Hassas Fumigasyon Yöntemleri ile Fosfin Verimliliğinin Sağlanması

“Fumigasyon sırasındaki fosfin gazı davranışı çok değişkenli ürün sistemi, hava koşulları, gaz geçirmezliği ve haşere toleransı ile etkilendiğinden dolayı karmaşıktır. Fumigasyonlenen konteynırların % 60’ı fumigasyon hatalarına yol açarak ciddi oranda sızıntı vermektedir. Ancak fumigasyon işlemine dair ticari bazda yeni teknolojiler ve yeni araçlar var. Haşere oluşumu için artık bahane olmamalıdır.”


Dr. Stathis Kaloudis
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği üzerinde PhD yapmış Fizik Uzmanı
Centaur Analytics, Inc.

Fosfin, (PH3) ozon tabakasını incelten Metil Bromürün yerine kullanılan verimliliği yüksek bir fumiganttır. Endüstri büyük ölçüde fosfine yöneldikçe, haşere problemlerine karşı uzun süreli koruma sağlanması için hassas fumigasyon yöntemleri önemli hale gelmeye başladı. Artık bilinen zorluklarla yüzleşmek ve kaliteli, zararlılardan arınmış ürün ve gıdaları güvence altına almak için gelişmiş sensörlere ve veri analitiğine dayanan yeni bir teknoloji grubu var.

FOSFİN VE ZORLUKLARI
Fosfin, pahalı olmaması, kolay uygulanabilmesi ve kalıntı bırakmayan bir işlem olarak evrensel ölçüde kabul edilmiş olması nedeniyle tahıl haşerelerinin kontrolüne yönelik en güvenilir tek fumiganttır. Dünyanın stratosferik ozon tabakasının tahrip olmasının etkenleri arasında olması nedeniyle Metil Bromür kullanımı yavaş yavaş sona erdiği için, fosfin onun yerini başarıyla aldı. Ancak, fosfin fumigasyonunun başarılı olmasını önleyen çeşitli faktörler vardır (örn. Sızıntılı depolama yapıları). Sabırsız veya verimsiz kalite güvence yöntemleri, verimli olmak için oldukça kısa olan işlem sürelerine neden olmaktadır.

İlginç bir şekilde haşere kontrol fumigantlarının uygulanması, çoğunlukla on yıllık izleme teknolojisiyle yapılır ve genellikle de gözlemlenmez. Fumigant dozajı, nadiren korunan ürün, depodaki gerçek mikro iklim ve karşılaşılan depo haşerelerinin türleri ile ilişkilidir. Yanlış uygulamalar, korunması gereken ürünleri haşarelere maruz bırakmakta, bozulma olasılığını arttırmaktatır. Ayrıca dünyadaki önemli depo ürün haşereleri arasında yüksek toleraslı suçların oluşmasına neden olur [Athanassiou ve ark. 2016; Mau ve ark., 2012].

Bilimsel araştırma verilerine dayanarak öncelikle fümigatörlerin günlük olarak karşılaştığı zorlukları düşünelim.

İZLEME
Tahıl izleme sistemlerinin geleneksel yöntemleri, depolama yapısına fiziksel olarak bağlı olan sensörleri kullanır. Çoklanmış sinyal koşullandırma, bir ekran ve depolama cihazına iletilen verilerle yapının dışında gerçekleştirilir.

Fumigasyon uygulamaları için, emici kullanan toksik gaz sensörleri hacimli, kullanımı zor, düşük numune frekansına sahiptir ve sıklıkla insan etkileşimi içerdiği için insan hatalarına meyillidir. Ek olarak, fosfin gazının depolanan ürünün tamamına eşit olarak dağıtılmaması nedeniyle, erişilebilir örnekleme alanları, tüm ilgi noktalarını kapsamamaktadır. Teknolojideki gelişmeler, ‘Centaur Analytics’ tarafından geliştirilenlar gibi kablosuz sensörler, artık bunların değiştirilmesine izin veriyor. Bunlar, insan müdahaleli fosfin gaz sensörlerinin yetersizliğini çözüme kavuşturabilmektedir.

GÜVENLİK KONULARI
Fosfin insanlara karşı toksiktir (1 ppm gibi düşük konsantrasyonlarda dahi) ve soluma ile insan vücuduna girebilir. Koruyucu giysi kullanan eğitimli kullanıcılar, fosfin seviyelerini izlemek amacıyla, kendilerini tehlikeli ortamlara maruz bırakarak fumige edilmiş alanlara girmek veya yaklaşmak zorunda kalmaktadır. Bunun yanı sıra kargo konteynırlardan, depolardan ve silolardan yükler indirilirken personel güvenliğinin sağlanması için toksik gazların tam olarak izlenmesi gerekmektedir.

SIZINTI
Kusurlu bir kapalı yapıdan gerçekleşen fosfin sızıntısı, kolaylıkla ve sezgisel olarak görselleştirilebilir (Şekil 1) ve genellikle sızıntının olduğu çatlak ile ortam havası arasındaki fumigant konsantrasyonundaki büyük farklılıklarla tetiklenen difüzyon mekanizmalarını içerir. Tahıl kümesi içerisindeki sıcaklık gradyanının neden olduğu hava akımları ve rüzgar, genellikle fumigantın yapılardan hızlı bir şekilde çıkmasına neden olur [Reed ve Pan, 2000]. Sızıntılar, fumigasyon sırasındaki en önemli faktörlerden biridir ve bir fümigatörün sızıntı olup olmadığını tespit etmesi ve miktarını belirlemesi gerekir.

FOSFİN FORMÜLASYONLARININ GAZ GİDERME ORANLARI
Özellikle kuru koşullarda maruz kalma süresinin kısa olduğu fumigasyon işlemlerinde, fosfin formülasyonlarının eksik ayrışması yaygın olarak tecrübe edilir. Bilimsel çalışmalar, gazdan arındırma hızı ile hava sıcaklığı (Thava) ve bağıl nem (r.h.) arasında güçlü bir ilinti olduğunu ve gazdan arındırma oranlarının uygun şekilde hesaplanmamasının fumigasyon işleminin başarısız olmasına neden olabileceğini göstermektedir. Örneğin, Xianchang (1994), alüminyum fosfür tabletlerin ayrışma sürelerinin 36 ile 204 saat arasında değiştiğini bulmuştur (Şekil 2).

SOĞURMA (EMME)
Fumigasyon sırasında, soğurma (emme), muhafaza içerisindeki gaz konsantrasyonunun tükenmesine neden olur. Gıda mamullerinin emme kapasitesi değişkenlik gösterebileceğinden, yeterli hava geçirmez koşullar altında fumigantın ölümcül konsantrasyonunun olup olmadığını belirlemede ürün soğurması önemli bir faktör olabilir. Örneğin, çeltik, buğdaydan 3.5 kat daha fazla fosfin emicidir [Reddy ve ark., 2007].

ÇÖZÜMLER
Fumigasyon sırasındaki fosfin gazı davranışı, ürün sistemi, hava koşulları, gaz sızdırmazlığı (bkz. önceki bölüm) ve haşere toleransı gibi birçok değişkenden etkilendiği için karmaşıktır [Athanassiou 2016; Mau 2012]. Fumigasyon protokolleri ve kılavuzlarının yardımıyla dahi başarılı bir fumigasyon kolay bir iş değildir. Fosfin fumigasyon işlemleri, yalnızca son teknoloji sensörlerinin kombinasyonu ve yazılım araçlarının da eşlik etmesiyle çözülebilecek zorluklara neden olur.

NORMATİF Fumigasyon
İşlemi planlayan fümigatörler genellikle aşağıdaki seçeneklerin biri üzerinde dozajı belirler:
• Spesifik maruz kalma süresi için hedef konsantrasyonu belirleyen fumigasyon protokolleri (örn. Koresta)
• Spesifik bir dozajı öneren kılavuzlar
• Kişisel tecrübenin bir sonucu olan kullanıcı tanımlı dozaj
Ne yazık ki bu seçeneklerin hiçbiri yukarıda açıklanan karmaşık durumların hiçbirini kapsamamaktadır.

Problemin üstesinden gelmek için, fosfin dozajının doğru miktarını tahmin eden ve başarılı bir şekilde tamamlanma tarihi için kullanıcıyı bilgilendiren yeni algoritmalar geliştirilmiştir. Bu algoritmalar aşağıda belirtildiği üzere birçok parametreyi kapsamaktadır:
• depo geometrisi
• depolanan mamuller (otomatik hesaplanan soğurma ile)
• fumigantın fiziksel formu (peletler, tabletler, vb.)
• fumigantın kimyasal kompozisyonu (Mg3P2, AlP)
• depo mikro iklimi (Thava, r.h.)
• beklenen sızıntı (yok, düşük, yüksek)

Fosfin dozajının hesaplanması
Fumigasyon için 20 feet ebadında bir nakliye konteynırı (Şekil 3) kullanılmaktadır. Konteynırın yaklaşık %90’ı buğday unu çuvallarıyla doludur. Thava=20 oC ve r.h.=%70 iken, konteynırın hava geçirmez olduğu varsayılır. Fumigasyon için Mg3P2 plakaları mevcut iken, 6 günlük maruz kalma süresi için istenen konsantrasyon 300 ppm’dir.

İleri algoritma, 1.8 gr PH3/m3 ağırlığında bir dozaj önerir, bu da 2 Mg3P2 plakanın (2.0 gr PH3/m3) yeterli olduğu anlamına gelmektedir. Bunun yanı sıra konteynırın en uzak yerinde bir fosfin konsantrasyonu grafiği (Şekil 4) üretilir, kullanıcı bu sırada konsantrasyonun 300 ppm eşiğine yükselmesinin neredeyse bir gün süreceği konusunda bilgilendirilir. Bu, fumigasyonnin işlemin başladığı günden itibaren 7. günün sonunda başarılı olacağı anlamına gelmektedir. Bu örnekte, sızdırmazlığı iyi sağlanmış bir konteynır kullandık. Gerçek dünyada, ticari olarak kullanılan ve fumige edilen konteynırların % 60’ı fumigasyon hatalarına yol açarak ciddi oranda sızıntı vermektedir.

Hassas fumigasyon
Fumigasyon işlemleri sırasında, önceden bilinmesi oldukça zor olan ve süreci etkileyen bazı faktörler vardır. Bu parametreler, diğerlerinin yanı sıra depo içerisinde sıcaklık gradyanları veya güçlü rüzgarlar nedeniyle sızıntı artışının neden olduğu hava akışı hareketlerini kapsamaktadır. Bu nedenle, hassas fumigasyon simülasyonlarını gerçekleştirmek üzere yeni bir hesaplama aracı geliştirilmiştir. Yazılım, Hesaba Dayalı Akışkanlar Dinamiği yaklaşımına dayanmaktadır.

Hesaba dayalı akış dinamiği (CFD), sıvı akışlarını içeren problemleri analiz etme amacı taşıyan akışkan mekaniğinin bir koludur. CFD yazılımı, güneş radyasyonun yanı sıra tahıl sıcaklığı ve ortam sıcaklığı arasındaki sıcaklık farklılıklarından kaynaklanan ısı transfer etkilerini değerlendirebilmektedir. Bunun yanı sıra depolanan ürün içerisindeki fosfin hareketini doğru bir şekilde yakalamak için bir ‘gözenekli ortam’ yaklaşımının gelişmiş uygulamasına olanak sağlamaktadır. Ayrıca, % 99.9 haşere ölümü ile alanların 3D görselleştirmesi sağlanarak, haşere ölüm oranı modelleri entegre edilmektedir.

Uygulama örneği
Senaryoyu tahmin etme zorluğu, özellikle hava değişimlerine tabi olan tahıl silolarıdır. Örneğimizde, Şekil 5’te gösterilen çelik tahıl siloları sabit olmayan ve fosfin dağılımını etkileyen hava koşullarına (Şekil 6) maruz bırakılmaktadır. Örneğimizde, buğday tanelerinin yüzeyine yerleştirilen Alüminyum Fosfür battaniyeler kullanılarak bu silolarda buğday fumige edilmektedir. Simülasyonlar (Figure 7) havanın silo duvarlarına yakın olarak aşağıya ve silo merkezinde yukarıya doğru hareket ettiğini göstermektedir. Sonuç olarak, silo sınırlarında daha hızlı fosfin difüzyonu ve merkez bölgede ise bariz gecikmeler oluşmuştur. Örneğimizde, fumigant gazın devridaimi sağlanmazsa fumigasyonun hatalı olacağı görülmektedir.

CFD yaklaşımının temel faydası mamul, depo veya fosfin formülasyonunun her türü üzerinde geniş uygulanabilirliğidir.

FAYDALAR
Kablosuz PH3 sensörlerinin eş zamanlı olarak kullanılması ile yeni tahmini kapasiteler, kullanıcılarına eşi benzeri görülmemiş faydalar sağlayarak fumigasyon işlemi yoluyla fosfin dağılımına dair derin bir bilgi sağlar:
• Mahsul bozulmasının azaltılması ve önlenmesi
• Genel haşere kontrol uygulamasına dair maliyet azaltımı, aşırı iş gücünün yanı sıra, aşırı kimyasallardan kaçınma (örn. doz aşımı, başarısız fumigasyonu tekrarlama ihtiyacı)
• iyileştirilmiş son ürün kalitesi (örn. Un), perakendecilerden gelen kalite taleplerine karşı takip edilebilirlik ve savunulabilirlik
• % 100 güvenli işlem ve operatörün izlenmesi
Fumigasyon işlemine dair ticari bazda yeni teknolojiler ve yeni araçlar var, hatalar ve haşere oluşumu için artık bahaneler olmamalıdır.

Referanslar
1. Athanassiou et al., 2016. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2016.08.017
2. Mau et al., 2012. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034027
3. Reed and Pan, 2000 https://doi.org/10.1016/S0022-474X(99)00049-1
4. Xianchang, 1994. http://spiru.cgahr.ksu.edu/proj/iwcspp/pdf2/6/201.pdf
5. Reddy et al., 2007. http://dx.doi.org/10.1002/ps.1298

Bir önceki yazımız olan Değirmende ‘akıllı tesis’ geleceğinizi kurtarır başlıklı makalemizi de okumanızı öneririz.

Kontrol edin

O kepekte çok fazla nişasta var!

“Kepekte nişasta kalıntı miktarının fazla olması değirmenciler için kârdan feragat etme anlamına geliyor. Bühler, online …