Flokülasyon

Flokülasyon (Yumaklaştırma), kolloid kimyasında, ince askıdaki (süspanse) parçacıkların, itici kuvvetlerinin koagülasyon (pıhtılaştırma) yoluyla dengesizleştirilmesini takiben, “flok” (yumak) adı verilen daha büyük, gevşek kümeler halinde birleştiği ve böylece su gibi bir sıvı ortamdan ayrılmalarının kolaylaştığı bir süreçtir.^[1] Bu kümelenme, koagülantların parçacıkların zeta potansiyelini düşürdüğü yük nötralizasyonu ve polimerlerin parçacıkları van der Waals çekim kuvvetleri aracılığıyla birbirine bağladığı köprüleme gibi mekanizmalar sayesinde gerçekleşir.^[2] Özünde flokülasyon, mikroskop altı mikroflokları 0,1 ila 3 mm boyutlarında görünür, çökebilir makrofloklara dönüştürerek çeşitli endüstriyel ve çevresel uygulamalarda giderme verimliliğini artırır.^[3]

Su ve atık su arıtımında flokülasyon, koagülasyon sonrası ikinci aşama olarak kritik bir rol oynar; burada nazik karıştırma, oluşan flokları parçalamadan parçacık çarpışmalarını teşvik eder ve bu işlem tipik olarak 20 ila 30 dakikalık bir bekletme süresi boyunca gerçekleşir.^[3] Yaygın koagülantlar arasında alüminyum sülfat (şap) ve demir tuzları bulunur; bunlar genellikle bağları güçlendirmek ve çökme oranlarını iyileştirmek için yüksek moleküler ağırlıklı polimerler (flokülan yardımcıları) ile desteklenir.^[4] Bu süreç, bulanıklığı (arıtılmış suda 0,3 NTU’nun altını hedefler), rengi, organik maddeyi ve bazı mikroorganizmaları, parçacıkları sonraki sedimantasyon (çökeltim) veya filtrasyon işlemleri için hazırlayarak etkili bir şekilde giderir.^[3] Optimum koşullar, pH (şap için tipik olarak 5,5–7,5), sıcaklık ve karıştırma hızı (flok kırılmasını önlemek için yaklaşık 1 ft/sn) gibi faktörlere bağlıdır.^[5]

İçme suyu arıtımının ötesinde flokülasyon, endüstriyel deşarjlar da dâhil olmak üzere çeşitli atık suların işlenmesinde, katı-sıvı ayrımına ve çamurun susuzlaştırılmasına yardımcı olduğu atık su arıtımında uygulanır.^[2] Flokülatörler için tasarım hususları, kimyasal dozajlama için kavanoz (jar) testleri ile değerlendirildiği üzere, homojen flok oluşumunu sağlamak için kademeli enerji gradyanlarına ve ayarlanabilir karıştırma hızlarına sahip bölmeli havuzları içerir.^[3] Süreç öncelikle fizikokimyasal olsa da, 2025 itibarıyla mikroplastik ıslahı ve zararlı alg patlaması kontrolü dâhil olmak üzere sürdürülebilir alternatifler için biyoflokülantları içeren gelişmeler yaşanmaktadır; ancak inorganik ve sentetik ajanlar, büyük ölçekli operasyonlardaki güvenilirlikleri ve maliyet etkinlikleri nedeniyle baskınlığını korumaktadır.^[4]^[6]

Temeller

Tanım ve Terminoloji

Flokülasyon, kolloid biliminde, dağılmış kolloidal parçacıkların “flok” olarak bilinen daha büyük, görünür kümeler halinde birleştiği bir süreçtir. Bu floklar daha sonra kendiliğinden veya elektrolitler ya da polimerler gibi kimyasal ajanların eklenmesiyle indüklenerek sedimantasyon yoluyla süspansiyondan çökebilir.^[7]^[8] Bu kümelenme, ince askıdaki katıların sıvılardan ayrılmasını kolaylaştırarak kararsız dispersiyonları ayrılabilir fazlara dönüştürür.^[9]

Flokülasyondaki temel terminoloji, süreç sırasında oluşan, pul veya tutamları andıran gevşek, düzensiz parçacık kümelerini ifade eden “flok” terimini içerir.^[7] “Kolloid kararlılığı”, kolloidal parçacıkların kümelenmeye karşı direncini tanımlar; bu durum genellikle yüklü yüzeyler arasındaki elektrostatik itme ile korunur ve yakınlaşmayı önler.^[9] Sedimantasyon, bu flokların yerçekimi etkisiyle süspansiyonun dibine çökerek berraklaşmaya yardımcı olmasını ifade eder.^[10] Flokülasyon, kararsız sistemlerdeki doğal parçacık etkileşimleriyle kendiliğinden gerçekleşebilir (spontan) veya dış ajanların itici kuvvetleri nötralize ederek kümelenmeyi teşvik etmesiyle indüklenebilir (uyarılmış).^[8]

Flokülasyonun temel ilkeleri, kolloidal süspansiyonlardaki parçacık çarpışmalarını yöneten çekici ve itici kuvvetlerin etkileşimini içerir. Van der Waals kuvvetleri, parçacıklar arasında kısa mesafelerde evrensel bir çekim potansiyeli sağlar ve itme kuvveti aşıldığında onları birbirine çeker. Yüklü parçacıkların etrafındaki elektriksel çift katmanların örtüşmesinden kaynaklanan elektrostatik itme, kolloidleri kararlı hale getirir ancak yüksek iyonik kuvvet altında azalarak kümelenmeye izin verir.^[11] Parçacıkların rastgele termal hareketi olan Brownian hareketi, seyreltik süspansiyonlarda sık çarpışmalar sağlayarak perikinetik flokülasyon sürecini başlatır.^[12]

“Flokülasyon” terimi, Latincede “yün tutamı” anlamına gelen “floccus” kelimesinden türetilmiştir ve kümelerin yünlü görünümünü çağrıştırır; kolloid biliminin erken gelişimi sırasında 1875 civarında bilimsel kullanıma girmiştir.^[13]

İlgili Süreçlerden Ayrımı

Flokülasyon sıklıkla koagülasyon ile karıştırılır, ancak bu iki süreç kolloidal destabilizasyon ve kümelenmede farklı rollere sahiptir. Koagülasyon (pıhtılaştırma), kolloidal parçacıkların yük nötralizasyonu yoluyla kararsızlaştırılmasını içerir. Bu, tipik olarak şap (alüminyum sülfat) gibi inorganik tuzların eklenmesiyle elde edilir; bu tuzlar parçacıklar arasındaki itici elektrostatik kuvvetleri azaltır ve küçük, kararsız mikrofloklar oluşturur.^[14] Buna karşılık flokülasyon, koagülasyonu takip eder ve bu mikroflokların çarpışmasını ve daha büyük, daha kolay çökebilir floklara yapışmasını teşvik etmek için nazik bir karıştırma gerektirir; bu süreç genellikle sadece yük etkilerinden ziyade polimerik köprüleme ajanları ile kolaylaştırılır.^[15] Bu sıralı ayrım, koagülasyonun kolloidleri flokülasyondaki köprüleme ağırlıklı kümelenme için hazırlamasını sağlar.^[14]

Flokülasyonun aksine presipitasyon (çökeltme), çözünmüş iyonlardan veya moleküllerden kimyasal reaksiyonlar yoluyla (örneğin çözünür fosfatlardan kalsiyum fosfat oluşturmak için kireç eklenmesi gibi) çözeltide çözünmeyen katı parçacıkların oluşumunu ifade eder.^[15] Bu süreç, önceden var olan kolloidal süspansiyonlardan ziyade çözünmüş türleri hedefler ve flokların gevşek, geri dönüştürülebilir kümelerinden yoksun, tipik koşullar altında genellikle geri döndürülemez olan kristal veya amorf çökeltilerle sonuçlanır.^[15] Sonuç olarak presipitasyon, flokülasyon için gerekli olan nazik karıştırma veya köprüleme mekanizmalarını içermez.^[16]

Flokülasyon ayrıca aglomerasyondan da ayırt edilmelidir. Aglomerasyon, parçacıkların bağlanmasını geniş anlamda tanımlar ancak genellikle sıvı bir ortam olmaksızın mekanik sıkıştırma veya kompaktlaştırma yoluyla kuru toz sistemlerinde meydana gelir.^[17] Sıvı süspansiyonlarda flokülasyon, hidrodinamik ve kimyasal etkileşimler yoluyla geri dönüştürülebilir küme oluşumunu özellikle teşvik ederken, kuru aglomerasyon granülasyon süreçlerine uygun daha sert, kalıcı yapılar verir.^[17] Kavanoz testi prosedürü, flok oluşumunu ve çökelmeyi gözlemlemek için koagülasyon ve flokülasyon adımlarını sırayla uygulayarak bu ayrımları pratikte gösterir.^[18]

Yön	Koagülasyon	Flokülasyon	Presipitasyon
Birincil Mekanizma	Yük nötralizasyonu (ör. şap ile)	Köprüleme ve nazik karıştırma	Çözünmeyen maddeler oluşturan kimyasal reaksiyon
Hedef Parçacıklar	Mikroflok oluşturan kararlı kolloidler	Daha büyük floklar oluşturan mikrofloklar	Çözünmüş iyonlar/moleküller
Geri Dönüşebilirlik	Tipik olarak geri döndürülemez	Kesme kuvveti altında geri döndürülebilir	Geri döndürülemez

Kavanoz Testi Prosedürü

Kavanoz testi (jar test), su ve atık su arıtımında koagülasyon-flokülasyon sürecini değerlendirmek ve optimize etmek için kullanılan standart bir laboratuvar yöntemidir. Etkili kimyasal dozajlarını ve karıştırma koşullarını belirlemek için tam ölçekli tesis operasyonlarını küçük ölçekte simüle eder. Bu prosedür, operatörlerin, öncelikle koagülant ilavesi ve karıştırma rejimlerine odaklanarak, kontrollü değişkenler altında birden fazla su numunesini test etmesine; flok oluşumunu, çökebilirliği ve genel arıtma verimliliğini değerlendirmesine olanak tanır. Bulanıklık, renk ve diğer askıdaki parçacıkların flokülasyon sırasında gözlemlenebilir kümelenme yoluyla giderilmesini tahmin etmek için özellikle değerlidir.^[19]

Genellikle “altı beher testi” olarak adlandırılan standart prosedür, altı özdeş kavanozun veya beherin (tipik olarak 1 ila 2 litre hacminde) temsili bir ham su numunesiyle doldurulmasıyla başlar. Su özelliklerine bağlı olarak, örneğin 0 ila 100 mg/L aralığında 10-20 mg/L’lik artışlarla bir dozaj aralığı oluşturmak için her kavanoza şap veya demir klorür gibi değişen dozlarda koagülant eklenir. Test daha sonra sıralı aşamalarla ilerler: Kapsamlı dispersiyon ve ilk parçacık destabilizasyonunu sağlamak için 100 ila 200 rpm’de 1 ila 3 dakika süren koagülasyon için hızlı karıştırma; ardından nazik çarpışmaları ve flok parçacıklarının büyümesini teşvik etmek için 20 ila 30 rpm’de tipik olarak 20 ila 30 dakika süren flokülasyon için yavaş karıştırma; ve son olarak flokların tortulaşmasına izin vermek için yaklaşık 30 dakikalık bir çökeltme periyodu. Çökeltme sonunda, analiz için süpernatandan (genellikle yüzeyin 10 cm altından) numuneler alınır. Bu çok aşamalı yaklaşım, hızlı karışım için 700-1000 s⁻¹ ve flokülasyon için 10-75 s⁻¹ gibi belirli tesis hız gradyanlarına (G değerleri) uyacak şekilde ayarlanabilir karıştırma hızları ve süreleri ile arıtma tesislerindeki sıralı birim süreçlerini taklit eder.^[20]^[21]^[19]

Gerekli ekipmanlar arasında değişken hızlı karıştırıcılar ve ayarlanabilir pedallara (eşzamanlı test için genellikle altı pozisyon) sahip bir kavanoz test cihazı, flok oluşumunun görünürlüğü için borosilikat cam beherler, hassas kimyasal dozajlama için pipetler veya şırıngalar ve süpernatant berraklığını ölçmek için bir türbidimetre (bulanıklık ölçer), pH metre ve bazen çözünmüş organik karbon gibi ek parametreler için bir spektrofotometre bulunur. Kavanozların altından yapılan aydınlatma, karıştırma sırasında flok gelişiminin görsel olarak gözlemlenmesine yardımcı olur. Kurulum, koagülant dozu gibi test edilen değişken dışındaki tüm beherlerin aynı koşullara maruz kalmasını sağlayarak tekrarlanabilirliği garanti eder.^[20]^[21]

Sonuçların yorumlanması, flokların arzu edilen özellikleri sergilediği optimum koagülant dozunun belirlenmesine odaklanır: büyük boyut (patlamış mısırı andıran makrofloklar), tek tip oluşum ve hızlı çökebilirlik. Bu durum en düşük süpernatant bulanıklığına yol açar ve temsili bulanık sular için genellikle %80-95 giderme verimliliğine ulaşır. Yavaş karıştırma sırasındaki görsel inceleme, flok mukavemetini ve kırılma direncini değerlendirirken; nicel metrikler arasında bulanıklık azaltma (örneğin 50 NTU’dan 1 NTU’nun altına) ve 30 dakika sonraki flok hacminin çamur üretimini gösterdiği çökebilirlik testleri yer alır. Suboptimal dozlar, yetersiz dozlamada iğne başı büyüklüğünde (çökmeyen) floklara veya aşırı dozlamada dağılmış, zayıf floklara neden olabilir ve tesis ölçekli uygulama için doz seçimine rehberlik eder.^[20]^[21]^[19]

Prosedürdeki varyasyonlar farklı su türlerine ve arıtma hedeflerine uyum sağlar; örneğin, yüksek organik içeriğe sahip sularda, köprülemeyi ve flok mukavemetini artırmak için koagülasyon sonrası flokülasyon aşamasında düşük dozlarda (0,1-1 mg/L) polimerler eklenebilir ve yavaş karıştırma 30-40 dakikaya uzatılabilir. Düşük bulanıklıklı veya renkli sular için çökeltme süresi 10-15 dakikaya kısaltılabilir veya flok olgunlaşmasını iyileştirmek için 10-15 rpm’de nazik karıştırma gibi ek aşamalar dahil edilebilir. Tesis içi su kullanan dinamik kavanoz testleri, sonuçları operasyonel koşullara daha da uyarlarken, filtrelenebilirlik değerlendirmeleri (floküle edilmiş numunelerin 1,2 µm membranlardan geçirilmesi) aşağı akış performansını değerlendirir. Bu adaptasyonlar, temel ampirik çerçeveyi değiştirmeden testin çeşitli senaryolarda geçerli kalmasını sağlar.^[20]^[21]

Kavanoz testi, erken mekanik karıştırıcıların koagülasyon değerlendirmelerini standartlaştırmak için geliştirildiği 1920’lerden bu yana su arıtma laboratuvarlarının temel taşı olmuştur. Bu, tezgahtan tam ölçekli operasyonlara tahmine dayalı ölçeklendirmeyi mümkün kılmış ve arıtma verimliliğini ve maliyet etkinliğini önemli ölçüde artırmıştır. Yaygın olarak benimsenmesi; basitliğinden, düşük maliyetinden ve ABD’deki kamu hizmetlerinde yapılan sayısız çalışmada doğrulandığı üzere tesis performansıyla doğrudan korelasyonundan kaynaklanmaktadır.^[22]^[21]^[20]

Mekanizmalar

Kimyasal Mekanizmalar

Flokülasyonun kimyasal mekanizmaları, öncelikle kimyasal ajanlar tarafından indüklenen iyonik ve moleküler etkileşimler yoluyla kolloidal parçacıkların kararsızlaştırılmasını, böylece azalan elektrostatik itme veya fiziksel bağlanma yoluyla kümelenmeyi içerir. Önemli bir süreç, şaptan (alüminyum sülfat) türetilen Al³⁺ iyonları gibi elektrolitlerden gelen çok değerlikli (multivalent) katyonların, kolloidal parçacıkların negatif yüklü yüzeylerine adsorbe olduğu yük nötralizasyonudur. Bu adsorpsiyon, parçacığın kayma düzlemindeki elektrik potansiyeli olan zeta potansiyelini sıfıra yaklaştırır, böylece parçacıklar arasındaki elektrostatik itmeyi en aza indirir ve van der Waals çekimlerinin koagülasyonu teşvik etmesine izin verir.^[23]^[24]

Yük nötralizasyonunun etkinliği, kararsızlaştırma için gereken kritik koagülasyon konsantrasyonunun (CCC), karşı iyon değerliğinin (z) altıncı kuvveti ile ters orantılı olduğunu belirten ampirik Schulze-Hardy kuralını izler (CCC ∝ 1/z⁶). Bu kural, Al³⁺ (z=3) gibi yüksek değerlikli iyonların neden Na⁺ (z=1) gibi tek değerlikli iyonlardan çok daha verimli olduğunu açıklar; negatif yüklü sistemlerde Al³⁺ ve Na⁺ için tipik etkinlik oranı 1000:1 civarındadır. İyonik kuvvet gibi faktörler, parçacıkları çevreleyen elektriksel çift katmanı sıkıştırarak bu süreci etkiler; artan iyonik kuvvet yüzey yüklerini perdeler, kümelenmeye karşı enerji bariyerini daha da düşürür ve CCC’yi azaltır. Ek olarak, pH kritik bir rol oynar çünkü metal iyonlarının türleşmesini yönetir; örneğin, Al³⁺, hızlı çökeltme olmaksızın nötralizasyonu artıran pozitif yüklü türler oluşturmak için pH 5–7’de optimal olarak hidrolize olur.^[23]^[24]

Bir diğer önemli mekanizma, poliakrilamidler gibi yüksek moleküler ağırlıklı polimerlerin birden fazla parçacık yüzeyine adsorbe olduğu ve polimer segmentleri ile parçacık yüzeyleri arasındaki van der Waals çekimleri yoluyla parçacıkları birbirine bağlayan ilmekler veya kuyruklar uzattığı polimer köprülemedir. Genellikle 10⁶ Da’yı aşan moleküler ağırlıklara sahip bu polimerler, çözeltide genişletilmiş konformasyonlar oluşturur. Polimer dozu, sterik stabilizasyona yol açabilecek doygunluk olmaksızın parçacık yüzeylerinin bir kısmını (tipik olarak %10–30) kaplamak için yeterli olduğunda verimli köprülemeyi sağlar. Bu polimerlerin adsorpsiyonu genellikle, tek katmanlı kaplama için Langmuir denklemi gibi izotermler kullanılarak modellenir:

$$ \theta = \frac{KC}{1 + KC} $$

Burada θ fraksiyonel yüzey kapsaması, C polimer konsantrasyonu ve K adsorpsiyon denge sabitidir. Veya çok katmanlı adsorpsiyon için Freundlich modeli kullanılır:

$$ \log q = \log K_f + \frac{1}{n} \log C $$

Burada q birim kütle başına adsorbe edilen miktar, K_f ve n ampirik sabitlerdir; seçim adsorpsiyonun yere özgü mü yoksa heterojen mi olduğuna bağlıdır. pH, polimer yükünü ve konformasyonunu etkiler (katyonik polimerler pH 7’nin altında en iyi performansı gösterirken, anyonik olanlar daha yüksek pH’ı tercih eder); artan iyonik kuvvet ise polimer bobinlerini çökertip köprüleme verimliliğini azaltabilir.^[23]

Süpürme flokülasyonu (sweep flocculation), şap veya demir klorür gibi metal tuzlarının aşırı dozajları, ilk parçacık yükünden bağımsız olarak sedimantasyonu kolaylaştıran, kolloidal parçacıkları matrisleri içinde hapseden Al(OH)₃ gibi hacimli hidroksit çökeltilerinin oluşumuna yol açtığında meydana gelir. Bu mekanizma, daha yüksek koagülant dozlarında ve hidroksit çözünürlük minimumlarının hızlı çökeltmeyi desteklediği 6–8 pH aralıklarında baskındır. Hapsolmuş floklar, çökeltinin yoğunluğu ve yapısı nedeniyle çöker; bu durum genellikle yük nötralizasyonunda olduğu gibi iyonik kuvvetten gelen aynı çift katman sıkıştırmasıyla artırılır. Köprüleme veya doğrudan nötralizasyonun aksine, süpürme mekanizması spesifik yüzey etkileşimlerinden ziyade fiziksel hapsetmeye dayanır, ancak yine de çökelti oluşumunu ve flok mukavemetini dengelemek için optimum pH’dan yararlanır.^[23]^[24]

Fiziksel Mekanizmalar

Flokülasyonun fiziksel mekanizmaları, moleküler düzeydeki kimyasal bağlardan bağımsız olarak, öncelikle hidrodinamik kuvvetler yoluyla parçacıkların taşınmasını ve çarpışmasını içerir. Bu süreçler, kümelenmeyi kolaylaştıran farklı parçacık hareketi modları tarafından yönlendirilen perikinetik ve ortokinetik flokülasyon olarak sınıflandırılır. Perikinetik flokülasyon, parçacık çarpışmalarının Brownian hareketinden kaynaklandığı düşük türbülanslı ortamlarda kendiliğinden gerçekleşir ve özellikle 1 µm’den küçük parçacıklar için etkilidir.^[25] Bu mekanizma, difüzyonel taşınım için uyarlanan Smoluchowski denklemi ile tanımlanır ve çarpışma frekansı şu şekilde verilir:

$$ \beta_{BM} = \frac{2kT (d_i + d_j)^2}{3 \mu d_i d_j} $$

Burada k Boltzmann sabiti, T sıcaklık, μ dinamik viskozite ve d_i, d_j parçacık çaplarıdır.^[26] Buna karşılık ortokinetik flokülasyon, hız gradyanları oluşturan, sıvı kesme (shear) kuvveti yoluyla daha büyük parçacıklar (1–40 µm) için çarpışma sıklığını artıran nazik karıştırma ile indüklenir.^[25] G değeri olarak gösterilen ve aşağıdaki gibi hesaplanan hız gradyanı (burada P güç girişi ve V hacimdir), optimum flok oluşumu için tipik olarak 10–70 s⁻¹ aralığındadır; bu, çarpışma artışını minimum flok bozulmasıyla dengeler.^[26]^[27]

$$ G = \sqrt{\frac{P}{\mu V}} $$

Bu fiziksel süreçlerdeki çarpışmaların verimliliği, kalıcı kümelenmeyle sonuçlanan karşılaşmaların oranını belirleyen bağlanma olasılığı α (0 ile 1 arasında değişir) tarafından yönetilir.^[25] Flokülasyon kinetiğinde, Smoluchowski denklemi genel kümelenme oranını modeller. Birincil parçacıklar (p) ve kolloidler (c) arasındaki çarpışma için basitleştirilmiş bir form şöyledir:

$$ k = \frac{4}{3} \alpha (D_p + D_c)^2 (v_p – v_c) n_c $$

Burada D_p ve D_c çaplar, v_p – v_c bağıl hız ve n_c kolloid konsantrasyonudur; bu, kesme veya çökme ağırlıklı rejimlerde diferansiyel hareketin rolünü vurgular.^[26] Ortokinetik koşullar için, kesme bazlı çekirdek şu şekilde basitleşir:

$$ \beta_{SH} = \frac{(d_i + d_j)^3}{6} G \alpha $$

Bu, hız gradyanlarının çarpışma oranlarını doğrudan nasıl ölçeklendirdiğini vurgular.^[26] Kimyasal ajanlar parçacık etkileşimlerini değiştirerek α‘yı artırabilir, ancak temel taşınım hidrodinamik kalır.^[25]

Flok büyümesi, fiziksel çarpışmalarla başlatılan farklı aşamalardan geçer: Tekli parçacıkların veya küçük kümelerin çiftler oluşturmak üzere çarpıştığı ilk ikili oluşumu; ardından bu ikililerin ek parçacıkları yakaladığı küme genişlemesi. Bu, G ve zamanın çarpımına (GT) göre güç yasası kinetiği tarafından yönetilen hızlı boyut artışına yol açar.^[28] Sürekli kesme kuvveti altında floklar, aşındırıcı parçalanma ve yeniden düzenlenmenin meydana geldiği, yapıları sıkıştıran ve süresiz büyümeyi önleyen bir kırılma aşamasına girmeden önce maksimum boyuta ulaşır.^[28] Bu kırılma kesme kuvvetine bağlıdır; daha yüksek G değerleri erozyonu hızlandırırken, daha düşük oranlar daha yoğun flok olgunlaşmasına izin verir.^[29]

Hidrodinamik faktörler bu aşamaları kritik bir şekilde etkiler; kesme hızı (G) hem kümelenmeyi hem de bozulmayı belirler. Düşük G (ör. 5–20 s⁻¹) büyümeyi teşvik ederken, aşırı kesme (>70 s⁻¹) flok boyutunu Kolmogorov mikro ölçeğine (tipik olarak 100–200 µm) sınırlar.^[29] Flokülatörlerdeki kalış süresi (genellikle 15–30 dakika), denge flok boyutu için yeterli çarpışmaya izin verir; orta düzeyde G‘de daha uzun maruz kalma, kırılma baskınlığı olmadan küme genişlemesini artırır.^[29] Bu parametreler, su arıtma gibi uygulamalarda süreç verimliliğini korurken flokların çökebilir boyutlara ulaşmasını sağlar.^[26]

Yüzey ve Kolloid Kimyası

Yüzey ve kolloid kimyasında flokülasyon, kolloidal dispersiyonların kararlılığını belirleyen parçacık arayüzlerindeki kuvvetlerin etkileşimi ile yönetilir. Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek (DLVO) teorisi, iki kolloidal parçacık arasındaki toplam potansiyel enerjinin (V_T), elektrostatik itme (V_R) ve van der Waals çekiminin (V_A) toplamı olduğunu öne sürerek bu etkileşimleri anlamak için temel çerçeveyi sağlar:

$$ V_T = V_R + V_A $$

Burada V_R, yüklü parçacıkları çevreleyen elektriksel çift katmanların örtüşmesinden kaynaklanır ve dispersiyonu stabilize eden bir enerji bariyeri oluşturur; V_A ise anlık dipol etkileşimleri nedeniyle uzun menzilli bir çekici kuvvettir.^[30] Flokülasyon, bu enerji bariyeri yeterince düşük olduğunda, parçacıkların ikincil bir enerji minimumuna kümelenecek kadar yaklaşmasına izin verdiğinde meydana gelir; bu durum özellikle çekimin daha uzun mesafelerde baskın olduğu daha büyük parçacık yarıçapına sahip sistemlerde geçerlidir.^[30]

Dağınık çift katmanın kayma düzlemindeki elektrik potansiyeli olarak tanımlanan zeta potansiyeli, bir parçacığın yüzey yükünün ve dolayısıyla kolloidal kararlılığının temel bir göstergesi olarak hizmet eder.^[31] Demir koagülantları içerenler gibi flokülasyon işlemlerinde, sıfıra yakın bir zeta potansiyeli elektrostatik itmeyi en aza indirerek parçacık kümelenmesini ve düşük artık bulanıklığa sahip sağlam flokların oluşumunu teşvik eder.^[31] Bu yük nötralizasyonu kritiktir, çünkü nötrlükten sapmalar itmeyi artırır ve flokülasyon verimliliğini engeller.^[31]

Flokülanların parçacık yüzeylerine adsorpsiyonu genellikle, tek katmanlı kaplamayı varsayan ve fraksiyonel yüzey doluluğunu (θ) şu şekilde tanımlayan Langmuir izotermi kullanılarak modellenir:

$$ \theta = \frac{KC}{1 + KC} $$

Burada K adsorpsiyon denge sabiti ve C çözeltideki flokülan konsantrasyonudur.^[32] Bu model, çökelmiş kalsiyum karbonat gibi mineraller üzerine adsorbe olan katyonik poliakrilamidler için iyi uyum sağlar; burada daha yüksek yük yoğunluğu ve dallanmış mimariler bağlanma oranlarını artırır ve köprüleme mekanizmaları yoluyla gelişmiş flokülasyon kinetiği ile doğrudan ilişkilidir.^[32]

Polimerle modifiye edilmiş kolloidlerdeki parçacık etkileşimleri, adsorbe edilmiş polimerlerin parçacık örtüşmesi üzerine itici kuvvetler oluşturan çözünmüş bir tabaka yarattığı sterik stabilizasyon ile daha da modüle edilir.^[33] Örneğin, polar olmayan ortamlarda, yeterli konsantrasyonlardaki (parçacıklara göre ağırlıkça ~%5,5’in üzerinde) yıldız diblok kopolimerler, karbon siyahı üzerinde kalın koruyucu kabuklar oluşturarak entropik ve ozmotik itme ile flokülasyonu önler; ancak daha düşük konsantrasyonlar, birden fazla parçacığı birbirine bağlayarak köprüleme flokülasyonunu teşvik eder.^[33]

Genişletilmiş DLVO (XDLVO) olarak bilinen DLVO teorisinin modern uzantıları, özellikle nanomalzemeler için karmaşık sulu sistemlerdeki kararlılığı daha iyi tahmin etmek amacıyla hidrasyon etkileşimleri gibi ek kısa menzilli kuvvetleri içerir.^[34] Hidrofilik yüzeylerin yakınındaki yapılandırılmış su katmanlarından kaynaklanan hidrasyon kuvvetleri, nanometre ölçeklerinde salınımlı veya monotonik itmeler olarak ortaya çıkar. Bu durum oksit kolloidlerinde kümelenmeyi bastırır ve polivinilpirolidon gibi polimerlerle stabilize edilmiş grafit dispersiyonlarında flokülasyonu etkiler.^[35]^[36] 2000 sonrası bu gelişmeler, hidrasyon etkilerinin baskın olabildiği ve nanomalzeme flokülasyonunun hassas kontrolünü sağladığı yüksek iyonik kuvvetli veya nano ölçekli ortamlarda klasik DLVO’nun sınırlamalarını vurgulamaktadır.^[34]^[35]

Uygulamalar

Su ve Atık Su Arıtımı

Geleneksel su arıtma tesislerinde flokülasyon, ham sudaki askıda kalan parçacıkları ve safsızlıkları gidermek için koagülasyonu (pıhtılaştırma) takip eder ve sedimantasyon (çökeltme) ile filtrasyondan önce gelir. Koagülasyon sırasında, kolloidal parçacıkları kararsızlaştırmak için bir koagülant eklenir. Bu, parçacıkların flokülasyon aşamasında nazik karıştırma altında küçük floklar halinde toplanmasını sağlar; bu da sonraki sedimantasyon havuzlarında son filtrasyondan önce daha kolay çöken daha büyük, daha yoğun flokların oluşumunu teşvik eder.^[4]^[37]

Yaygın flokülasyon ajanları arasında alüminyum sülfat (şap) ve demir klorür gibi inorganik koagülantlar bulunur; bunlar genellikle flok oluşumunu artırmak için organik polimerlerle desteklenir. Bu inorganik ajanlar için tipik dozlar bulanıklık ve pH gibi su kalitesi parametrelerine bağlı olarak 10 ila 50 mg/L arasında değişirken; polimer dozları, çökmeyi engelleyebilecek aşırı dozdan kaçınmak için genellikle 0,1 ila 2 mg/L gibi çok daha düşük seviyelerdedir.^[38]^[39]

Flokülatör tasarımları, kırılgan kümeleri kırmadan yeterli flok büyümesine izin vermek için 20 ila 45 dakikalık hidrolik bekletme sürelerine sahip, büyük ölçekli, düşük kesmeli karıştırma için yatay pedal sistemlerini veya daha kontrollü çalkalama için dikey türbin karıştırıcılarını içerir. Kavanoz testi prosedürü, sahaya özgü koşullar için ajan dozları ve karıştırma yoğunlukları dahil olmak üzere bu parametreleri optimize etmek için yaygın olarak kullanılır.^[40]

Bu sistemlerdeki flokülasyon, bulanıklığın %80-95 oranında giderilmesini sağlayarak su berraklığını önemli ölçüde artırır ve sonraki filtrasyon işlemlerindeki yükü azaltır. Ancak organik açıdan zengin sular, flok oluşumuna müdahale edebilen doğal organik maddeler nedeniyle zorluklar yaratır. Bu durum, ABD Çevre Koruma Ajansı’nın 1998 Dezenfektanlar ve Dezenfeksiyon Yan Ürünleri Kuralı kapsamındaki geliştirilmiş koagülasyon gerekliliklerini teşvik etmiştir; bu kural, toplam organik karbon gibi dezenfeksiyon yan ürünü öncülerini gidermek için daha yüksek koagülant dozlarını zorunlu kılar.^[37]^[41]

Modern bir gelişme olan balastlı flokülasyon, geleneksel yöntemlere kıyasla flok çökme oranlarını 100 kata kadar hızlandırmak için işlem sırasında ağırlıklandırıcı bir ajan olarak mikro kum (tipik olarak 100-150 µm parçacıklar) kullanır. Bu, 30-60 m/s’lik taşma oranlarına sahip kompakt arıtma ünitelerine ve azaltılmış kimyasal tüketimine olanak tanır.^[42]^[43]

Gıda ve İçecek Endüstrileri

Gıda ve içecek endüstrilerinde flokülasyon; proteinler, mayalar ve kolloidler gibi parçacıkları, genellikle su arıtımındakilerden farklı gıda sınıfı ajanlar kullanarak bir araya getirerek ürün berraklığı, dokusu ve stabilitesi elde etmede çok önemli bir rol oynar.^[44]

Bira Yapımı

Bira yapımında flokülasyon, öncelikle mekanik yardımcılar olmadan bira berraklaştırmasını ve ayrılmasını kolaylaştırmak için fermantasyon sonunda maya hücrelerinin toplanmasını içerir. Balıkların yüzme keselerinden elde edilen balık tutkalı (isinglass) gibi durultma ajanları, askıda kalan parçacıkları hapseden bir ağ oluşturarak maya çökmesini teşvik ederken; polivinilpolipirolidon (PVPP), bulanıklığı ve acılığı azaltmak için polifenolleri hedefler.^[45]^[46] Maya suşları flokülasyon özellikleri için genetik olarak seçilir; FLO1, FLO5, FLO8 ve FLO11 gibi genler, durağan faz sırasında kalsiyuma bağlı hücreden hücreye yapışmayı sağlayan lektin benzeri proteinleri kodlar.^[45] Bu genlerin ekspresyonu pH, sıcaklık ve besin mevcudiyeti gibi çevresel faktörler tarafından modüle edilerek, alt fermentasyon yapan lager mayalarında flokülasyon zamanlamasının kontrol edilmesine izin verilir. 1980’lerde, alt fermentasyon mayalarında sedimantasyonu artıran ve lager üretiminde verimliliği iyileştiren mühendislik ürünü flokülasyon suşları için patentler ortaya çıkmıştır.^[47]

Peynir Yapımı

Peynir üretiminde flokülasyon, pıhtı (curd) oluşumunun merkezinde yer alır. Rennet (peynir mayası) enzimleri, kazein miselleri üzerindeki κ-kazeini hidrolize ederek hidrofobik bölgeleri açığa çıkarır ve bu da bir jel ağı halinde toplanmayı tetikler. Bu süreç, miselleri kararsızlaştırmak ve flokülasyonu başlatmak için %65–90 κ-kazein hidrolizi gerektirir ve kesme kuvveti altında birbirine dolanan para-kazein zincirleri oluşturur.^[48] Kalsiyum iyonları, elektrostatik itmeyi azaltmak ve hidrofobik etkileşimleri teşvik etmek için miseller üzerindeki negatif yüklü bölgeler arasında köprü görevi görerek esastır; çözünmüş misel kalsiyum fosfat nedeniyle daha yüksek iyonik kalsiyum konsantrasyonlarında ve daha düşük pH’ta kümelenme oranları artar.^[48] Pıhtı, peynir çeşidine bağlı olarak (örneğin Cheddar için 3 kat) flokülasyon süresinin (rennet ilavesinden ilk görünür sert kırılmaya kadar geçen süre) 2 ila 5 katında kesilir. Bu süre, Cheddar veya Mozzarella gibi çeşitlerde tutarlı pıhtı verimi ve dokusu sağlamak için sıcaklık ve kalsiyum seviyelerinden etkilenir.^[48]^[49]

Şarap Durultma

Şarap yapımında flokülasyon, şişeleme sonrasında çökebilecek kararsız proteinleri, bentonit kili veya jelatin gibi ajanlar kullanarak bağlayıp çökelterek protein bulanıklığını giderir. Sodyum veya kalsiyum montmorillonit olan bentonit, bulanıklık oluşturan proteinleri (beyaz şaraplarda tipik olarak 10–300 mg/L) adsorbe etmek için katyon değiştirir. Sıcak suda rehidrasyondan sonra 0,5–1,5 g/L oranında uygulandığında hızla çöken kompakt floklar oluşturur.^[44] Kolajen türevi bir protein olan jelatin, tanenleri ve proteinleri floküle etmek için yük etkileşimleri yoluyla çalışır; çökeltmeyi artırmak ve fazla jelatin kalıntısını önlemek için genellikle silika sol ile birleştirilir, ancak bentonitten daha az proteine özgüdür.^[44] Bu işlemler, aromayı korurken etkinliği en üst düzeye çıkarmak için serin sıcaklıklarda (jelatin için 5–10°C) gerçekleştirilir.^[50]

Flokülasyon, parçacık ayrımını ve filtrasyon verimliliğini iyileştirerek (örneğin daha iyi maya çökmesi yoluyla bira geri kazanımını %2–5 artırarak) ürün verimini artırır ve raf ömrü boyunca peynir ve şaraptaki bulanıklığı veya sinerezisi (su salma) önleyerek stabiliteyi yükseltir.^[46] Bununla birlikte zorluklar arasında, bira yapımında mayanın erken çökmesine neden olarak ester üretimini azaltan ve meyvemsi notalar gibi lezzet profillerini değiştiren aşırı flokülasyon veya şarapta varyete aromalarını yok eden aşırı protein giderimi yer alır.^[51] Peynir yapımında, dengesiz kalsiyum, doku ve verimi etkileyen zayıf pıhtılara yol açabilir.^[48]

Mühendislik ve Çevre Bilimleri

İnşaat mühendisliğinde polimer flokülasyonu, inşaat ve tarama (dredging) operasyonları sırasında toprak erozyonu kontrolü ve tortu yönetiminde çok önemli bir rol oynar. Anyonik poliakrilamid (PAM), kil parçacıklarına bağlanarak toprak agregatlarını stabilize etmek, dağılmayı önlemek ve akış bulanıklığını azaltmak için yaygın olarak uygulanır. Bu süreç toprak yapısını iyileştirerek yamaçlarda ve setlerde erozyon oranlarını azaltır; örneğin, alçıtaşı (jips) ile birleştirilmiş 72 lbs/dönüm PAM uygulamaları, siltli balçık topraklarda simüle edilmiş şiddetli yağış altında oluklaşmayı önemli ölçüde azaltmıştır.^[52] Tarama işlemlerinde, anyonik PAM gibi polimerler, tortu bulamaçlarına enjekte edilerek hızlı flokülasyonu ve konsolidasyonu teşvik eder, böylece jeotekstil kaplarda susuzlaştırmayı kolaylaştırır. Bir yağmur suyu havuzundaki hidrolik tarama vaka çalışması, iki hafta içinde %56 katı içeriğe sahip 1.300 m³ tortunun giderildiğini, ekolojik bozulmanın en aza indirildiğini ve su devridaiminin sağlandığını göstermiştir.^[53]

Yer bilimlerinde doğal flokülasyon, kil ve silt gibi ince parçacıkların kümelenmesi yoluyla nehirlerde ve göllerde tortu dinamiklerini etkileyerek taşıma modellerini değiştirir. Türbülans ve organik madde flok oluşumunu yönlendirir, çökme hızlarını bireysel tane hızlarından yaklaşık 1,8 mm/s’ye çıkarır; bu da tortuyu uzun mesafeli yıkanma yükünden taşkın yataklarında ve deltalarda yerel birikime kaydırır.^[54] Bu süreç jeomorfolojiyi ve karbon döngüsünü düzenler; daha yüksek tortu konsantrasyonları ve biyolojik yapıştırıcılar flok stabilitesini artırır. Deniz ortamlarında demir oksitler, kümelenme kinetiğini hızlandırarak flok yapısına katkıda bulunur; kararsız (labil) demir, flok oluşum süresini 90 dakikaya düşürür ve daha büyük flokları (etkili boyut çapında yüzlerce mikron) teşvik ederek, hızlı çökme olmadan erime suyu bulutlarında parçacıkların uzun yatay taşınmasını sağlar.^[55] 0,26 mmol/g’a varan konsantrasyonlara sahip demir açısından zengin floklar, besin dağıtımı ve kıyı tortu bütçelerinde kilit bir rol oynar.^[55]

Flokülasyon, madencilik operasyonlarında atık yönetimi için ayrılmaz bir parçadır; flokülanlar bulamaçları susuzlaştırarak suyu geri kazanır ve çevresel riskleri azaltır. Poliakrilamid gibi sentetik polimerler, koyulaştırıcılarda ve santrifüjlerde ince parçacıkları kümelendirerek %40-80 katı içeriği ve %90’a varan su geri kazanım oranları sağlar; bu da tatlı suya bağımlılığı azaltır ve atıkları asit maden drenajına karşı stabilize eder.^[56] Kitosan gibi doğal alternatifler, filtrasyonu artırırken ağır metallerin çevre ekosistemlere sızmasını en aza indiren geçirgen kekler oluşturarak biyolojik olarak parçalanabilir seçenekler sunar. Bu uygulamalar, depolanan atık hacmini düşürerek depolama tesislerinin kapladığı alanı ve ilgili kontaminasyon tehlikelerini azaltır.^[56]

Çevresel iyileştirmede, demir kaynaklı flokülasyon, vivianit gibi demir-fosfat çökeltileri oluşturarak atık sudan fosfatları etkili bir şekilde giderir. Atık sulara dozlanan demir tuzları, nötr pH ve oksik koşullar altında fosforu bağlayan floklar oluşturarak belediye sistemlerinde genellikle %80’i aşan giderme verimliliklerine ulaşır.^[57] Modifiye edilmiş formlar da dâhil olmak üzere demir oksitler, fosfatları yüksek seçicilikle adsorbe eder ve desorpsiyon teknikleri besin geri kazanımına izin vererek ötrofikasyonu ele alırken tarımda fosforun yeniden kullanımını sağlar. Güçlü bağlanmanın geri kazanımı zorlaştırması gibi zorluklar olsa da, bu yaklaşım büyük ölçekli arıtımda maliyet etkinliği nedeniyle yaygın olarak benimsenmektedir.^[58]

Karbon yakalamada flokülasyonun yeni uygulamaları, biyoyakıt üretimi için mikroalglerin kümelenmesini ve alg biyokütlesinden yararlanarak CO₂’nin tutulmasını içerir. 2010’lardan bu yana, katyonik polimerler gibi kimyasal flokülanlar, yüzey yüklerini nötralize ederek alg hücrelerini hasat etmek, santrifüjlemeye kıyasla enerji maliyetlerini düşürmek ve %95’in üzerinde ayırma verimliliği elde etmek için kullanılmaktadır. Mantarlar veya bakterilerle biyoflokülasyon, filtrasyonu basitleştiren ve biyodizel için biyokütle sağlayan topaklar (pelletler) oluşturarak sürdürülebilir hasadı destekler; endüstriyel emisyonlardan CO₂ yakalayan sistemler, entegre biyoraifneriler aracılığıyla üretim maliyetlerinin %50-60’ını dengeleyen biyoyakıtlar üretir.^[59] Bu, ölçeklenebilir çevresel azaltım için fiziksel parçacık kümelenme mekanizmalarına dayanır.^[59]

Biyolojik ve Tıbbi Alanlar

Biyolojik sistemlerde flokülasyon, özellikle hücre dışı polimerik maddeler (EPS) aracılığıyla biyoflokülasyon yoluyla mikrobiyal kümelenmede çok önemli bir rol oynar. Mikroorganizmalar tarafından salgılanan polisakkaritler, proteinler ve nükleik asitlerden oluşan EPS, bakteri hücrelerinin köprülenmesini ve yapışmasını kolaylaştırarak topluluk yapısını ve direncini artıran kararlı floklar oluşturur. Aktif çamur ortamlarında bu süreç, çeşitli mikrobiyal popülasyonların bir araya gelmesini sağlayarak endüstriyel uygulamalardan bağımsız olarak verimli besin döngüsünü ve çevresel streslere karşı korumayı teşvik eder.^[60] Benzer şekilde, toprak ekosistemlerinde mikrobiyal EPS, toprak parçacıklarının ve mikropların kümelenmesini teşvik ederek inorganik ve organik bileşenleri bağlayan bir matris oluşturur; bu da toprak yapısını, su tutma kapasitesini ve bitki kökleri için besin mevcudiyetini iyileştirir.^[61]

Tıbbi tanıda flokülasyon, lateks aglütinasyon testlerinde kullanılır; burada spesifik antikorlarla kaplanmış lateks parçacıkları, hedef antijenlere bağlandığında kümelenir (veya floküle olur) ve patojenlerin veya biyobelirteçlerin hızlı görsel tespitini sağlar. Enfeksiyonlar ve otoimmün hastalıklar gibi durumlar için immünoanaliz hassasiyetini artırmak amacıyla 1970’lerde geliştirilen bu teknik, görünür kümeler oluşturmak için antikor-antijen çapraz bağlanmasına dayanır ve kan veya beyin omurilik sıvısı gibi numunelerde antijen tespiti için basit, hasta başı bir yöntem sağlar.^[62]^[63]

Kan pıhtılaşmasındaki trombosit agregasyonu flokülasyonla kavramsal benzerlikler paylaşır; aktive olmuş trombositler, yaralanma bölgelerinde hemostatik bir tıkaç oluşturmak için fibrinojen köprüleme yoluyla yapışır ve topaklanır. Ancak bu süreç, basit kolloidal kuvvetlerden ziyade ADP ve trombin aktivasyonu gibi daha dinamik sinyal yollarını içerir. Bu süreç kanamayı durdurmak için gereklidir ancak düzensizleşirse patolojik tromboza katkıda bulunabilir.^[64]

Terapötiklerde, polimerler gibi flokülasyon ajanları, hedef bölgelerde nanopartiküllerin kontrollü kümelenmesini ve çökmesini indüklemek için ilaç dağıtım sistemlerine dahil edilir ve lokalize ilaç salınımını artırır. Örneğin kanser tedavisinde, nanoemülsiyon bazlı taşıyıcılar tümör bölgelerinde toplanmak için flokülasyon mekanizmalarından yararlanır; bu da sistemik maruziyeti en aza indirirken ilaç tutulumunu ve etkinliğini artırır. 2020 sonrası gelişmeler, hassas meme kanseri hedeflemesi için tümör bölgelerinde toplanan pH’a duyarlı nanoemülsiyonlara odaklanmıştır.^[65] Bu biyolojik uygulamalar, biyomoleküler köprüleme yoluyla endüstriyel mekanizmalarla paralellik gösterir ancak in vivo biyouyumluluk ve özgüllüğü vurgular.

Geri Döndürme ve Kontrol

Deflokülasyon Süreçleri

Deflokülasyon, kümelenmiş flokların kolloidal bir süspansiyon içinde tekrar ayrı ayrı birincil parçacıklara dağıtılması sürecini ifade eder ve temel olarak parçacıklar arası bağları bozan kimyasal müdahalelerle elde edilir.^[66] Bu geri dönüş, daha önce çekici kuvvetlerle birbirine bağlanan parçacıkların ayrılmış durumunu geri yükleyerek dispersiyonun kararlılığını ve akışkanlığını artırır.^[67]

Kimyasal deflokülasyon, öncelikle parçacık yüzeylerine adsorbe olarak ve negatif yük yoğunluğunu artırarak parçacıklar arasındaki elektrostatik itmeyi artıran dağıtıcıların (dispersantların) eklenmesini içerir. Örneğin, sodyum heksametafosfat (SHMP), Ca²⁺ gibi floküle edici katyonları şelatlayarak, elektriksel çift katmanda bunları Na⁺ iyonlarıyla değiştirerek ve itmeyi teşvik etmek için zeta potansiyelini artırarak kil bazlı sistemlerde etkili bir dağıtıcı işlevi görür.^[68] Bu adsorpsiyon, kaolinit üzerindeki alüminyum bölgeleri gibi parçacık kenarlarında tercihen gerçekleşir ve yaklaşık 0,1 mg/m² konsantrasyonlarda yüzeyde aşırı negatif yüke ve minimum viskoziteye yol açar.^[68]

Fiziksel yöntemler, yüzey kimyasını değiştirmeden zayıf parçacıklar arası bağları kırmak için mekanik kuvvetlere dayanır. Yüksek kesmeli (high shear) karıştırma, parçacıkları dağıtmak ve homojenlik sağlamak için floküle edilmiş süspansiyonlara yoğun çalkalama uygular ve bunların psödoplastik davranışından yararlanır; ancak kontrol edilmezse aşırı kesme genişlemeye (dilatasyon) neden olabilir.^[69] Çözücü ile seyreltme parçacık konsantrasyonunu azaltır, çekici etkileşimleri zayıflatır ve gevşekçe kümelenmiş sistemlerde bağ kopmasını kolaylaştırır.^[69] Ultrasonik deflokülasyon, polistiren lateks gibi pıhtılaşmış kolloidlerdeki flok yapılarını bozan sonik enerji sağlamak için akustik dalgalar kullanır; dispersiyonun derecesi, parçacık boyutları tutarlı kaldığı sürece yoğunluk veya süreden bağımsız olarak birim hacim başına toplam enerji girdisine bağlıdır.^[67]

Uygulamalarda deflokülasyon, seramiklerde döküm (slip casting) için esastır; burada kararlı, düşük viskoziteli süspansiyonlar (özgül ağırlık 1,8’e kadar), yoğun paketleme ve ince duvarlı bileşenler gibi karmaşık şekiller için kalıplara sıvı akışını sağlar.^[70] Boya endüstrisinde dispersantlar, reolojiyi kontrol etmek için defloküle pigment durumlarını korur; çökmeyi önler ve otomotiv ve endüstriyel kaplamalarda eşit uygulama için kesme incelmeli (shear-thinning) akış sağlar.^[71]

Flokülasyonun tersine çevrilmesi, mekanik kesme veya ultrasonikasyon gibi harici enerji girdilerinin flokları stabilize eden çekici kuvvetleri yenebildiği DLVO teorisi ilkeleriyle uyumludur.^[30]

Geri Dönüş İçin Faktörler ve Teknikler

Birçok faktör, parçacıklar arası kuvvetleri kümelenme yerine dağılmayı destekleyecek şekilde modüle ederek flokülasyonun tersine çevrilmesini etkiler. pH değişimleri parçacıkların yüzey yükünü değiştirebilir; mutlak zeta potansiyeli 15-20 mV’u aştığında elektrostatik itmeyi artırarak deflokülasyonu teşvik eder.^[72] İyonik kuvvetin azaltılması, elektriksel çift katmanın sıkışmasını azaltır, itici etkileşimleri artırır ve flokların parçalanmasını kolaylaştırır.^[72] Sıcaklıktaki artışlar kinetik enerjiyi ve Brownian hareketini artırır; bu da çekici kuvvetlerin üstesinden gelebilir ve özellikle termal etkilerin van der Waals çekimlerine baskın olduğu sistemlerde agregatların dağılmasına yardımcı olabilir.^[72]

Deflokülasyon elde etmek için ileri teknikler, belirli sistemlere uyarlanmış fiziksel ve biyolojik yöntemleri içerir. Ultrasonikasyon, kesme kuvvetleri oluşturan kavitasyon kabarcıkları indükler, flok yapılarını mekanik olarak bozar ve bunları çeşitli sulu süspansiyonlarda etkili olan daha küçük parçacıklara ayırır.^[73] Biyolojik sistemlerde enzimatik dispersiyon, flokları veya biyofilmleri bir arada tutan hücre dışı polimerik maddeleri bozmak için hidrolazları kullanır; örneğin dispersin B, bakteriyel agregatlardaki β-(1,6)-bağlı polisakkaritleri parçalarken, aljinat liyaz Pseudomonas aeruginosa biyofilmlerindeki aljinatı hedefleyerek sökülmeyi tetikler.^[74]

Deflokülasyonun etkinliğinin izlenmesi, agrega özelliklerindeki değişiklikleri takip eden tekniklere dayanır. Reoloji ölçümleri, floklar dağıldıkça viskozite ve viskoelastik özelliklerdeki değişiklikleri tespit edebilir.^[75] Dinamik ışık saçılımı (DLS) yoluyla parçacık boyutu analizi, agrega boyutlarındaki değişiklikleri nicel olarak belirleyebilir.^[75]

Endüstriyel uygulamalarda, geri döndürme teknikleri verimli kaynak yönetimi sağlar. Madencilikte, işlem suyundaki artık flokülanların yönetimi suyun yeniden kullanımına izin verir ve akış aşağı flotasyon üzerindeki etkileri hafifletir; poliquat ve karboksimetil selüloz gibi katkı maddeleri, akrilamid-akrilat kopolimerlerinin etkilerine karşı koymak için kullanılır.^[76] İlaç endüstrisinde, iyonik kuvvetin kontrolü ve protein-polisakkarit konjugatlarının kullanımı, köprüleme flokülasyonunu inhibe ederek proteinle stabilize edilmiş emülsiyonlarda kararlı dispersiyonların korunmasına yardımcı olur.^[77]

Geri döndürmedeki zorluklar arasında, kısmi yük nötralizasyonu veya polimer köprülemesi nedeniyle artık agregatların kalıcı olduğu eksik deflokülasyon yer alır; bu durum %12’nin altındaki düşük yük yoğunluklarında yeniden flokülasyona yol açar.^[78]