici konsentrasiyası və daha kiçik reaksiya həcmi kənarlaşdırmanı asanlaşdırır. Məsələn, Venturi əsaslı HC/PAW sistemində 15 dəqiqənin sonunda 2 L, 2 mg/L metilen mavisi üçün %75,4 kənarlaşdırma əldə edildiyi halda həcm 10 L və 20 L-ə qaldırıldıqda kənarlaşdırma müvafiq olaraq %50,76 və %33,77 olmuşdur.

Bu nəticə laboratoriya miqyasında yüksək faizlərin reaktor həcmi böyüdükdə avtomatik qorunmadığını göstərən mühüm miqyaslandırma xəbərdarlığıdır.

Temperaturun təsiri

Temperaturun təsiri birləşmə və sistemdən asılı olaraq dəyişir. SupCaviPlasma ilə on mikroçirkləndiricinin 15–60 °C intervalında araşdırıldığı bir tədqiqatda əksər birləşmələr üçün temperatur artdıqca kənarlaşdırmanın azaldığı bildirilmişdir. Buna görə kavitasiyada daha yüksək temperaturun həmişə daha güclü reaksiya demək olduğu söylənə bilməz; buxar təzyiqi, qabarcıq dinamikası və çirkləndiricinin fiziki-kimyəvi xüsusiyyətləri birlikdə rol oynayır.

Enerji və miqyasın böyüdülməsi baxımından icmalın nəticəsi

HC/plazma sistemlərində istifadə olunan HC qurğuları hidrodinamik emitentlər, Venturi, orifis, yığılan–genişlənən nozullar, rotor–stator və öz-özünə həyəcanlanan osillasion sistemlər kimi geniş dizayn çeşidi göstərir. İcmaldakı HC/plazma qurğuları fasiləli sistemlərdə təxminən 0,43–20 L, axın rejimində isə təxminən 2–50 L/dəq diapazonlarında işlədilmişdir.

Plazma tərəfində təxminən 0,8–50 kV, 1–70 kHz və 24 W–5 kW diapazonlarında müxtəlif elektrik şərtləri bildirilmişdir. Bu geniş diapazon hələ vahid standart reaktor arxitekturasının olmadığını göstərir.

Müəlliflərin ümumi qiymətləndirməsi HC/plazmanın sənaye miqyasına çatmaq baxımından daha güclü namizəd olmasıdır; lakin enerji istifadə nisbəti, reaktor optimallaşdırılması, elektrod və hidravlik hissələrin ömrü, ilkin investisiya xərci və mexanizm bilgisi ilə bağlı çatışmazlıqlar həll edilməlidir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün işin adı: Combined Cavitation and Plasma in Water and Wastewater Remediation—A Review

Müəlliflər, özgün sıralama ilə: Pengyun Liu; Subramaniam Chidambaranathapillai; Zhilin Wu; Giancarlo Cravotto.

Bərabər töhfə/bərabər birinci müəllif: Mənbədə bərabər birinci müəllif bəyanı yoxdur.

Məsul müəlliflər: Zhilin Wu və Giancarlo Cravotto.

Qurumlar: Pengyun Liu və Subramaniam Chidambaranathapillai, Department of Drug Science and Technology, University of Turin, Turin, Italy; Zhilin Wu, College of Chemistry and Chemical Engineering, Shantou University və Chemistry and Chemical Engineering Guangdong Laboratory, Shantou, China; Giancarlo Cravotto, Department of Drug Science and Technology, University of Turin, Turin, Italy.

Mənbə növü: Review — əhatəli texniki/narrativ icmal. Yeni fərdi təcrübə və ya meta-analiz deyil.

Jurnal: ACS Omega.

Cild / səhifələr: Cild 11, 2384–2406.

DOI: 10.1021/acsomega.5c08760

Göndərilmə tarixi: 27 avqust 2025.

Reviziya tarixi: 25 dekabr 2025.

Qəbul tarixi: 26 dekabr 2025.

Nəşr tarixi: 8 yanvar 2026.

Rəyçilik statusu: Rəyli ACS Omega jurnalında dərc edilmiş Review məqaləsidir.

Nəşriyyat: American Chemical Society.

Rəsmi nəşr keçidi:ACS Publications – rəsmi məqalə səhifəsi

DOI keçidi:https://doi.org/10.1021/acsomega.5c08760

Açıq giriş və lisenziya: Tədqiqat açıq girişlidir və Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY 4.0) lisenziyası ilə dərc edilmişdir.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat CaviPro, HORIZON-MSCA-2022-DN-01-01 və Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory for Preparation and Application of Ordered Structural Materials of Guangdong Province çərçivəsində 2023B1212120011 və 2023CX10L037 dəstəkləri ilə əlaqələndirilmişdir.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər rəqabət edən maliyyə maraqlarının olmadığını bəyan edirlər.

Dəstəkləyici məlumat: Məqalənin ACS-də Supporting Information faylı mövcuddur. Bu faylda əlavə mexanizm sxemləri, mikroçirkləndirici kənarlaşdırma nəticələri, plazma gücü və keçiriciliyin təsirləri, eləcə də müxtəlif HC/plazma sistemlərinin parametrlərini ehtiva edən əlavə cədvəllər yer alır.

İcmal metodunun elmi məhdudiyyəti

Mənbə geniş ədəbiyyatı bir araya gətirsə də, ətraflı sistematik axtarış protokolu bildirmir. Verilənlər bazaları, axtarış sətirləri, ilkin nəşr sayı, təkrarlanan qeydlərin təmizlənməsi, daxil etmə/xaric etmə meyarları və tədqiqat keyfiyyətinin qiymətləndirilməsi təqdim edilməmişdir. Buna görə mənbədəki yüksək kənarlaşdırma faizlərinin ədəbiyyatdakı bütün tədqiqatların kəmiyyət meta-analitik ortalaması olduğu düşünülməməlidir.

Ədəbiyyat siyahısının quruluşuna dair qeyd

Ədəbiyyat siyahısında bəzi eyni və ya mahiyyətcə eyni tədqiqatlar müxtəlif istinad nömrələri altında təkrar yer alır. Məsələn, “Flow-Mode Water Treatment under Simultaneous Hydrodynamic Cavitation and Plasma” tədqiqatı ədəbiyyat siyahısında 2 və 95 nömrələrində; Microcystis aeruginosa tədqiqatı 7 və 96 nömrələrində; SupCaviPlasma mikroçirkləndirici tədqiqatı 8 və 101 nömrələrində; akustik kavitasiya dəstəkli plazma tədqiqatı isə 35 və 102 nömrələrində təkrar görünür. Buna görə istinad nömrəsinin 119-a çatması 119 unikal eksperimental tədqiqatın olması kimi şərh edilməməlidir.

Elmi şərhin məhdudiyyəti

Məqalənin “kavitasiya/plazma sistemləri ekoloji suyun yaxşılaşdırılması üçün mövcud ən effektiv hibrid texnologiyalardan biridir” qiymətləndirməsi icmal nəticəsidir. Tədqiqat bütün alternativ təmizləmə texnologiyalarını eyni su matrisi, eyni enerji girişi, eyni çirkləndirici və eyni reaktor miqyasında eksperimental olaraq müqayisə etmir.

Xüsusilə enerji sərfi və iqtisadi performans müxtəlif tədqiqatlarda fərqli vahidlər, sistem sərhədləri və iş şəraiti ilə hesablanmışdır. Buna görə Verianla məzmununda vahid universal xərc və ya enerji üstünlüyü nəticəsi çıxarılmamışdır.

Real sənaye tətbiqi baxımından ən mühüm açıq məsələlər real tullantı suların sınaqdan keçirilməsi, oksidləşmə yan məhsullarının toksikliyi, davamlı uzunmüddətli istismar, kavitasiya eroziyası, elektrod ömrü, enerji səmərəliliyi, texniki xidmət xərcləri və reaktorun miqyasının böyüdülməsidir.

Bu Verianla məzmunundakı mexanizmlər, ədədi dəyərlər, performans nümunələri və elmi qiymətləndirmələr yalnız araşdırılan icmal tədqiqatına əsaslanır. Xarici yoxlama yalnız biblioqrafik nəşr kimliyini və jurnalın rəyli/açıq giriş statusunu yoxlamaq məqsədilə istifadə edilmişdir.