İnceleme: Kaynaktan Musluğa İçme Sularındaki Mikrokirleticiler

0
267

Fotoğraf: Boğaziçi’nde Bilim

1 Giriş

Endüstrileşmeyle birlikte kimyasallar, çevreyi çok ciddi boyutta kirlilikle karşı karşıya bırakmaya başlamıştır. Özellikle “geri kalmış” ve “gelişmekte olan” ülkelerde genellikle atık su arıtma sistemlerinin olmayışı suları, toprağı ve havayı kirletmiş ve kirletmeye de devam etmektedir. Ağır metallerin (antimon, arsenik, baryum, berilyum, bor, cıva) sindirim ve merkezi sinir sistemini çökertici etkisi bilinmektedir. Sularımızı kirleten bir diğer zehir kaynağı olan hormonların doğal sulardaki canlıların vücuduna girerek besin zinciriyle insanlara kadar ulaşabilme yollarından biri de ilaçlardır. Ağrı kesicilerdeki asetaminofen, antimikrobiyal sabunlardaki triklosan, sabah kahvesindeki kafein gibi birçok kimyasal madde ortaya çıkmaktadır. Hayvan besi yerlerinden ve hastanelerden yayılan antibiyotikler, bakterilerin dirençli hale gelmelerine neden olmaktadır. (Ceylan vd, 2010) Antibiyotiklerin yalnızca sularda değil, çamurda da birikimi gözlemlenmektedir. Yüzey ve yeraltı sularının artan bir şekilde kimyasal maddelerle kirlenmesinin sucul yaşam üzerinde tehlikeli sonuçlar doğurabileceği değerlendirildiği takdirde bu sonuçların uzun vadeli olduğu saptanacaktır çünkü Dünya’nın ulaşılabilir ve yenilenebilir taze suyunun (%2,5) üçte birinden fazlası tarımsal, endüstriyel ve evsel amaçlarla kullanılmaktadır.

Sulara karışan diğer bir kirletici,kazara” dökülen veya sızan petrol ve petrol ürünleridir. Bunların dışında, yeraltı sularına tuzlu suların karışması, zehirli kimyasalların (ağır metaller ve metaloidler) insanlar aracılığıyla yer değiştirmesi, zehir ve kötü kokulu bileşiklerin biyolojik üretimi de söz konusudur. Bazı kimyasal maddeler hiç yıkıma uğramayarak (örneğin ağır metaller) ve bazıları da çok yavaş yıkılarak (DDT, lindan ya da poliklorlubifeniller gibi kalıcı organik kirleticiler) su ya da havayla kaynaklarından kilometrelerce uzağa taşınmışlardır. Daha az kalıcı olan, uzun mesafelere taşınmayan ürünlerin ve bunların biyodönüşüm ürünlerinin de sürekli olarak aynı çevrede kalması, bu bileşiklere uzun süre maruz kalınması sorununu oluşturmaktadır. Bu tür bileşiklere örnek olarak hormonlar, ilaçlar ya da nonilfenol gibi yüzey aktif ajanların kalıcı bozunma ürünleri verilebilir. (Bates, 2000)

Mikrokirleticiler, belirli koşullar altında, özellikle insan ve su yaşamına yaptığı toksik ve istenmeyen etkileri ile bir su kaynağının kalite ve değerini düşüren ve yine insan aktivitesi ile çevreye geçen mikro boyuttaki kirletici maddelerdir. Eser kirleticiler, öncelikli kirleticiler, dirençli çözünmeyen kirleticiler ve zehirli kirleticiler gibi değişik isimlerle de tanımlanmaktadırlar. (Worobec, 1986) Suda ve çevresinde doğrudan ve dolaylı etkiler meydana getirerek alıcı ortamın kalitesini düşürebilir, besin zinciri yoluyla canlı organizmaların sağlığını etkileyebilirler. Bu nedenle mikrokirleticilerin zehirlilik, kanserojenlik ve diğer istenmeyen etkileri dikkate alınmalı, giderim yöntemleri bilinmeli ve uygulanmalıdır.

Mikrokirleticilerin içme sularında kontrolünü sağlamak için, hangi yollarla içme suyuna karıştıklarını saptamak önemlidir. Bu sebeple öncelikle içme sularında varlığı bilinen veya suyun arıtımı ve dağıtımı sırasında içme suyuna geçmesi beklenen mikrokirleticiler tanımlanmalıdır. Mikrokirleticilerin insan ve çevre sağlığı için nasıl bir tehlike yaratacağı saptanmalı, bunların içme suyuna karışmasını önlemek veya en aza indirmek için gerekli kontrol ve yönetim mekanizmaları sağlanmalıdır.

2 Mikrokirleticilerin İnsan Sağlığına Ve Çevreye Etkileri

Akut Toksisite

Mikrokirletici kontaminasyonu olmuş suya maruz kalmada meydana gelecek etkiler geçici nitelikteyse bunlar akut etkiler olarak tanımlanır ve genellikle yüksek dozlarda kirleticiye maruz kalma ile gerçekleşir. Akut etkilere örnek olarak mavi kan hastalığı verilebilir. (EPA,1990) Bu hastalık bağırsak sisteminde nitritlerin oluşumunu içerir ve kan hemoglobini üzerine etkili olur. Yapılan çalışmalara göre meydana gelen vakalar, genellikle bölgelere ve mevsim şartlarına bağlı olarak değişiklik göstermektedir.

Uzun Süreli (Kronik) Etkiler

İçme sularıyla vücuda alınan düşük dozdaki bazı kirleticiler, uzun süreli kullanım ve biyolojik birikim sonucu kronik etkilere yol açabilirler. Bu istenmeyen etkiler özellikle, yerleşim yerlerinde sınırlı imkanlardan dolayı sürekli aynı suyun kullanımı ile ortaya çıkmaktadır. Düşük miktarlardaki kurşun (Pb) ve kadmiyuumun (Cd) kronik ters etkileri, örneğin zihinsel gelişme bozuklukları ve böbrek rahatsızlıkları bu türdendir.

Kanserojen Etkiler

Zararın geniş olarak değerlendirilmesi, laboratuvar hayvanlarının beslenmesine dayalı çalışmaları temel alır. 6000 civarında maddenin tümü kanserojenik açıdan bu yolla test edilmiştir. Bilginin ikinci kaynağı gen değişimi (mutajenite) testleridir. Bu testlerde temel alınanlar, kullanılan konsantrasyonlar ve maruz kalma süreleridir. Bilginin son kaynağı ise farklı su karakteristiklerine sahip bölgelerde göre meydana gelen hastalıkları kıyaslamaya yarayan epidemiyolojik çalışmalardır.

3 Mikrokirleticilerin Kaynakları

Minerallerin ve yakıtların yeraltından çıkarılması ve işlenmesi, kimyasal maddelerin endüstriyel olarak üretimi ve bu kimyasal maddelerin endüstriler tarafından kullanımı ve transformasyonu mikrokirleticilerin endüstriyel kaynaklarına birer örnek oluşturur. Mineral madenciliğinden gelen tipik kirleticiler; sülfür madenlerinden gelen sülfürik asit ve toksik metaller, piritik kömürler ve toprak alkalilerden gelen belirli organik kimyasallar ve kaya tuzu rezervlerinden gelen metal sülfatlar ve klorürlerdir. Petrol çıkarımı ve ham petrol işlemesi sırasında meydana gelen aromatik hidrokarbonlar, fenoller ve sülfür içeren bileşikler gibi istenmeyen organik maddelerin deşarjı da alıcı ortam için risk oluşturmaktadır. Bu riskler petrol kuyusu bölgelerinde veya taşıma sırasında kaza ile taşmalar ve dökülmelerle yükselir.

Mikrokirleticilerin büyük bir kısmının kaynağı kimyasal madde üreten endüstriler olup sentetik kimyasallar bir başlangıç noktası olarak alınabilirler. Gübre, birincil plastik, kauçuk gibi ağır kimyasallar, kağıt ve demir içermeyen metaller gibi diğer hacimli materyaller ve özel kimyasalların üretimleri sırasında pek çok mikrokirletici su ortamlarına dolaylı veya direkt olarak taşınmaktadırlar. Endüstriyel faaliyetlerde kullanılan ham maddelerin transformasyonu ve bu maddelerin reaktant olarak kullanımı da mikrokirleticilerin noktasal kaynaklarına örnektir. Proses çıktıları aynı zamanda mikrokirletici kaynağı olan solventler, deterjanlar, boyalar ve toksik metaller gibi kullanılan materyal ve reaktantları içermektedir. Mikrokirleticilerin endüstrilerden sonraki ana kaynağı belediyelerden gelen atıklar olup bunların bir kısmı atık su arıtma tesislerinde arıtılmaktadır.

Biyolojik olarak ayrışmayan organik materyaller ve inorganikler ek bir kirlilik yükü yaratmaktadır. Arıtma tesislerinin kirletici giderme performansı, sadece BOİ (biyokimyasal oksijen ihtiyacı) ve AKM (askıda katı madde) gibi konvansiyonel parametrelerin giderme verimleriyle değerlendirilmemeli; arıtma tesislerinin tasarımı, arıtma sistemlerinde eliminasyonu gerçekleşmeyen birtakım kirleticilerin varlığı dikkate alınarak yapılmalıdır. Evsel atık suyun deşarjıyla birlikte, ticari ve hizmet sektörlerinden gelen atıklar da kanalizasyona verilir. Bu sektörler, karakteristik kirleticiler meydana getirirler. Bu kirleticilere örnek olarak çamaşırhanelerden gelen fosfat, borat ve kompleksler, hastanelerden gelen dezenfektanlar, garajlardan ve servis istasyonlarından gelen emülsifiyanlar, temizleme maddeleri ve petrol ürünleri ve basımhanelerden gelen boyalar verilebilir. Noktasal olmayan kaynaklar, doğrudan kontrol imkanlarının ya az ya da olmadığı durumlardaki su ortamlarına bırakılan kirletici kaynaklarıdır. (Zajıc etal, 1987) Böceklerin, zararlı otların, büyüme hastalıklarının kontrolü için biositlerin kullanılması, kimyasal gübrelerin uygulanması (özellikle azotlu ve fosforlu olanlar) gübreleme, hayvansal gübreler ve zararlı otlarla mücadeleden gelen organik kirlenmeler ve besleyiciler yeraltı veya yüzey suyunda çevre düzenleme ile oluşan doğal nitrattaki artış sebepleri arasındadır.

Evsel atıkları uzaklaştırma alanları dikkatli bir şekilde kontrol edilmediği zaman önemli kirletici tipleri meydana gelebilir. Drenaj suları, organik ve inorganik bileşikleri ve metalleri içerebilir. Özellikle, evsel ve endüstriyel atıkların bir arada bulunduğu atıkların uzaklaştırılmasında sızıntı kontrolünün yapılmaması uzaklaştırma zararlılığını artırmaktadır. Yerleşim yerlerinden, endüstriyel alanlardan, limanlardan ve havaalanlarından genellikle yüksek kirletici yükü taşınır. Tipik bileşenler; araçlardan çıkan Pb, Zn, asbest ve hidrokarbonlar, koroze olmuş metal yapılardan Zn, Cd ve Cu, uçağın antifrizinden gelen glikol ve kar uzaklaştırma faaliyetinden kaynaklanan tuzlardır. Yüksek trafik alanlarında, uzun kuraklıklardan sonra oluşan yağmur fırtınaları ile büyük miktarlarda kirletici kanalizasyona yüklenir. Yüksek hacimdeki bu yağmur suları nehirlere doğrudan bırakılır veya büyük depolardan, tanklardan ve rezervuarlardan taşarak arıtılmamış kirleticilerle su çevrelerine karışırsa mikrokirletici kontaminasyonu açısından önemli problemlere sebep olur.

4 İçme Sularında Mikrokirleticiler

Tablo 1 : Ülkemizde İçme Suyu Arıtma Tesisi Çıkışlarında Yüksek Konsantrasyonlarda Tespit Edilen Mikrokirleticilerin Listesi

İçme suyu arıtımı, dağıtımı ve depolanmasında, çeşitli yollarla meydana gelen pek çok kirletici insan sağlığı ve su kalitesini önemli ölçüde etkilemektedir. İçme suyu kaynaktan alınıp musluğa ulaşana kadar, arıtma tesislerinde gerçekleşen prosesler sırasında kullanılan kimyasallardan dağıtım şebekesi ve depolarda kullanılan yapı malzemelerine kadar pek çok faktör kirleticilerin suya karışmasına neden olmaktadır.

İçme Sularında Mikrokirletici Kaynakları

İçme suyundaki mikrokirletici kaynakları; ham sulardaki mikrokirleticiler, dezenfeksiyon esnasında oluşan mikrokirleticiler ve iletim hatlarında suya karışan mikrokirleticiler olarak üç başlıkta incelenecektir.

4.1 Ham Sularda Mikrokirleticiler

Yerleşim ve endüstriyel alanlardan taşınarak gelen ağır metaller, asbest, deterjan ve hidrokarbonlar, çöpler sebebiyle yer altına sızan kirli sular, yer altı yağ kuyularından ve kontrolsüz kör kuyulardan sızmalar, hava kaynaklı kirleticiler ham sularda mikrokirleticilere rastlanmasının başlıca sebepleridir.

Tablo 2: İçme Suyu Kalite Parametreleri
Ağır Metaller
Antimon
  • Suya karışma yolları: Petrol rafinerilerinden deşarjlar, yangın geciktiriciler, seramikler, elektronik
  • Zararlı etkileri: Kolesterolü artırır, kan şekerini düşürür.
  • Limit değeri: 0,006 mg/L
Arsenik
  • Suya Karışma yolları: Doğal maddelerin erozyonu, bahçelerden akış, cam ve elektronik üretim atıklarından akış
  • Zararlı etkileri: Cilt hasarı veya dolaşım sistemi sorunları, kanser olma riskini artırabilir.
  • Limit değeri: 0 mg/L
Baryum
  • Suya Karışma yolları: Sondaj atıkların deşarjı, metal rafinerilerden deşarj, doğal maddelerin erozyon
  • Zararlı etkileri: Kan basıncında artış
  • Limit değeri: 2 mg/L
Berilyum
  • Suya Karışma yolları: Metal rafinerilerinden ve kömür yakan fabrikalardan deşarj, elektrik, havacılık ve savunma sanayinden deşarj
  • Zararlı etkileri: Bağırsak lezyonları
  • Limit değeri: 0,004 mg/L
Kadmiyum
  • Suya Karışma yolları: Galvanizli boruların korozyonu, doğal maddelerin erozyonu, metal rafinerilerden deşarj, atık pil ve boyalardan gelen akış
  • Zararlı etkileri: Böbrek hasarı
  • Limit değeri: 0,005 mg/L
Krom
  • Suya Karışma yolları: Çelik ve kağıt hamuru fabrikalarından deşarj, doğal maddelerin erozyonu
  • Zararlı etkileri: Alerjik dermatit
  • Limit değeri: 0,1 mg/L
Bazı Zararlı Bileşikler
Karbofuran
  • Suya Karışma yolları: Tarımda kullanılan pestisitlerden taşınma yoluyla sızma
  • Zararlı etkileri: Kan, sinir sistemi, ya da üreme sistemi ile ilgili sorunlar
  • Limit değeri: 0,04 mg/L
Karbon Tetraklorür
  • Suya Karışma yolları: Kimyasal tesisleri ve diğer endüstriyel faaliyetlerden deşarj
  • Zararlı etkileri: Karaciğer sorunları, kanser risk
  • Limit değeri: 0,005 mg/L
Klordan
  • Suya Karışma yolları: Yasak termitisit kalıntısı
  • Zararlı etkileri: Karaciğer ve sinir sistemi sorunları, kanser riski
  • Limit değeri: 0,002 mg/L
Klorlu Fenoller
  • Suya Karışma yolları: Ahşap koruyucu üretimi, tekstil sanayi, kimya endüstrisi, mobilya üretim, kâğıt fabrikaları
  • Zararlı etkileri: karaciğer ve böbrek problemleri, kanserojen etki
  • Limit değeri: 0,005 mg/L

4.2 Su Arıtımında Mikrokirleticiler

Farklı kimyasallarla yapılan fizikokimyasal arıtmaların kullanımında artış vardır. Kireç geleneksel olarak kullanılan en eski kimyasaldır. Fe ve Al tuzları da günümüzde sıklıkla kullanılmaktadır. Dezenfeksiyon/sterilizasyon için klor gibi maddeler arıtma sistemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Bunların kullanımında ticari ve düşük saflıklarda olanları içme suyuna bulaşmanın ana kaynağıdırlar. Kullanılan bu maddelerin içindeki safsızlık %10’undan daha az olmalıdır.

Su arıtımında kullanılan kimyasalların oluşturduğu kirleticiler:

  • Sodyum klorat – Klorat
  • Alüminyum sülfat – Fe, ,Pb, As
  • Demir sülfat – Mn
  • Demir klorür – Mn, As
  • Sodyum hidroksit – Fe, Al
  • Sülfürik asit – Fe, Pb, As
  • Hidroklorik asit – Fe, organoklorlar
  • Aktif karbon – Cu, Zn, Pb, As
  • Sodyum bisülfat – Se, Zn, Pb
  • Klor – CCl4 ve halojenler

4.3 Su Depolama Ve İletim Hatlarında Mikrokirleticiler

Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar

Su şebekelerinde karşılaşılan önemli mikrokirleticilerden biri Polisiklik Aromatik Hidrokarbon (PAH) bileşikleridir. Polisiklik aromatik hidrokarbonlar iki ya da daha fazla benzen halkasına sahip hidrofobik karakterli organik bileşiklerdir. PAH’ların, hidrofobik yapılarından dolayı sudaki çözünürlükleri oldukça azdır. PAH’ların molekül ağırlıkları arttıkça sudaki çözünürlükleri azalmaktadır. Ancak toksik ve kanserojenik özellikleri artmaktadır. EPA tarafından öncelikli kirletici olarak değerlendirilen 16 polisiklik aromatik hidrokarbon bileşiği

  1. Naftalin (Np)
  2. Asenaftelen (Anp)
  3. Asenaften (Ane)
  4. Floren (Flr)
  5. Fenantren (Phe)
  6. Antrasen (An)
  7. Floranten (Flu)
  8. Piren (Py)
  9. Benzo[a]antrasen (BaA)
  10. Krisen (Chr)
  11. Benzo[b]floranten (BbF)
  12. Benzo[k]floranten (BkF)
  13. Benzo[a]piren (BaP)
  14. Dibenzo[a,h]antrasen (DahA)
  15. İndeno[1,2,3-cd]piren(IcdP)
  16. Benzo[g,h,i]perilen (BghiPy)’dir.

Bu maddeler içme sularında ham su kaynaklarında görülüp arıtılsa dahi, suyu dağıtma aşamalarında; su tanklarının ve iletim hatlarının iç kaplamalarından yeniden suya karışabilir. Eski şebekelerde borulardan içeri sızabilir.

Asbest
  • Suya Karışma yolları: Su şebekelerindeki asbest çimentoların çürümesi, doğal maddelerin erozyonu
  • Zararlı etkileri: İyi huylu bağırsak polip geliştirme riski
  • Limit değeri: 7 M fiber /L

5 İçme Sularında Mikrokirleticilerin Kontrolü

Yan Ürün Oluşumunun Engellenmesi

Dezenfeksiyon sonucu oluşan yan ürünlerin oluşumunu kontrol etmek için EPA tarafından üç farklı strateji önerilmektedir.

  • İstenmeyen yan ürünleri oluşturmayacak alternatif dezenfektanları kullanmak

  • Yan ürünlerin oluşumunu minimize etmek için oksidasyon veya klorlama işleminden önce sudaki organiklerin konsantrasyonunu azaltmak

  • Yan ürünleri oluştuktan sonra gidermek

Ham Su İle Gelen Mikrokirleticilerin Arıtımı

İnsan ve canlı yaşamı için büyük tehlike yaratan ve biyolojik olarak bozunamayan mikrokirletici maddelerin giderimi için mevcut ve kurulacak arıtma tesislerinde ileri arıtma uygulanmalıdır. Atık sularda ve yüzeysel sularda mikrokirleticilerin konsantrasyonu µg/L (ppm) gibi çok düşük seviyelerde olmasına rağmen bunların kronik etkileri nedeniyle araştırılmalarına gerek duyulmaktadır.(Anthony, 1981) Mikrokirleticileri sulardan uzaklaştırmak için klasik arıtma yöntemlerinin yetersiz olması sebebiyle ileri arıtma yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Mikrokirleticilerin giderilmesinde kullanılan bazı ileri arıtma yöntemleri şunlardır;

  • Ozonlama: organik mikrokirleticiler

  • Membranfiltrasyon: organik ve inorganik mikrokirleticiler

  • Nanofiltrasyon: dezenfeksiyon yan ürünleri, THM’ler

  • Elektrodiyaliz: ağır metaller

  • Ters ozmoz: pestisitler, sentetik organik kimyasallar

Kaynakça

Anthony, R. M., Breimhurst, L. H., 1981, Determining Maximum InfluentConcentrations of PriorityPollutantsforTreatmentPlants, Journal WFCC, 53, Number 10, Page 1457-1468.

Bates A., 2000. Water as Consumedand Its I mpact on the Consumer- Do WeUnderstandTheVariables? ,FoodandChemicalToxicology, 38, S29S36

Ceylan, H., Tezcan, M., ÇIVRILLI, P., & Ali, M. (2010). Kimyasal Maddeler (Deterjanlar, İlaçlar, Boyalar). Dokuz Eylül Üniversitesi, Buca Eğitim Fakültesi, Fen Bilgisi Öğretmenliği,(Erişim Tarihi: 29.03. 2015).

EPA, 1990. Risk Assessment, Management andCommunication of DrinkingWaterContamination, Office of Researchand Development, Washington, USA

Su Kirliliği ve Kontrolü Yönetmeliği, Suda Tehlikeli Ve Zararlı Maddeler Tebliği, T.C., Resmi Gazete, 12 Mmart 1989, Sayı : 20106

U. S. House Document 92-70, 1971. Control of HazardousPollutingSubstances, A Report on Control of HazardousPollutingSubstancesPursuantToSection 12 (g) ffThe Federal WaterPollution Control Act as Amended, Washington.

Worobec, N. D., 1986. ToxicSubstances Control Primer, TheBureau of NationalAffairs, Inc. Washington, D. C.ISBN 0-87179-517-5

Zajıc, J. E., Himmelman, W. A., 1978. HighlyHazardousMaterialsSpillsandEmergency Planning, ISBN 0-8247-6622-9, New York, U.S. A.

Zararlı Kimyasal Madde Ve Ürünlerinin Kontrolü Yönetmeliği, T. C. Resmi Gazete, 7 Ekim 1993, Sayı: 21634.