Elektrokimyasal aktivasyon (ECA) nasıl çalışır?

Elektrokimyasal aktivasyon, karmaşık görünen ama girdileri son derece basit olan bir teknolojidir: tuz, su ve elektrik. Bu üç girdiden güçlü bir dezenfektan üretilir ve bunun için başka hiçbir kimyasala ihtiyaç duyulmaz.

Temel prensip: elektroliz

Sistemin kalbinde bir elektroliz hücresi vardır. Seyreltik tuz (sodyum klorür) çözeltisi bu hücreden geçirilir. Hücre içindeki elektrotlara elektrik uygulandığında, su ve tuz molekülleri elektrokimyasal reaksiyonlara girer.

Çözeltideki klorür iyonları anotta yükseltgenir ve suyla reaksiyona girerek hipokloröz asit (HOCl) oluşturur. Sonuç, düşük tuz konsantrasyonlu ama yüksek dezenfeksiyon gücüne sahip bir çözeltidir. Katotta ise su indirgenir; hidrojen ve hidroksit iyonları oluşur ve sodyum iyonlarıyla birlikte sodyum hidroksit (NaOH) içeren alkali bir çözelti meydana gelir.

Diyaframlı ve diyaframsız hücreler

ECA hücreleri iki ana tipte olabilir:

• Diyaframsız (tek hücreli): Anot ve katot aynı hazne içindedir. Anot ve katot ürünleri tek bir çözeltide karışır; sonuç tek bir dezenfektan çözeltisidir.
• Diyaframlı: Anot ve katot bir diyaframla ayrılır ve iki ayrı çözelti elde edilir: anot tarafında hipokloröz asit ağırlıklı oksidan çözelti (anolit), katot tarafında sodyum hidroksit içeren alkali çözelti (katolit).

Diyaframlı yapının avantajı, iki çıktının ayrı ayrı kullanılabilmesidir. Anolit su ve yüzey dezenfeksiyonunda, katolit ise alkali temizlik (CIP) ve pH düzeltme gibi işlerde değerlendirilir. Skytech Water’ın sahada kurduğu Aquamirus E.C.A. sistemi bu diyaframlı hücre yapısıyla çalışır.

Talebe bağlı üretim

ECA sistemlerinin en önemli işletme özelliği, talebe bağlı çalışabilmeleridir. Sistem, dozaj yapılan hattaki serbest klor ölçümüne göre üretimi otomatik başlatır ve durdurur. Böylece:

• Fazla üretim ve aşırı dozaj önlenir.
• Çözelti her zaman taze kullanılır, raf ömrü sorunu yaşanmaz.
• Dozaj tesisin anlık ihtiyacına eşitlenir.

Neden yerinde üretim (On-Site Generation)?

Geleneksel yöntemde dezenfektan (örneğin sodyum hipoklorit) bidonlarla satın alınır, taşınır ve depolanır. Bu zincir birkaç sorunu beraberinde getirir: tehlikeli madde taşıma ve depolama gereklilikleri, zamanla etkinlik kaybı ve sürekli tedarik bağımlılığı.

Yerinde üretim bu zinciri ortadan kaldırır. Tesis, kendi dezenfektanını kendi üretir; girdi olarak yalnızca tuz ve elektrik bulundurur. Bu hem güvenlik hem işletme maliyeti açısından belirgin bir fark yaratır.

Nerede kullanılır?

ECA teknolojisi bugün içme suyu şebekelerinden yüzme havuzlarına, gıda işleme tesislerinden sağlık kuruluşlarına, tarımsal sulamadan hayvancılığa kadar geniş bir alanda kullanılmaktadır. Ortak nokta hep aynıdır: güvenli, etkili ve sürekli bir dezenfeksiyon ihtiyacı.

Etkinliği ne belirliyor? Redoks potansiyeli

ECA çözeltisinin gücü çoğunlukla tek bir sayıyla — serbest klor derişimiyle — anlatılır. Ölçümler tablonun daha karmaşık olduğunu gösteriyor.

Kim, Hung ve Brackett, elektrolizle üretilen oksitleyici suyun etkinliğini oluşturan değişkenleri birbirinden ayırdı: pH, yükseltgenme-indirgenme potansiyeli (ORP) ve bakiye klor. Kimyasal olarak değiştirilmiş, ECA suyuna benzer özellikler taşıyan çözeltilerle karşılaştırma yaparak her değişkenin inaktivasyona katkısını ayrı ayrı değerlendirdiler. Sonuç, ORP’nin belirleyici değişken olarak öne çıktığıydı.1

Bunun işletme karşılığı şudur: redoks potansiyeli, serbest klorun türevi bir gösterge değil, kendi başına izlenmesi gereken bir proses parametresidir. Aquamirus E.C.A. sistemi kurulumlarında ORP’nin bağımsız olarak ölçülüp raporlanmasının nedeni budur.

pH neden bu kadar önemli?

Anotta üretilen klorun ne kadarının etkin hipokloröz asit formunda kaldığını suyun pH’ı belirler. Bu dengeyi tanımlayan ayrışma sabiti 1948’de ölçülmüştür: pKa ≈ 7,5.3

Pratik sonucu şudur: pH 6’da serbest klorun yaklaşık %97’si etkin formdayken, pH 8’de bu oran %26’ya, pH 9’da %3’e iner. Diyaframlı hücrede anot tarafının asidik bölgede kalması, anolitin hipokloröz asit ağırlıklı olmasını bu eğri üzerinden açıklar; dozaj noktasındaki suyun pH’ı ise etkinliği yine aynı eğriye göre belirler.

Virüsler üzerinde ölçülmüş etki

Elektrolizle üretilen suyun etkinliği bakterilerle sınırlı değildir. Tamaki ve arkadaşları, nötr pH’ta elektrolizle üretilmiş suyu kuş gribi virüsleri üzerinde test etti.

Bulgu: çözelti 43 ppm ve üzeri serbest klor içerdiğinde, yüksek patojeniteli H5N1 ve düşük patojeniteli H9N2 virüslerinin titresi 1 dakika içinde 5 log’dan fazla ve geri dönüşsüz biçimde düştü. 17 ppm’in altındaki serbest klor derişimlerinde bu etki görülmedi; virüsidal etki için asgari eşik yaklaşık 40 ppm olarak belirlendi.4

Aynı çalışmanın dikkat çeken ayrıntısı, nötr çözeltiyle inaktive edilen virüsten hiçbir viral gen parçasının çoğaltılamamış olmasıdır — yani etki yüzeysel bir aktivite kaybı değil, yapısal bir parçalanmadır.

Yöntemin sanayideki karşılığı

Elektrolizle aktive edilmiş suyun endüstriyel kullanımı hakemli literatürde derlenmiştir. Gıda sanayine odaklanan bir inceleme, yöntemin tek kimyasal girdisinin tuz olduğunu, üretimin kullanım noktasında yapılabildiğini ve geleneksel sistemlere kıyasla maliyet ve çevre açısından avantaj sunduğunu kaydeder.2