Canlılar, hayvanlar ve bitkiler olmak üzere iki ana gruba ayrılırlar. Bununla beraber bu ikisi arasında protista adı verilen üçünü bir canlı grubu vardır. Bu grup atık su tasfiyesiyle ilgili mikroorganizmaların çoğunu içine alır.
Protistalar, yüksek ve alçak seviyeli olmak üzere ikiye ayrılırlar. Yüksek seviyeli olanlar,
Algler
Protozoalar (tek hücreliler)
Mantarlar
Moldlar (küf hayvancıkları)
şeklinde sınıflandırılırlar.
Alçak seviyeli olanlar ise;
Mavi-yeşil algler
Bakteriler
olarak iki grupta toplanmıştır.
Sonuç itibarı ile protistalar tek veya çok hücreli olabilirler. Ancak çok hücreli olduklarında aynı dokudan yapılmışlardır.
Algler bitki grubuna dahil edilirler. Fotosentez yapma özelliğini sağlayan yeşil, sarı, turuncu, mavi,kırmızı veya kahverengi pigmentleri (=boya maddeleri) bulunur. Böylece algler, klorofilleri sayesinde güneş ışığının enerjisini kullanabilirler.
2.1.2 Alglerin Çeşitleri
Algler genellikle hareket etmezler. Büyüklükleri 5-100μm arasında bulunur. Genel olarak algler, halk sağlığı yönünden zararlı değildirler. Fakat bazı mavi-yeşil (cyano) alg türleri endo- veya exo- toksin (egzotoksin) üretirler. Kafi derecede vücuda alınırlarsa sağlık açısından zararlı olabilirler. Algler güneş ışınlarından faydalanarak karbondioksitten hücre maddelerini teşkil ederler. Açığa çıkan oksijen alglerin bol miktarda yaşadıkları sularda çözünmüş oksijen konsantrasyonlarının artmasına neden olurlar. Normal fotosentez yapan birçok alg karanlıkta yaşamaya devam eder. Fotosentez ve solunum olayı birbirini takiben ortama hakim olur.
Alglerin 15 000’den fazla türü vardır. Fakat su kirlenmesine sebep olanları dört grupta inceleyebiliriz. Bu gruplar pigmentlerinin rengine göre ayrılmışlardır.
Mavi-yeşil algler (cyanobakterial dominance)
Pigmentli flagellatlar (pigmenteal flagellates)
Yeşil algler
Diatomalar
olarak sınıflandırılmıştır.
2.1.2.1 Mavi-yeşil Algler
Tatlı su sistemlerinin, besi maddeleri (nütrient) ile zenginleşmesi sonucu meydana gelen ötrofikasyon olayı bu algler tarafından gerçekleşir. Yani mavi-yeşil algler foto ototroftur. Karanlıkta yaşayamazlar. Fakat bazıları azot ihtiyaçlarını atmosfer azotundan sağlayabilirler. Bu nedenle dünyanın her yerinde, toprakta, suda, denizlerde görmek mümkündür. Arıtma sistemlerinde bakterilere yardımcı olurlar. İkilenme süreleri 3-4 saattir. Fotosentez sonucu açığa çıkan oksijen, aynı ortamda büyüyen aerobik bakteriler tarafından karbonlu bileşiklerin oksitlenip karbondioksite dönüşmesinde kullanılır. Bu nedenle algler bakterilerle ir ilişki içersinde oksidasyon havuzlarında atık su arıtmada kullanılır. Ayrıca atık sulardan ağır metal giderilmesinde de kullanılabilir. Pigmentleri hücre sıvısına karışmış durumdadır. Sularda kötü kokulara, tada ve görüntü kirliliğine sebep olurlar. Mavi-yeşil alglerin üç türü egzotoksin üretirler. Bu türler Anabaenopsis, Microcystis ve Aphaniizomenon adını alırlar. Alg patlaması sırasında meydana gelen ekzotoksin konsantrasyonu memelilerde, kuşlarda, balıklarda kafi dozlarda alındığı zaman hastalık yada ölümlere sebep olurlar. Rekreasyon yerlerinde yüzme sırasında ve içildiği zaman insanda deri tahrişlerine ve barsak enfeksiyonlarına yol açarlar. Endotoksinler ise, heterotrofik gram negatif bakterilerin ve mavi-yeşil alglerin hücre zarlarının normal bir bileşimi olup (immunuo suppresed) hastalarda toksimia ve shock’a yol açarlar.
2.1.2.2 Pigmentli Flagellatlar
Bunların çekirdeği, kloroplastları flagellaları (kamçı) ve göz şeklinde bir benekleri bulunur. Bu grubun içinde yeşil renkli hareketli formlara rastlanır.
2.1.2.3 Hareketsiz Yeşil Algler
Bunlar tek yada çok hücreli olabilen organizmalardır. Tek hücreliler genel olarak küçüktür. Çok hücreliler yüzen büyük kitleler teşkil edebilirler. Bu tür en çok aerobik ve fakültatif stabilizasyon havuzlarında görülür.
2.1.2.4 Diatomalar
Renkleri altın sarısına kaçan kahverengidir. Hareketlidirler. Yapısında silisyum dioksit bulunur. Bazen saça benzeyen flamentlerden koloniler teşkil ederler.
Algler filtre yüzeyine yeşilimsi ve kahverengimsi bir renk verirler. Havalandırma havuzlarındaki kanallar boyunca ve savaklar üzerinde de algleri görmek mümkündür. Oksidasyon havuzlarında önemli rol oynarlar. Alg türlerinin arıtma sistemlerindeki hakimiyeti besi maddeleri cinsi ve konsantrasyonuna bağlı olmakla birlikte, euglena ve chlorella gibi phytoflagellalar genelde en çok rastlanan alglerdir. Besi maddelerinin seviyesi düşük olduğu zaman genelde yeşil algler sisteme hakimdir. Shirogya, vaucheria ve ulothrix bu yeşil alglerin en önde gelenidir. Phacus, euglena, chlamydomonas, navicula, oscillatoria, vlothrix damlatmalı filtreler ve oksidasyon havuzlarında görülen alglere örnektir.
Tablo 2.1 Alglerin dört ayrı büyük grubunun karşılaştırılması
Alg Grubu
Karakteristik Mavi-yeşil Yeşil veya kahverengi Yeşil alg Diatoma
Renk Mavi-yeşil Yeşil veya kahverengi yeşil Kahverengi(açık yeşil)
Pigmentin yeri Hücrenin bütününde Plastidlerde Plastidlerde Plastidlerde
Nişasta yok Var veya yok var Yok
Sümüksü örtü Mevcut Ekseriya yok Ekseriya yok Ekseriya yok
Çekirdek Yok Var Var Var
Flagellum Yok Var Yok Yok
Hücre duvarı Sümüksü örtüden ayrılamaz. Çok ince veya yok. Yarı-rijit Çok rijit
“Göz”(benek) Yok Var Yok Yok
2.2 ÖTROFİKASYON
Göl ve haznelerin, su hayatını besleyecek azot ve fosfor gibi elementlerle zenginleşerek kalitesinin bozulmasına ötrofikasyon denir. Besi elementlerinin fazla oluşu dengeyi bozar ve zooplankton tarafından tüketilmesi kolay olmayan mavi-yeşil alglerin birden bire fazla miktarda üremesine yol açar. Dolayısıyla mavi-yeşil alglerin ortamda görülmesi ötrofikasyonun belirtisidir.
Ötrofikasyon sebebi ile sular bulanık bir hal alır. Suda yüzen alg kitleleri rüzgarla sahile vurur. Çürüyerek kötü kokular çıkmasına sebep olurlar. Çürüyen algler aynı zamanda çökelerek çözünmüş oksijenin azalmasına yol açarlar.
Alg üremesi ve anaerobik ayrışma olayı dolayısıyla meydana gelen tat ve koku, içme suyu tasfiyesini zorlaştırır. Ayrıca alg büyümesi hızlı kum filtrelerin tıkanmasına veya geri yıkama periyodunun azalmasına sebep olurlar.
Suları bulanık haznelerdeyse durum daha farklıdır. Küçük haznelerde sular kolaylıkla bulanık hale gelebileceğinden suya ışık nüfuz edemez. Bu sebeple bitkisel üretim ve alg yetişmesi daha az olur. Besi maddesi bol miktarda mevcut olsa bile, güneş ışığının eksikliği nedeniyle fotosentez yetersiz olur. Fakat bu halde de aşırı bulanıklığın içme suyu temini için mahzurlu olduğunu belirtmek gerekir.
Çözünmüş oksijen konsantrasyonlarının azalması, mikrobiyal aktivitenin fazlalaşması, yüksek bulanıklık ve renk ile ilerde THM (trihalometan)’a, dönüşecek olan maddeler, ötrofikasyonla ilgili su kalite parametreleri arasında sayılabilir. Bunlar, su tasfiyesini olumsuz etkilemekte, tat ve koku problemleri ile filtrelerin tıkanmasına yol açmaktadır. Ötofikasyonun en önemli işareti alglerin belirmeye başlamasıdır. Alg su ortamında her yerde bulunan bir organizmadır. Tatlı, acı ve tuzlu bütün sularda bulunur. Kayalara yapışık (bentik) olarak bulunabileceği gibi suda asılı (hareketli) halde de bulunabilir. İçme suyu kaynaklarında en çok bulunan alg çeşidi mavi-yeşil alg türleridir. Kışın gündüz müddetinin azlığı ve düşük sıcaklık, fotosentez faaliyetini azaltır. Suda bulunan besi elementleri az kullanılır, dolayısıyla bunların miktarı fazlalaşır. Günler uzar ve sıcaklık artarsa, fotosentez hızı artarak alg patlaması olur. Yani, algler çiçek açar. Artan mikrobiyolojik faaliyet ortamda besi elementleri tükeninceye kadar devam eder. Bundan sonra alg miktarında azalma olur. Yaz mevsiminde birbirin takip eden bir dizi alg patlamaları olabilir.
2.2.1 Ötrofikasyonda Alg Kontrolü
Araştırıcıların çoğu, bir göl, gittikçe daha ötrofik hale gelirken gelişmeyi sınırlandıran esas faktörün fosfor olduğuna inanmaktır. Mavi-yeşil alglerin atmosfer azotunu tespit edebilmesi de bu kanaati doğrulamaktadır. Bundan dolayı göle giren azot miktarını sınırlandırarak besin kaynaklarının kontrolü şüpheli bir işlemdir. Bugünkü durumda göllerde bitki üremesinin kontrolü için fosfor girişinin azaltılması üzerinde durulmaktadır.
Ötrofikasyonun kontrolü için esas metot, besi elementlerinin girişini kontrol etmek ise de, bazı geçici usuller de tatbik edilebilir. Bunlardan biri, alttaki soğuk suyu yüzeye pompalayarak tabakalaşmayı kırmak ve suni bir karışım hasıl etmektedir. Bu durum, esas tat ve kokuya sebep olan mavi-yeşil alglerin yerini, daha az zararlı olan yeşil alglerin almasına imkan verir.
Mikro eleklerle suyu süzerek alg gidermek çok pahalıdır ve pratik bir işlem değildir. İçme suyu maksadıyla kullanılan göl ve haznelerde, bakır sülfat vasıtasıyla alg kontrolü genel olarak tatbik edilen bir yoldur. Fakat bu kimyasal madde bazı bakımlardan ötrofikasyon kontrolünde yetersiz kalmaktadır. Ayrıcada pahalı ve vakit alıcı bir iştir. Su otlarını öldürmek için daha başka herbisidler, yani bitki öldürücü ilaçlar da vardır.
2.3 SULARDA TAT VE KOKU
Tat ve koku problemi hem yer altı hem de yüzeysel sularda, su temininde karşımıza çıkar. Ancak tabii ki yüzeysel sularda gerek tabii olarak gerekse insanlar tarafından verilen organik atıklarla daha fazla kirlenmeye maruz kaldığından, daha fazla tat ve koku problemiyle karşılaşırız.
Koku eşiği olarak bilinen Threshold koku seviyesinin üst sınırı 3-5 arasındadır. Bazen bu değerlerde dahi tüketici itirazları gelebilmektedir.
İçme suyu kalitesinin estetik bileşenlerinin içinde tat ve koku, bulanıklık, renk, mineralizasyon ve sertlik bulunur.
Sularda tat ve koku problemi genelde beraber bulunur. Tat problemi tuzlardan yani toplam çözünmüş katı madde miktarının yüksek olmasından meydana geldiği gibi demir, bakır, manganez, çinko gibi metallerin bulunmasından da kaynaklanır. Bunların dışlarında evsel atık suların su kaynağına karışması, sanayi atık sularının bilhassa fenol, yağ ve benzeri kimyevi maddelerin karışması, hidrojen sülfür ve metan gibi suda çözünmüş gazlar, yabani ot ve böcek mücadelesinde kullanılan zirai mücadele ilaçları da sebep olabilir. Fakat tat ve koku probleminin en büyük nedeni organizmalar, filamentli bakterilerin actinomycetleri ile mavi-yeşil alglerdir. Ayrıca çürüyen bitkilerden ve mikrobiota metbolitlerinden kaynaklanır.
Yapılan araştırmalar içme suyunda koku ve tat problemine neden olan birinci sebep algler, ikinci sebep ise bitki örtüsünün çürüyüp ayrışması olduğunu göstermiştir.
Alglerin sebep olduğu kokular çürük, septik ve klinik türünde olabileceği gibi, çayır kokusu, küf kokusu, sarımsak kokusu ve balıksı kokular da algler tarafından çıkarılabilir. Çürümüş alglerin suya verdiği tadın tatlı ve acı olduğu da tespit edilmiştir.
2.3.1 Tat Ve Koku Probleminde Temel Kriterler
Günümüzde emin ve estetik bakımından kaliteli bir içme suyunun temini, ulaşılması istenen
en önemli kriterler arasındadır. Tüketiciler de daha hassas, tatminsiz ve şikayetçi bir duruma gelmişlerdir. İçme sularının tat ve damak zevklerine uymayan bir özellik aldığını hissetmeleriyle birlikte hoşnutsuzluklarını ifade etmeye başlamaktadırlar.
Genel olarak tat ve koku problemi ya tabii yada suni, yani insan yapısı olan kaynaklara dayanır. Tabi olanlar mikroorganizmalardan, bilhassa alg ve bakterilerden ileri gelir. Alg büyümesi en büyük problemdir. Alg büyümesi sebebi ile estetik görünüş bozulur, koku ve tat problemleri meydana gelir. Mavi-yeşil algler gibi bazı yosunlar sebebiyle zehirli madde konsantrasyonları artar. Bakteriler birçok kimyasal bileşik üretir ve sulardaki topraksı kokunun nedenidir. Su kirlenmesi bakımından problem olan alg türleri mavi-yeşil alglerdir, yani cyanobacter de denilen canlılardır. Bu alglerin ürettiği iki kimyasal madde çevre kirlenmesi bakımından bilhassa önemlidir. Sulara tat ve koku veren bu iki madde,
• geosmin (GEO)
• 2-metil isoberneol (MIB) adlarıyla anılırlar.
İnsan yapısı koku ve tat ise, içme suyu arıtma tesislerinde kullanılan kimyasal maddelerden, su boruları ve haznelerin kaplamalarından (korozyona karşı kullanılan malzemelerden sızan kimyasallardan) oluşur. Bu maddelerin suda çözünürlüğü önemli bir rol oynar. Bunlar çok küçük konsantrasyonlarda bile suya çok kötü tat ve koku verirler.
Tablo 2.2 İçme suyunda bulunan tat ve koku maddelerinin karakteristikleri (Jagt, 1999)
Tipi Örnek Koku eşiği mg/l Kaynak
Topraksı (earthy) Geosmin 15*10-6 Awwa, 1987
Küf (musty) 2,4,6,-trichloranisole 3*10-8 Grififths, 1974
Küf (moldy) Chlordane 2*10-4 Awwa, 1987
Klorlu Hipoklorit asi 0,32 Awwa, 1987
Kimyasal madde Etilasetat 4,3 Awwa, 1987
Fenolik 2,4 diklorofenol 2*10-3 Faust, 1983
Gaz kromatografisi (GC) ve kütle spektrometresi (MS) prensiplerine dayanan kantitatif ölçme
metotları geliştirilinceye kadar bu maddelerin tayin ve teşhisleri panelistlerin koku ve tat duyularına dayanarak yapılacaktır. Çünkü MIB ve GEO tayin metotları henüz standardize edilmiş değildir. Oraganolleptik test de denilen ve insanın koku ve tat duygusuna dayanan bu test bugün için hem ucuz, hem de pratik olup arıtma tesisi operatörleri tarafından başvurulabilecek yegane metodu teşkil etmektedir. Bununla beraber subjektif olup şahıslara göre değişebilir.
2.3.2 Tat Ve Koku Testleri:
Tat ve koku tecrübeli kimseler tarafından duyu organlarına istinaden ifade edilmiştir. Bu kimselerin teşkil ettiği gruba panel adı verilir. Hala da tat ve kokunun ancak bu şekilde kalitatif olarak belirtilebileceği düşünülmektedir. Genel olarak bu testler de içme suyu sıcaklığı 25 °C sıcaklıkta yapılmaktadır. Bu hususta iki yaklaşım mevcuttur. Birinde numune istatistik bakımından güvenli neticeler elde etmek için yedi kısma ayrılır ve her bir kısım kokusuz ve tatsız bir su ile değişik oranlarda seyreltilir. Böylece hangi seyrelme oranında kokunun kaybolduğu, özel olarak yetiştirilmiş bir panelist insan grubunun tayinine bırakılır. İkinci metotta ise panel üç çeşit sudan birini tespit eder. Bunlardan ikisi referans numunesi, üçüncüsü ise test edilecek sudur. Panelistler normal insanlardan daha hassas duyu organlarına sahip olmamalıdırlar. Testin yapılış şekli ile ilgili bir eğitimden geçirildikten sonra göreve başlarlar. Çok sayıda numune kısmı ile çalışıldığından istatistik bir değerlendirme ile hata miktarı azaltılır ve güven derecesi arttırılır.
Netice seyrelmeyi gösteren bir sayı ile ifade edilir. Buna tat ve koku eşiği sayısı adı verilir. Bu sayı, koku eşiği numarası ve tat eşiği numarası adlarıyla anılır. Koku eşik sayısı üçten büyük olan numunelerin tat eşiği sayısı aletle ölçülür.
2.3.3 İçme Suyuyla İlgili Tat Ve Koku Problemleri
İçme suyunda toprak/küf (eartby/musty) kokusunun gözlenmesi bütün dünyada bir problem haline gelmiştir. Bu tür koku, içme suyunda, mavi-yeşil algler (cyanobacteria) ve actinomyceteler tarafından üretilen iki kimyasal maddenin eseridir. Bu maddeler 2-methy isoorneol (2-MIB) ve geosmin (GEO) adlarıyla anılırlar. Bunlara metabolit de denilebilir. Streptomycetelerin 12 soyunun 2-MIB ve GEO ürettiği Tsuchiya ve Matsumota (1999) tarafından gösterilmiştir. Bu araştırıcılara göre, genel olarak mavi yeşil algler ya 2-MIB yahut GEO üretirler. Halbuki actinomyceteler her iki bileşiği de hasıl ederler. Bir soğutma kulesinin suyundan izole edilmiş Oscillatoria f.granulatanın aynı anda MIB ve GEO ürettiği son araştırmaların neticesinde ortaya çıkmıştır (Tsuchiya ve Matsumota,1999).
2.3.4 İki Binli Yıllarda İçme Suyunda Koku Ve Tat Çemberi
Son 15 yıl içinde geliştirilen tat ve koku çemberi içine,sekiz sınıf koku, dört sınıf tat ve bir sınıf ağız ve burun yoluyla algılanan koku ve ta yazılmıştır.
10 yıl içinde, dezenfektan maddelerin klor-ozon kokusu ile geosmin in toprak kokusu ve 2-methylisoborneol (2-MIB) bileşiğinin küf kokusuna ilaveten diğer yeni koku tipleri ortaya çıkmıştır. Bu tat ve kokuları tanıyabilmek için gaz kromotografisi (GC) ve kütle spektrometresi (MS) tekniklerine dayanan aletli ölçme metotları yanında bir panelist grubun duyu organları ile koku ve tadı teşhis ettikleri koku-tat profili analizi (flavor profile analysi (FPA) de uygulanmaktadır.
İki grup kimyasal madde için kokuların algılanması çok iyi anlaşılmıştır. Bunlar klorlozon ve toprak/küf kokularıdır. Bunların en tanınmış olanları GEO ve 2-MIB’dir. Son 10 yıl içinde koku ölçümlerinde GC, MS gibi yeni tekniklerin kullanılması sonucu başka kokular da tanınır hale gelmiştir.
Kokuya sebep olan bir maddenin kimyasal olarak teşhisi çok önemlidir. Mesela bir alg yosunu gelişirken salatalık kokusundan balık kokusuna kadar değişen kokular çıkarır. Tat ve koku çemberi, spesifik tat ve koku problemleri ile bunların sebepleri arasındaki ilişkileri düzenler.
Şekil 2.? 1992-1997 yılları arasında içme suları ile ilgili olarak rapor edilmiş 72 vakanın yüzdelerinin kaydedildiği koku ve tat çemberi (Bruchet, 1999)
2.3.5 Koku Ve Tat Profili Analizinin Temelleri
Toprak/küf koku grubuna giren kokular, GEO 2-MIB ve 2,4,6,-trichloroanisole (TCA) gibi birbirinden farklı kimyasal maddeler tarafından meydana getirilebilir. Bunların arasındaki fark, sadece, koku ile kimyasal madde arasında doğrudan ilişki kurarak tespit edilebilir. Mesela distile suda, ıslak çamur kokusu, şeker pancarı ve nehir tabanının kokusu olarak tanımlanır. 2-MIB kokusu ise, küf, kafuru ve bodrum kokusu şeklinde açıklanabilir. Salatalık kokusunun trans,cis-2,6 nonadianal bileşiğnin kokusu olduğu tespit edilmiştir. Koku şiddeti ile buna sebep olan kimyasal madde konsantrasyonu arasında iki model geçerlidir.
• I= koku şiddeti =m* log (konsantrasyon) + b (2.1)
(weber- fechner modeli)
• I= koku şiddeti =k *(konsantrasyon) n (2.2)
(stewens, kuvvet kanunu modeli)
2.3.6 Bazı Tat Ve Kokuların Sebebi Olan Bileşikler
2.3.6.1 Toprak ve küf kokusu (earthy/musty/moldy)
GEO, 2-MIB ve TCA bu grupta kokuya sebep olan kimyasal bileşiklerdir. Bileşiklerin koku eşik konsantrasyonu < 10 ng/l olarak verilmektedir. GEO toprak kokusuna sebep olur. 2-MIB bileşiği ise hem actinomyceteler, hem de algler tarafından üretilen ve sularda küf kokusuna sebep olan mikrobial metabolitlerdendir. 2,4,6-TCA bileşiği 20 - 80 pg/l değerinde bir koku eşik konsantrasyonuna (=OTC) sahiptir.
2.3.6.2 Klor ve ozon kokusu
Hipoklorit asidi ve hipoklorit iyonları aynı koku tarifine sahiplerdir. Bu asit için pH<6 ve OTC=0,28 mg/l’dir. Hipoklorit iyonu için pH>9 olup koku eşik konsantrasyonu OTC=0,36 mg/l değerine yükselir. Karakteristik koku yüzme havuzu kokusudur. Son çalışmalar, yüksek çözünmüş katı madde konsantrasyonlarının OTC üzerine etkide bulunduğunu göstermektedir. Keza bu araştırmalarda, suda serbest veya kombine klor bakiyesi mevcut olmadığı zamanlar bile, klora benzer şiddetli kokuların rastlanabileceği anlaşılmıştır. Bu tür kokuların sebebi henüz bilinmemektedir.
2.3.6.3 Hoş kokular (sebze/meyve/çiçek kokuları)
İçme suyu tesislerinde son zamanlarda bu tip kokulara rastlanmaktadır. Mesela Paris yakınlarındaki Morsan içme suyu tesisinde,C-7’den daha yüksek molekül ağırlıklı aldehitlerin (heptanal) ile, ozonlama sırasında çıkan meyve kokuları arasında yüksek bir korelasyon seviyesi bulunmuştur. Trans,cis-2,6-nonadienal isimli mikrobial bir metabolit de sularda salatalık kokusuna sebep olan yeni bir vaka olarak tat ve koku çemberinin son şekline ilave edilmiştir.
2.3.6.4 Tıbbi kokular (hastane kokuları)
Bromofenoller, tıpkı klorofenoller gibi aynı koku tarifine ve OTC değerine sahiptirler. Iodoform da bunlar arasında olup hastanelerin fenolik kokusunun sebebidir. Bromofenollerin varlığı da klorofenoller gibi pH’nın bir fonksiyonudur. Haznelerin kaplamalarından sızan fenoller, bromür iyonlarının mevcut olması halinde su şebekelerinde bromla birleşirse, bromofenol bileşiklerini meydana getirir.
En yüksek tat şiddeti, klor/fenol oranının 2:1 olması halinde ortaya çıkar. Kokulu klorofenollerin varlığı da yüksek derecede pH’a bağlıdır.
Suda mevcut tabii humic asid, haloform reaksiyonu ile sağlığa zararlı olan bromlanmış ve iyotlanmış haloformları meydana getirmek üzere reaksiyon yapar. 0,3 ile 10 μg/l konsantrasyonları arasında iyotlanmış haloformların varlığı, içme suyunda hastane tat ve kokusuna sebep olmaktadır.
Son araştırmalar azı deniz alglerinin basit bromofenolleri ve çok sayıda diğer bromlanmış bileşikleri ihtiva ettiğini göstermiştir. Bu algler ile beslenen balıkların etlerinde bu sebeple iod ve iodoform kokusu oluşmaktadır. Bu yeşil deniz alglerinin fenollerinin, 4-hydroxybenzoic asidi ve 4- hydroxybenzyl alkollerini bromofenollere dönüştüren bir enzime sahip oldukları anlaşılmıştır. Diğer taraftan deniz alglerinin bromoform (CH3Br) gibi uçucu halokarbonları ürettiği bilinmektedir. Bu maddeler, endüstri emisyonlarıyla izah edilebilecek seviyelerin çok üstünde olduğundan, son yıllarda ayrı bir ilgi alanı oluşturmuştur.
2.3.6.5 Çayır/saman/ağaç kokusu
Bu hususta son zamanlarda iki bileşiğin mevcut olduğu anlaşılmıştır. Bunlar cis-3-hexen-2ol ve cis-3-hexenyl acetat adlarıyla tanınmaktadır. Bu kimyasal maddeler, taze çimenin bir günden az bir süre ile suya karıştığı zaman ortaya çıkardığı kokunun sebebidir. Cis-3-hexen-1-ol maddesinin bir yeşil alg türü tarafından meydana geldiği bir başa çalışmada bildirilmiştir.
Bu gruptan yeni bir bileşiğin saman ve ahşap kokusuna sahip olduğu tespit edilmiştir. Β-cycloritral isimli bu bileşik bir alg patlaması sırasında bir gölde ve buradan alınan tasfiye edilmiş suda görülmüştür. Yüksek konsantrasyonlarda bu maddenin tütüne benzer bir kokuya sahip olduğu bildirilmiştir.
2.3.6.6 Bayat balık kokusu
İçme suyunun ozonlanması sırasında bodrum ve kilerlerin ağır, kokuşmuş havasını andıran kokusuyla sabun kokusuna benzer kokular algılanmıştır. Balık kokusu öteden beri alg kültürlerinde hissedilen ve birçok araştırmacı tarafından rapor edilen bir kokudur. Bir alg türünün ürettiği metabolit olan trans-2,4,-heptadienal maddesinin balık kokusuna sebep olduğu tespit edilmiştir. Suda çürüyen çimenin de bazı hallerde bu kokuyu verdiği bildirilmiştir.
2.3.6.7 Bataklık kokusu/septik kokular/kükürt kokusu
Çürüyen bitkiler ve alg yosunlarının ölü kalıntıları ve yan ürünleri bakteriyal ayrışma sonucunda bu pis kokular oluşur. Bu kötü kokular dimetilsülfür ve dimetiltrisülfür kokusu olup ekseriya besi maddesi ihtiva eden havasız yeraltı suları ve hipertrofik su sistemlerinin hipolimnion tabakasında anaerobik şartlarında oluşmaktadır. Bunlar çürüyen bitkiler ve bozulan gıda maddelerinden de çıkabilir. Kötü kokulu olan bu bileşiklerin aerobik şartlarda da meydana gelebileceği anlaşılmıştır. Son olarak rapor edilen bir olayda içme suyu alınan bir gölden çıkan pis kokuların dimetiloligosülfür kokusu olduğu tespit edilmiştir ve yapılan incelemeler sonunda bunun peridinium gatunense türü bir alg tarafından üretildiği sonucuna varılmıştır. Gerçekten bu pis kokular alg patlaması ile üst üste düşmekte ve ölü alg hücrelerinin parçalaması sonunda açığa çıkan maddelerin oksijeni bol sularda bakteriler tarafından ayrıştırılmasından meydana gelmektedir.
2.3.7 Tat Ve Koku Olaylarının Sınıflandırılmasına Genel Bir Bakış
Mallevialle ve Suffet (1987), ham ve arıtılmış içme suları için bir tat ve koku çemberi teklif etmişlerdir. Tat bölgesinde dört temel tat yer alır. Bunlar, ekşi/asidik, tatlı, tuzlu ve acı olarak isimlendirilmiştir. Bunlara ek olarak beşinci bir kategori, ağız ve burun yoluyla algılanan tatlardır. Böylece tat ve koku çemberinin üst kısmındaki tatlar için bu beş bölge tahsis edilmiştir.
Tat ve koku çemberinin geri kalan kısmı kokulara ait olup sekiz parçaya ayrılmıştır. Bu sekiz grup saat akrebi yönünde yer almak üzere şu şekilde sıralanmıştır:
a. Toprak-küf kokusu
b. Klor-ozon kokusu
c. Çayır-saman-sap-ağaç kokusu
d. Bataklık-septik-kükürt kokusu
e. Sebze-meyve-çiçek kokusu
f. Balık kokusu
g. Hastane ve fenol kokusu
h. Kimyasal madde ve hidrokarbon kokusu
2.3.8 Geosmin (GEO) Üreten Algler Ve Etkileri
İçme suyu kaynağı olarak kullanılan yüzeysel sularda topraksı kokulara sebep olan kimyasal bileşik literatürde geosmin adıyla bilinmektedir. Bu bileşiğin kimyasal formülü trans-1,10-dimethyl-tran-9-decalol) şeklindedir. Birkaç plankton siyanobakter, yani mavi-yeşil alg türü geosmin maddesini üretir. Çok karşılaşılan anabaena türü de bunlar arasındadır. GEO, bir içme suyu kaynağına girerse, su tasfiyesi sırasında bunun giderilmesi, çok pahalı ve bazen de etkisiz su arıtma metotlarının kullanılmasını gerektirir. Glaze ve diğerleri (1990), serbest klor (Cl2), klor dioksit (ClO2), monokloramin (NH2Cl), potasyum permanganat (KmnO4) ve hidrojen peroksit (H2O2) gibi oksitleyici maddelerin tamamını GEO’nin giderilmesinde etkisiz kaldığını göstermiştir.
Ozon, sudaki bu topraksı tat ve kokuyu gidermekte etkilidir. Fakat bu sırada toprak ve çamur kokusunun yerini meyvemsi tatlı bir koku almaktadır. Ozonun hidrojen peroksitle kombinezonu olan ve PEROXONE adıyla bilinen bir prosesin tek başına ozon tatbikinden daha etkili olduğu ifade edilmiştir. Taneli aktif karbonun sudaki topraksı kokuyu giderdiği, fakat girişte GEO konsantrasyonu 140 mg/l’i geçtiği zaman, tasfiye tesisi çıkış suyuna bu kokunun hissedildiği gözlemlenmiştir.
Çok şiddetli koku problemlerinin olduğu vakalarda taneli aktif karbon ve ozon uygulamasının da bir üst sınırı olduğunu göstermektedir. Maalesef, gidermede etkili olan bu iki metot, aynı zamanda pahalı bir arıtma yöntemidir. İçme suyunda toprak kokusunu gidermek için etkili alternatif bir metot, GEO varlığının ve suya karışmasını önlemek için gerekli tedbirlerin alındığı bir hazne yönteminin uygulanmasıdır. Halen topraksı kokuyu en iyi kontrol metodu, hazneye bakır sülfat ilavesidir. Bakır sülfat, GEO üreten mavi-yeşil algleri etkili bir şekilde öldürmekte ve kötü kokulu alg patlamalarını bertaraf etmektedir.
2.3.8.1 Geosmin ve etkileri
Belirtildiği üzere, GEO, bazı mavi-yeşil algler tarafından üretilen ve sularda istenmeyen bir kokuya sebep olan bir kimyasal maddedir. Bu bileşiğin istenmeyen pis kokusu yanında, su kirlenmesine de sebep olan başka kötü etkileri de vardır. Su ortamına bu madde, başka alg türlerinin gelişmesini hızlandırıp su kalitesini düşürmektedir.
Gelişmesi hızlandırılan algler arasında, yeşil bir alg türü olan selenastrum da vardır. GEO’nin ya büyümeyi kamçıladığını, yahut büyümeyi engelleyen parazitik bakterilerin veya mantarların sayısını azaltan bir antibiyotik rolü oynadığı bilinmektedir.
Birçok alg türlerinin, diğerlerinin gelişmesini önleyen maddeler salgıladıkları, bir kısmının ise tersine biyolojik hayatının gelişmesinin hızlandırdığı bilinmektedir. Mesela, inhibüsyon halinde alg, ortama salgıladığı madde ile gelişmeyi hızlandıran canlıların üremesini önlemekte, inhibüsyon maddelerini salgılayan alglerin gelişmesini ise hızlandırmaktadır. Glycolic asid, bütün alglerin ürettiği ortak bir madde olup, algin gelişmesndeki gecikme fazını ortadan kaldırarak chlorella isimli bir alg türünün üremesini hızlandırmaktadır. (Nalewajko ve diğerleri 1963) Birkaç araştırmada ise, alglerin antibakteriyel maddeler salgıladığı ve algin tabii düşmanı olan canlıların gelişmesini önlediği anlaşılmıştır.
Mavi-yeşil alg patlamaları sırasında GEO’in topraksı kokusu genellikle hissedilir. İçme suyu temininde ciddi problemlere yol açar.
Araştırıcılar bakır sülfat ile alg mücadelesinin yapıldığı bir haznede GEO konsantrasyonunun değişimini incelemişler. Bu çalışma, GEO üreten çok tanınmış bir mavi-yeşil alg türü olan anabaena circinalis hakkında daha fazla bilgi edinmek, GEO ve klorofil-a’nın haznedeki dağılımını tespit etmek amacı işe yapılmıştır. Klorofil-a fotosentetik bir boya maddesi (pigment) olup alg biyokütlesini temsil eden bir indikatör olarak kullanılmıştır. Deneyler üç saat içinde yapılarak zamanın etkisi engellenmiştir. Bu deney sırasında beş ton bakır sülfat kristali kullanılmıştır. Bu uygulamadan donra bazı yerlerde hala yüksek GEO konsantrasyonlarının gözlenmesi, anabaena hücrelerinin bakır sülfat uygulaması sırasında parçalanması sebebi ile GEO’nin açığa çıktığını göstermiştir.
2.3.9 2-Metil İsoborneol Ve Suya Koku Veren Diğer Bazı Bileşikleri Üreten Algler Ve Etkileri
2-MIB maddesinin kokusu küf, kafuru kokusu ve bodrumların kendine has ağır havasının kokusudur. Bu koku bazı actinobacterler ve mavi-yeşil algler tarafından üretilir. MIB üreten mavi-yeşil algler arasında bentic ve planktonik türler vardır. ABD de Güney California’daki iki haznede bulunan pseudanabaena algi de bu planktonik MIB üreticilerindendir. MIB ozonla en güç giderilen madde olarak tespit edilmiştir.
2.3.10 Tat Ve Koku Problemlerini Çözmek İçin Uygulanan Teknolojilerdeki Yenilikler
2.3.10.1 Tat ve koku kontrol tedbirleri
• Su kaynaklarının kirlenmesini önleyici tedbirler
• Tasfiye tesisinde tat ve koku giderilmesi
olarak iki koşulda incelenir.
2.3.10.1.1 Önleyici tedbirler
Bu çeşit kontrol tedbirleri su kaynaklarının korunması istikametindeki tedbirlerdir. Bunlar:
• Kirlenmeyi daha kaynağında önlemek
• İleri tasfiye ile atık sulardan azot fosfor giderilmesi
• Sanayii atıklarının bertaraf edilmesi
• Zirai alanlardan su kaynağına gelebilecek gübre ve zirai mücadele ilaçları gibi kirleticilerin kontrolüdür.
2.3.10.1.1.1 Kirletici su kaynağına girmeden önce gidermek
Biriktirme haznesinden önce yumaklaştırma ile fosfor gidermek gibi tedbirlerle, su kaynağında koku ve tada sebep olan yosunların (alglerin) çoğalmasının önlenmesi gibi tedbirlerin alınmasıdır.
2.3.10.1.1.2 Su kaynağında alınacak tedbirler
Suyun temin edildiği kaynakta alg çoğalmasını önlemek, su kenarında yaşayan bitkilerin büyümesini engellemek, bu tedbirler arasında sayılabilir. Alg çoğalmasını önlemek için çeşitli kimyasal maddeler kullanılabilir. Ancak su kaynağı olarak kullanılan yüzey suyuna balık yetiştiriliyorsa, bu kimyasalların balıklar üzerine öldürücü etkisi olacağı düşünülmelidir.
2.3.10.1.2 Tesislerde tat ve kokunun giderilmesi
• Havalandırma
• Biyooksidasyon
• Yumaklaştırma
• Oksidasyon (Klorlama, klor dioksit, ozon, potasyum permanganat)
• Adsorplama
• Biyolojik tasfiye
• Membranlar
• Nitrifikasyon kontrolü
Ancak bu hususların seçiminde dikkat edilmesi gerekenler mevcuttur. Bunlar ham suyun tat ve koku bakımından özellikleri, arzu edilen giderme verimi, kimyasal maddelerin fiyatı ve elde imkanları, kimyasal maddelerin kullanım kolaylığı ve ucuz tatbikidir.
2.3.10.1.2.1 Havalandırma
Havalandırma ile H2S gibi uçucu gazlar ve bazı uçucu yağlar giderilebilir. Havalandırma sistemlerinde H2S giderme verimi %50 civarlarındadır. Eğer giderilmesi istenen bileşikler uçucu ise bu yöntem en ucuz ve uygun yöntemdir. Bazı durumlarda diğer hususlarla birlikte uygulanabilir.
2.3.10.1.2.2 Biyooksidasyon
Bazı tat ve koku veren organik bileşikler, biriktirme haznelerinde bekletilmeleri, yavaş veya hızlı kum filtrelerden süzülmeleri esnasında okside edilerek giderilebilirler. Ancak bu sistemlerin verimliliği koku ve tat veren maddelerin ayrışma kabiliyetine bağlıdır.
Suni olarak yeraltına su verip başka bir yerden kuyu vasıtasıyla çekilerek de tat ve koku giderilebilir.
2.3.10.1.2.3 Yumaklaştırma
Genellikle tat ve koku gideriminde kullanılan bir yöntem değildir. Çünkü tat ve koku veren bileşikler suda çözünmüş halde bulunurlar. Fakat bazı tat ve koku veren bileşiklerin bu yolla absorbe edilerek sudan uzaklaştırılması mümkündür.
2.3.10.1.2.4 Oksidasyon
Sulara koku ve tat veren maddeleri uzaklaştırmak için arıtma tesislerinde uygulanan ilk işlem oksitlenmedir. Klor ve benzeri oksidasyon maddeleri zaten dezenfeksiyon maksadıyla öteden beri kullanılmaktadır. Bu maddelerin tat ve koku kontrolünde kullanılması yeni bir uygulamadır. Tat ve koku probleminde oksitleyici maddelerin optimum dozunu bulmak, arıtma tesisi operatörünün en önemli görevleri arasına girer. Şüphesiz aşırı doz tatbiki bizzat bu maddenin kendisini bir problem haline getirir (Aşırı serbest klor dozajı gibi). İçme sularının oksitlenmesinde kullanılan maddeler şunlardır.
Şekil 2.? İçme suyunda tat ve koku çemberi
2.3.1.1.2.4.1 Serbest klor ve kloraminler
Klor kuvvetli bir oksitleyicidir. Dolayısıyla büyük ölçüde koku ve tat giderimini sağlayabiliriz. Ancak ham su fenol ihtiva ediyorsa, klor, fenollerle birleşerek klorofenolleri meydana getirirler. Klorofenoller çok küçük konsantrasyonlarda dahi istenmeyen tat ve kokuya sebep olmalarından dolayı, klor kullanımında dikkatli olunmalıdır. Böyle durumlarda klor yerine alternatif olan başka oksitleyiciler kullanılmalıdır. Eğer klor kullanılması arzu ediliyorsa, Cl2 yerine monokloramin gibi klor bileşikleri kullanmak daha iyidir.
Klor birkaç değişik şekilde uygulanabilir.
• Basit ve sınırlı klorlama
Bu yöntemde 30 dakikalık temas süresi sonunda az miktarda bakiye klor kalacak şekilde tatbik edilir.
• Bağlı klorla klorlama
Klorlamadan önce amonyak ilave edilerek monokloramin teşekkülü sağlanır.
• Klor noktası klorlaması
Suda amonyum varsa, kırılma noktası klorlaması ile 0,2 mg/l bakiye klor kalacak şekilde klorlama yapılır.
• Aşırı klorlama
Daha sonra fazla klorun giderilmesi koşulu ile, klorun yüksek dozlarda suya verilmesidir.
Klorun tasfiye tesisindeki tatbik edilmesi, biriktirme haznesi veya göl, baraj gibi su kaynağından suyun alınmasından sonra bir ön klorlama, temiz su haznesinden önce ise nihai klorlama yapılmasıdır.
Çayır/ağaç/bataklık/rayiha/balık kokusu bileşik klor tarafından oksitlenebilir. Klor, iodoform ve klorofenoller gibi tıbbi kokulara sebep olabilir. Klor, kimyasal kokulara sebep olan maddeleri oksitleyecek kadar kuvvetli değildir. Bundan başka klorun, geosmin ve MIB bileşiklerini parçalayacak bir özelliği de yoktur. Kloraminler de klorun oksitlediği herhangi bir organik bileşiği genel olarak oksitleyemez. Arıtılmış su için kloraminlerin kullanılması serbest klor tatbiki halinde su dağıtma sisteminde ortaya çıkan problemleri büyük ölçüde azaltır. Serbest klorun monokloramine nazaran oldukça düşük bir koku eşik konsantrasyonu mevcuttur. Monokloraminin yarısı kadar bir bakiye serbest klor konsantrasyonu fark edilir.
Tablo 2.3 Klor ve kloraminler için koku alma eşiği konsantrasyonları (McGuire, 1999)
Bileşik Koku (odor) eşiği,mg/l Tad (flavor) eşiği,mg/l
Hipoklorit asidi 0.28 0.24
Hipoklorit iyonu 0.36 0.30
Monokloramin 0.65 0.48
Dikloramin 0.15 0.13
Trikloramin 0.02 Tayin edilmemiştir.
2.3.10.1.2.4.2 Klor dioksit
Önümüzdeki yıllar içinde klor dioksit kullanımının önemli şekilde genişleyeceği tahmin edilmektedir. Bunun sebebi, klorit ve kloratların sağlık etkilerinin daha iyi anlaşılır olması ve klorit için maksimum kirlenme seviyesinin, makul bir konsantrasyona, yani 1,0 mg/l değerine konulmasıdır. Klor dioksiti kullanılması tıbbi kokulara neden olmaz. İçme suyu şebeklerinde en azından 48 saat tesirini kaybetmez. Büyük tesislerde sodyum klorit çözeltisinden klor gazı geçirilerek elde edilir. Küçük tesislerde ise klor gazının temini zor olduğundan bunun yerine HCl kullanılır. Fakat klor dioksit, GEO ve MIB kontrolü için yeteri kadar kuvvetli bir madde değildir. Ayrıca klora nazaran 1,5-2 kat da pahalıdır.
2.3.10.1.2.4.3 Ozon ve ileri oksidasyon prosesleri
Üç oksijen atomundan oluşur. Oksitlenebilen maddeler karşısında atom halinde oksijen vererek bunları oksitler. Bakteri ve virüslerin öldürülmesi içi gerekli doz 0,3-1,0 mg/l’dir. ozonlama, diğer oksitleyici maddelerin problemi çözmediği zaman en çok başvurulan tat ve koku teknolojisidir. Ozon, toprak, küf, klor, çimen, ağaç, rayiha, balık, hastane ve kimyasal kokuları meydana getiren bütün bileşikleri oksitler. Hidroksil radikalinin teşekkül ettiği yüksek pH seviyelerinde ozon, GEO ve MIB’ e etkileyerek onları yok eder. Ozonizasyonun yan ürünleri meyve ve limon kokusuna sebebiyet verebilir. Son zamanlarda koku ve tat kontrolünde ileri oksidasyon teknikleri kullanılmaya başlamıştır. Ozon ve hidrojen peroksit’in kombinezonu olan peroxone prosesi, koku tat çemberinde bahsi geçen tüm koku maddelerinin hepsini oksitleme kapasitesine sahiptir. Bununla beraber hidroksil radikalini oluşturma fiyatının yüksekliği sebebiyle, klor veya potasyum permanganat gibi daha ucuz bir oksitleyici madde, kolay oksitlenebilen bileşiklerin (balık, bataklık, çayır ve ağaç kokusuna sebep olan bileşikler) oksitlenmesi söz konusu olduğunda tercih edilir.
2.3.10.1.2.4.3.1 Ozonlamanın klorlamayla karşılaştırılması
Ozon virüsleri öldürme de klordan daha etkilidir. Klordan farklı olarak sudaki azotlu organik maddelerle inaktive edilmez. Artık olarak yalnızca oksijen bırakır. Klorun, son zamanlarda organik artıklarla trihalometanlar oluşturduğu bulunmuştur. Bu maddelerin de sağlığa zararlı olduğu tespit edilmiştir. Ozon, klora göre daha pahalıdır. Ayrıca klor gibi depo edilemez ve nakledilemez. Ozon, kullanıldığı yerde oluşturulur.
2.3.10.1.2.4.4 Potasyum permanganat
Tat ve koku problemleri için klordan sonra ilk akla gelen oksitleyici maddelerden biridir. Bunun sebebi, bu bileşiğin diğer oksidantlara nazaran daha ucuz olmasıdır. Ama kuvvetli bir oksitleyici değildir. GEO ve MIB gibi tersiyer alkolleri ve kimyasal kokuya sebep olan birçok bileşiği parçalayamaz. Ayrıca çok fazla dozlama yapılırsa, pembe permanganat rengi filtreden geçerek içme suyu şebekesine girer, orada çözünmüş mangan dioksit halinde dağılarak giyim eşyaları veya diğer eşyalarda renkli lekeler bırakabilir.
2.3.10.1.2.5 Adsorplama
Denenmiş, güvenilir arıtma metotlarından biri olmakla beraber şiddetli tat ve koku problemlerinin kontrolü için çok pahalı olabilir. En emin adsorplama metodu taneli aktif karbondan yapılmış (GAC) bir filtre yatağı kullanmaktır. Bununla beraber son zamanlarda toz aktif karbon yeniden popüler hale gelmeye başlamıştır. Adsorplama prosesinin en fazla kullanıldığı haller (toprak, küf, kimyasal ve tıbbi) kokulardır. Bunlar oksitlenmeye karşı inatla direnç gösteren bileşiklerdir. Koku ve tat maddelerinin tamamı GAC ve PAC ile tamamen yok edilebilir veya kontrol altında tutulabilir. Fakat kolay oksitlenen bileşikler tek problem ise, daha ucuz oksitleyici madde kullanmak daha uygundur.
2.3.10.1.2.6 Biyolojik tasfiye
Ozonun GAC ile kombinezonu veya ozonun herhangi bir filtre ile birlikte kullanılması, biyolojik olarak stabil, klor ihtiyacı düşük bir suyun elde edilmesine ve koku problemlerinin çıkmasına imkan verir.
2.3.10.1.2.7 Membranlar
Membranlarla su arıtımının maliyeti gittikçe düşmektedir. Yakın bir gelecekte membranların su tasfiyesinde yaygın olarak kullanılması beklenmektedir. Birçok tat ve koku maddesinin, toz aktif karbon (PAC) ile kombine ederek giderilmesi mümkündür. Adsorplama ile giderilecek tat ve koku maddelerinin tamamının, gelecekte, UF/PAC kombinezonu ile sudan uzaklaştırılabileceği beklenmektedir.
2.3.10.1.2.8 Nitrifikasyonun kontrolü
Nitrifikasyon, amonyağın bakteriler tarafından önce nitritlere, sonra da nitratlara oksitlenmesi işlemine verilen isimdir. Klor aminleri ihtiva eden su şebekelerinde başlangıçta nitrifikasyon ilk safhada meydana gelir. Optimumu 25-30 °C sıcaklıkta gerçekleşen ve sıcaklığa karşı çok duyarlı olan bir olaydır. Su dağıtma sistemlerinde klor aminleri kullanan su yöntemleri için bilhassa önemlidir. Elverişli sıcaklık ve hava şartları altında, nitrosomonas gibi amonyak oksitleyen bir bakteri, önemli miktarda nitrit üretebilir. Bu da arıtılmış suda mevcut klor amin bakiyesinin bir kısmını parçalayarak kuvvetli bir klor amin talebine sebep olabilir.
Arıtma sisteminin sonunda veya su şebekesinin çeşitli noktalarında amonyak oksitleyen bakterilerin kontrolü için suya sodyum klorit ilavesiyle nitrifikasyon kontrol altına alınmış olur. Düşük seviyede klor amin tatbiki ve klorit ilavesi, yani klorit kontrollü nitrifikasyon uygulaması, içme suyunda klor tat ve kokusundan kaynaklanan şikayetleri ortadan kaldırmak için istikbal vat edici bir yöntem olarak görünmektedir. Bu sayede trihalometan ve bakteri konsantrasyonları düşük seviyede tutabilecektir.
BÖLÜM 3
DEZENFEKSİYON
3.1 GENEL
Bir suda bulunan sağlığa zararlı mikroorganizmaların giderilmesi işlemine suyun dezenfeksiyonu denir. Dezenfeksiyon ile sterilizasyon iki farklı kavramdır, karıştırılmamalıdır.
Sterilizasyon, dezenfeksiyondan daha ileri bir aşama olup sporlar dahil sudaki bütün canlıların öldürülmesi işlemidir. Dezenfeksiyonun uygulanış nedeni ise, insanlara geçebilen bulaşıcı hastalıkların önlenmesidir.
Bütün doğal sular az yada çok mikroorganizma ve bakteri içerirler. En temiz sayılan yer altı suları bile su seviyesinin yükselmesi veya kanalizasyon sularının karışması sonucu kirlenebilmektedirler. Doğal sulardaki, mikroorganizma ve bakterilerin miktarları ve yaşama olanakları suyun cinsine, kendiliğinden temizleme yeteneğine, oksijen miktarına ve ışığın etkisine bağlıdır.
Dezenfekte edici maddeye dezenfektan denilmektedir. Dezenfektanın seçiminde ve kullanımında dikkat edilmesi gereken hususlar vardır.
• Dezenfektanın cinsi ve dozu
• Gerekli temas süresi
• Suyun sıcaklığı ve kimyasal özellikleri
• Bertaraf edilecek mikroorganizmaların cinsi ve özellikleridir.
Suyun dezenfeksiyonunda kullanılan yöntemler suyun miktarına uygulamanın ekonomik olup olmadığına bağlıdır.
3.2 DEZENFEKSİYON ÇEŞİTLERİ
• Suyun kaynatılması yada kaynama noktasına yakın bir sıcaklığa ısıtılması
• Ozonlama
• Klorlama
• Katadin yöntemi
• Elektrokatadin yöntemi
• Ultraviole ışınları
• Kireç
• Diğer oksidasyon yöntemleri (brom, iyot, potasyum permanganat)
Bu yöntemlerden ozonlama, klorlama ve oksidasyon yöntemleri daha önceki bölümlerde detaylı olarak anlatılmıştır. Bu nedenle diğer yöntemleri irdeleyelim.
3.2.1 Suyun Kaynatılması
Suyu kaynatarak yada 75 °C’de ısıtarak zararlı mikroorganizmalardan arındırabiliriz. Fakat ısıtma sonucunda suya iyi tat veren hava ve CO2 ile az miktarda hoş lezzet veren bikarbonatlar sudan uzaklaştırılmış olur ki, bu durum istenmez. Bu yöntem sadece küçük miktarlarda uygulanılır. Ev ve hastanelerde yararlanılır.
3.2.2 Katadin Yöntemi
Parlak bakır ve gümüş kaplarda suların yosun tutmadığı ve bu kaplarda damıtılan sularda mikrop üremediği gözlenmiştir. Metallerin bu etkisine oligodinamik etki denir bu etkini hücreler tarafından absorbe edilen az miktarda metal iyonlarından kaynaklandığı kanıtlanmıştır.
Özel olarak hazırlanmış toprak bilyalar, çakıl, kum ve toprak halkalar gümüş ve bakır tabakasıyla kaplanmakta, sonra da sterilize edilecek su ile temasa bırakılmaktadır. Tesir süresi, suyun cinsi ve bakteri sayısına bağlıdır. Genellikle 30dakika ile bir saat arasında değişmektedir. Arıca dezenfeksiyon üzerinde pH ve sıcaklığında etkisi vardır. Suda buluna kolloid maddeler gümüş iyonlarını absorpladıklarından etkiyi azaltırlar. Bazik reaksiyon ve yüksek sıcaklık ise etkiyi arttırır.
Temas süresinin uzun oluşu büyük yerlere ve büyük gümüş yüzeylerine gerek gösterir. Ayrıca bulanık sularda çok hassas olmaması bu metodu çok pahalı kılmaktadır. Bu yüzden ancak az miktarda suyu dezenfekte etmekte kullanılır.
3.2.3 Elektrokatadin Yöntemi
Bu yöntemde, dezenfekte edilecek su gümüş elektrotlar ihtiva eden kaplara gönderilir. Bu esnada elektrotlardan 1,6 voltluk akım geçirilir. Polarizasyonu önlemek için akım yönü zaman zaman değiştirilir. Enerji ve gümüş sarfiyatı azaltılır. Suyun niteliği tesisin verimini etkiler nakliye yönden uygundur ve pH değerinin büyük olması istenir. Gerilim, akım şiddeti ve suyun akış hızını değiştirerek gümüş iyonlarını ayarlamak mümkündür. Hafif bulanık sularda bu yöntemden iyi sonuç alınır.
Bu yöntemde elektrik akımı 2 voltluk bir aküyle temin edilir. Uygulaması kolay olduğundan sağlık tesisleri, maden suları tesisleri, bir, süt, tereyağ imalathanelerinde yüzme havuzlarında kullanılır.
3.2.4 Kireç Sütü İle Dezenfeksiyon
Suyun pH’ı yaşam koşullarını sağlamayacak kadar değiştirilirse bakteriler ölür. Ama bu durum suya kemirici özellikler kattığı için istenmez. Suya baz katılması ile de mikroplar öldürülür. Fakat pH’nın dokuzun üstünde olması ve uzun süre etkimesi gerekir. %20-30’luk kireç sütü ile bu değer sağlanır. Reaksiyon süresi 12 saatliktir. Bu işlem için büyük havuzlar yapılır. Suyun tadı CO2 gönderilerek düzeltilir.
3.2.5 Ultraviole İle Dezenfeksiyon
Güneş ışığının mikrop öldürmede etkin olan kısmı dalga boyları 1000-3900 A° olan UV ışınlarıdır. Özellikle dalga boyları 1000 A° olan UV ışınları mikropların protoplazmasını tahrip ederek öldürmede çok etkilidir. Sporlar için de etkisi vardır. Sürekli bir sterilizasyonda suyu 2 dakika ışınlandırmak gerekir. UV kaynağı olarak havası boşaltılmış civa, buharlı kuartz lambalar kullanılır. Işınlar 30 cm’den daha derine etki etmezler. Bulanık ve renkli sularda bu yöntem etkili değildir.
Akım sarfiyatı fazla olduğundan bu yöntem ancak küçük oranda okul, hastane ve senatoryumlarda kullanılır. Ancak bu usul pahalıya mal olmaktadır. Bu yöntemin uygulandığı sularda salığa zararlı hiçbir mikroorganizma kalmaz ve bileşiminde değişiklik olmaz.
UV ile dezenfeksiyonun temeli ise bir su tabakasının 0,2-0,9 μm UV ışınları yayan civa buharlı ark lambalarına maruz bırakılması ile oluşur. Kuvars tüpüne konmuş UV lambalarının daha etkili olduğu bulunmuştur. Işığın girme derinliği, her bir lamba etkisindeki sıvı filminin kalınlığını 50-80 mm civarında sınırlar.
Lambalar çökeltilerden uzak tutulmalıdır. Su bulanıklık ihtiva etmemelidir. Dezavantajı dağıtım sistemlerinde hiçbir kalıcı dezenfektan etki bırakmaması ve çok pahalı oluşudur.
BÖLÜM 4
UV IŞINLARI İLE DEZENFEKSİYON MEKANİZMASI
4.1 UV RADYASYONUNUN TANIMI
Şekil 4.1′ den de görüldüğü gibi, elektromagnetik spektrumun ultraviole bölgesi, genellikle en uzun X-ışınlarından, daha büyük dalga boylarındaki radyasyonlar ve insan gözünün görebildiği en kısa X-ışınlarından, daha kısa dalga boylarındaki radyasyonlar olarak tanımlanmaktadır. UV ışınının miktarı, hemen hemen tüm dünyada, ultraviole radyasyonunun dalga boyu olarak nanometre (nm.) veya 10-9 m. birimi ile ifade edilmektedir. Bu dalga boyları tipik olarak 10 – 400 nanometre arasında aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir.
Şekil 4.1 Elektromagnetik spektrum
1. UV-A : 400 nm. ile 31 b nm. aradığındaki dalga boyları
2. UV-B : 315 nm. ile 280 nm. aralığındaki dalga boyları
3. UV-C : 280 nm. ile 200 nm. aralığındaki dalga boyları
4. Vakum UV: 200 nm. ile 10 nm. aralığındaki dalga boyları
Atmosferdeki optik pencereler, 280 nm. dalga boyundan, kızıl ötesi ışınlara kadar olan aralıktaki ışınların dünya yüzeyine ulaşmasını mümkün kılmaktadır. Özellikle UV-A ve UV-B bandındaki radyasyon yeryüzüne ulaşmakta ve 290 nm. dalga boyunda insanda cilt bronzlaşması ve güneş yanığına neden olmaktadır. 280 nm. ile 290 nm. arası dalga boyunda D vitamini sentezi artmaktadır. Bu, kemik hastalıklarına (özellikle raşitizm) karşı koruyucu bir etki göstermektedir.
UV radyasyonunun canlı hücreler üzerindeki en olumsuz etkileri 280 nm ile 240 nm. arası dalga boyunda meydana gelmektedir. Dolayısıyla, en güçlü mikroorganizma öldürücü (germisidal) etki UV-C bandındaki radyasyon tarafından sağlanmaktadır. 200 nm. ile 10 nm. arası dalga boyundaki enerji, vakum (ekstrem) UV radyasyonu olarak tanımlanmaktadır. UV-C ve Vakum UV bandındaki radyasyon ozon tabakası tarafından absorbe edilmektedir.
Elektromagnetik radyasyonu tanımlayan daha temel bir miktar onun vibrasyon sıklığıdır. Bu, radyasyonun frekansı ve dalga boyu ile ilişkilidir. Serbest atmosferdeki ışın hızı (4.1) eşitliği ile ifade edilmektedir.
Cv= x (4.1)
Burada ;
Cv : Işın hızı (serbest atmosferde 3*1010 cm / sn)
v : Vibrasyon frekansı (vibrasyon / sn)
X : Dalga boyu (cm)’ nu
göstermektedir.
En yaygın olarak kullanılan enerji ölçüsü birimi Watt-sn (joule)’dir. Radyasyonun yoğunluğu veya ışın şiddeti, bir birim bölgesine düşen enerji miktarı ile ifade edilir.
Kuantum teoremi, radyant enerjinin farklı birimlerinde veya en küçük enerji biriminde (kuanta) meydana geldiğini belirtmektedir. Bu temel birimlerin enerjisi, (4.2) eşitliğinden da görüldüğü gibi, onun frekansı ise ilgilidir.
e= h x (4.2)
Burada ;
e : Tek bir kuantumun enerjisi (erg)
h : Planck sabiti (6.62*10′27 erg-sn )
v : Frekans (vibrasyon / sn)’ ı göstermektedir.
(4.1) ve (4.2) eşitliklerinin birleşiminden (4.3) eşitliği elde edilmektedir, (cm-erg) = h * cv / = (19.86*10-17) / (4.3)
Buradan kuantumun en küçük enerji birimi olduğu ve kuantum enerjisinin belli bir dalga boyunda sabit olduğu görülmektedir.
4.2 UV RADYASYONUNUN KAYNAĞI
Dezenfeksiyon maksatlı UV radyasyonunun uygulanması, istenilen dalga boyunda yüksek ışın şiddetine (yoğunluğuna) sahip bir kaynak gerektirir. Suni ışık üretimi, elektrik enerjisinin elektromagnetik radyasyona dönüşümünden oluşmaktadır. Günümüzde kullanılan UV-C radyasyonunun temel yapay kaynakları, enerji yükü boşalabilen tipte olan düşük civa basınçlı lambalar ve yüksek civa basınçlı lambalardır. Bu genel olarak dezenfeksiyon sistemi uygulamasında hemen hemen en yeterli ve etkin kaynak olarak kabul edilmektedir. Bu tip lambalarda elektrik akımı iki elektrot arasındaki civa yüklü bir inert gaz içersinden akar. Civa iyonları elektrik akımı ile uyarılır ve karakteristik radyasyonu üretir. Civanın uyarılması ile enerji yükünün boşalması, UV ışınlarının emisyonuna (yayılmasına) neden olur.
Düşük civa basınçlı lambalar, yüksek civa basınçlı lambalara nazaran daha düşük çevre sıcaklıklarında, daha düşük elektriksel güç yükleri ile işletilirler. Düşük civa basınçlı lambalarda, civa basıncı lambanın güç çıkışını etkilediğinden, çevre sıcaklığının belirli limitler arasında kalması gerekmektedir. Düşük civa basınçlı lambalarının işletme sıcaklığı 40 – 50 oC arasında iken, yüksek civa basınçlı lambaların işletme sıcaklığı 500 °C’den büyük olabilmektedir.
Spektral güç dağılımı, 185 nm. dalga boyunda zayıf ve 254 nm. dalga boyunda güçlü olmak üzere iki ışın hattı ile karakterize edilir. Aktif durumdaki civa 185 nm. dalga boyunda bir rezonans hattı yayar. Bu hat, havanın oksijenini iyonize edebilir, sonuçta istenmeyen ozon ve nitrik asitler oluşabilir. Bu nedenle özel kuvars cam tüpleri kullanılarak, UV lambası içerisindeki radyasyon 200 nm. dalga boyunun altına çekilmektedir.
UV radyasyon kaynağı olarak bu tip lambaların kullanılmasının asıl nedeni, verdikleri enerjinin yaklaşık % 85′ inin germisidal etki için gerekli olan optimum dalga boyunda (253.7 nm.) ve monokromatik (tek renkli) olmasıdır.
UV lambaları için belirgin bir talep olmamasına rağmen, floresans lamba teknolojisinin ticari gelişiminin sonucunda daha etkili ve ucuz UV kaynakları ortaya çıkmıştır. UV ışınlarının sıvı içerisinde mümkün olduğunca homojen ve etkin dağılımını sağlayabilmek maksadıyla, UV lambaları reaktörün iç tarafına konulabilir. Eğer lamba sıvı içine daldırılacak ise, suyun soğutucu etkisini minimuma indirmek için lamba kuvars bir kılıf tertibatı içine yerleştirilmelidir.
4.3 UV RADYASYONU KULLANIM ALANLARI
UV radyasyonu, su dezenfeksiyonun da olduğu kadar hava dezenfeksiyonunda da etkili bir yöntemdir Bu amaçla hastanelerde, ilk yardım odalarında, polikliniklerde, laboratuvarlarda, gıda, ilaç ve kozmetik endüstrilerinde de kullanılmaktadır. UV radyasyonunun su arıtımındaki kullanım alanlarından ise Tablo 4.1′ de kısaca bahsedilmiştir.
4.4 UV IŞINLARI İLE DEZENFEKSİYON METODUNUN KİMYASAL
DEZENFEKSİYON METODLARI İLE KARŞILAŞTIRILMASI
Ham sudaki organik maddelerin meydana getirdiği problemler, hem çevresel kaynaklara zarar vermeyen, hem de reaksiyon sonucu yan ürün oluşturmayan bir dezenfeksiyon metodu gereksinimini ortaya çıkarmıştır. Yüzeysel suların dezenfeksiyonu için bir çok dezenfektan madde alternatifi mevcuttur ve her dezenfektan özel kullanım alanına sahiptir. Bunların en yaygın kullanılanları klor, klor dioksit, kloraminler ve ozondur. UV ışınları ile dezenfeksiyon metodunun, kimyasal dezenfeksiyon metotlarına bir alternatif olup olmadığı bir çok araştırmacı tarafından incelenmiştir (GELZHÂUSER 1986, WOLFE 1990, CARNIMEC 1994). Bu konuda yapılan çalışmaların bir özeti Tablo 4.2′ de verilmiştir (ANGEHRN 1984).
Tablo 4.1 254 nm. dalga boyundaki UV radyasyonunun su arıtımımdaki kullanım alanları
Kullanım Alanları Kullanım Amacı Öneriler
içme suyu Kaynakları Evsel su kaynakları
Enerji su kaynakları
Kamp alanı su kaynakları
Gemilerin su kaynakları Trenlerin su kaynakları Laboratuar suları (teknik & medikal)
Kuyu ve kaynak suları içki ve bira üretim suları Patojenik mikroorganizmaların yok edilmesi Dezenfeksiyondan önce inorganik maddeler filtre edilmelidir.
Yüzme Havuzları Açık/kapalı yüzme havuzları özel yüzme havuzları Patojenik mikroorganizmaların yok edilmesi; alg kontrolü
Akvaryumlar Ev akvaryumları Hayvanat bahçesi akvaryumları Parazitlerin yok edilmesi; alg kontrolü Balıklara zarar vermemek için UV sirkülasyon sistemi akvaryumun dışına yerleştirilmelidir
Endüstriyel Prosesler Soğutma ve Yıkama suları Bütün mikroorganizmaların yok edilmesi ve alg kontrolü
Atık su Geri devri Endüstriyel atık su (inorganik) Atık çamur (organik, fekal maddeler) Diğer arıtma teknikleri ile birlikte kullanılabilir
Tablo 4.2 Çeşitli su dezenfeksiyon metotlarının karşılaştırılması
BİRİM UV OZON KLOR
Reaksiyon süresi 1 – 10 dk 10-20dk 30 – 50 dk
Reaksiyon tankı gerekmez Gerekli Gerekli
Koruma minimum Maksimum Ortalama
inşaat – tesisat basit Komplike Komplike
Askıda katı maddelerin etkisi fazla Fazla Fazla
Sıcaklığın etkisi yok Fazla Fazla
pH’ nın etkisi yok Düşük Fazla
Arıtılmış suda olumsuz residual oluşumu yok çok az Var
Suyun doğal yapısına olumsuz etkisi yok Var Var
Korozyon yok Var Var
Toksisite yok Var Var
işletme maliyeti düşük Yüksek Düşük
WOLFE (1990), klorun virüslere karşı oldukça zayıf bir dezenfektan olduğunu ve organik madde ve Toplam Organik Karbon (TOC) içeriği fazla olan sularda kullanıldığında, THMs (Trihalometans) ve diğer reaksiyon yan ürünlerinin oluşumuna neden olduğunu göstermiştir. UV radyasyonunun, suda sağlığa zararlı olarak artan bir mutajenik aktivite üretmediği (ZOETEMAN 1982, KOOL 1985, KRUITHOF 1989) ve suyun estetik yönden tat, renk vs kokusunu bozmadığı (TOBIN 1983, EPA 1983) tespit edilmiştir.
GELZHÂUSER (1986) ise, UV ışınları kullanılarak yapılan su dezenfeksiyonunun kimyasal dezenfeksiyon işlemlerine nazaran daha basit ve emniyetli olduğunu, mikroorganizma inaktivasyonun’un anında gerçekleştiğini ve arıtılmış suyun doğal yapısını değiştirmeyen tek fiziksel dezenfeksiyon prosesi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, UV radyasyonu da ozon gibi dağıtım sistemlerinde kalıcı bir etki göstermediğinden, UV dezenfeksiyonundan sonra dağıtım sistemlerinde herhangi bir mikrobiyolojik bulaşma olup olmadığı da araştırılmış, deneysel çalışmaların sonunda, hiç bir dağıtım sisteminde yeniden üreme gözlenmemiştir.
4.5 UV IŞINLARI İLE DEZENFEKSİYON UYGULAMALARINDA TEMEL İLKELER
UV radyasyonunun içme suyu ve atık su dezenfeksiyonu maksadıyla kullanımının yanı sıra, 19. ve 20. yüzyıl süresince yapılan araştırmalar, UV radyasyonunun kozmetik, içki ve elektronik endüstrilerinde, hijyenik, medikal ve ticari amaçlı kullanımına da müsaade edildiğini göstermiştir. 50 seneden bu yana, UV radyasyonunun hastanelerde, endüstrilerde ve evsel kullanımlar için hem hava, hem de su dezenfeksiyonu maksatlı uygulamalarında bir artış meydana gelmiştir. Bunun başlıca nedeni, UV radyasyon kaynağı olarak yüksek civa basınçlı lambaların yerine daha etkili olan düşük civa basınçlı lambaların kullanımının yaygınlaşması ve UV radyasyonunun arıtılmış su ortamında reaksiyon yan ürünleri oluşturmamasıdır. Bu özel avantaj, diğer dezenfeksiyon teknolojilerine göre gittikçe önemli bir hale gelmektedir.
Dezenfeksiyon metodunun seçiminde rol oynayan en önemli faktör arıtılacak olan suyun kalitesidir. Doğal sular genellikle halk sağlığı açısından zararlı olan maddeler içermez. Yüzeysel suların ise endüstriyel atıklardan veya kazalardan oluşan sızmalar ve hava kirleticileri tarafından kirlenme ihtimali yüksektir. UV sistemlerinin, su dezenfeksiyonu işlemindeki potansiyel faydalarından aşağıda maddeler halinde kısaca bahsedilmiştir.
1. Bütün mevcut mikroorganizmaları öldürme kabiliyetine sahiptir.
2. Dezenfeksiyon işleminin reaksiyon süresi çok kısadır ve suyun UV ışınlarına
maruz kalma süresi kontrol edilebilmektedir.
3. UV ışınları arıtılmış su ortamında, çevresel kaynaklara ve halk sağlığına toksik
etkisi olan kalıntı (residual) madde oluşturmamaktadır.
4. Yüksek standartta emniyetli bir işletme performansını garanti edebilmektedir.
Bir su dezenfeksiyonu tesisinin, etkinliği ve işletme güvenirliği yeterli bir düzeyde olmalıdır. Buna göre, aşağıda belirtilen koşullar yerine getirildiği taktirde, UV dezenfeksiyonu metodu ile mikroorganizma giderim hızının, en azından kimyasal dezenfeksiyon prosesleri için verilen değerlere ulaştığı belirtilmektedir.
1. Ham su daima temiz olmalıdır. Bu, suyun bir filtrasyon ünitesinden geçirilmesi ile sağlanabilir.
2. Suyun UV ışınını geçirimliliği sürekli ölçülmelidir. Bu ölçüm belirti bir geçirimlilik değerinin altında ise sistem otomatik olarak su alımını durdurmalıdır.
3. Kuvars koruma tüpünün ultraviole geçirgenliği daima kontrol edilmelidir.
4. UV lambasının işletme süresi başlangıçtan itibaren kaydedilmelidir
5. UV lambasının ışın şiddeti düzenli periyotlarda ölçülmelidir.
6. İşletmenin sürekliliği garanti edilmelidir.
7. UV ünitesi, suyun UV lambaları boyunca türbülanslı bir akışla geçmesini sağlayacak şekilde dizayn edilmelidir.
8. UV ışını, her su molekülü için sabit bir tesir süresi garanti edebilmelidir.
9. İşletme esnasında problem çıktığı durumlarda tesisin otomatik olarak devreden çıkmasını sağlayan bir sigorta olmalıdır.
4.6 UV IŞINLARI İLE DEZENFEKSİYON METODUNUN AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI
4.6.1 Avantajları
UV ışınlar ile dezenfeksiyon yöntemi, diğer dezenfeksiyon yöntemlerine nazaran daha basittir. Mikroorganizma inaktivasyonu, su reaktörün içerisinden geçerken anında olmaktadır. UV ile dezenfeksiyon işleminde klorlama işleminin aksine, su içerisine mikroorganizma inaktisvasyonu için yeterli olacak miktarda bir kimyasal madde ilave edilmez. Burada zaman, spesifik bir reaksiyonun oluşmasına imkan vermek için değil, yeterli dozu sağlamak için gereklidir. Dolayısıyla çok kısa zaman periyotlarında bile verimli bir dezenfeksiyon işlemi gerçekleştirilebilmektedir. UV ışını mikroorganizmanın DNA yapısını bozarak, mikroorganizma üzerinde kesin öldürücü bir etki oluşturmaktadır.
UV dezenfeksiyonunun bir diğer avantajı sistem esnekliği ve talep değişikliğine karşı çabuk cevap verme yeteneğine sahip olmasıdır. Dolayısıyla, belirli organik kirleticileri ve tat-koku bileşiklerini kırmak için hidroksil radikallerinin üretimi maksadıyla ozon veya hidrojen peroksit ile birleşebilme kabiliyeti vardır. Bu tür sistemler, kimyasal dezenfeksiyon sistemlerine nazaran daha az komplike, işletilmesi basit ve daha düşük maliyete sahiptirler, özellikle yüksek elektrik yükü ve kişilerin UV radyasyonuna maruz kalma riski çok azdır ve bunlar kolaylıkla emniyete alınabilecek şartlardır.
İşlemin temel avantajı ise uygulanan UV dozunun dezenfekte edilmiş su içerisinde halk sağlığı açısından kanserojen etkiye sahip toksik yan ürünler oluşturmaması ve suyun doğal yapısını bozmamasıdır. Bunun sonucu olarak yüksek dozda UV kullanılabilir. Çünkü, radyasyonun enerji düzeyi kimyasal reaksiyonları etkileyecek kadar yüksek olmadığından, yüksek UV dozlarında bile, dezenfeksiyon işlemi esnasında oluşan önemli bir ara madde yoktur. Bu işlemin kontrol sıklığı klorlama işlemine nazaran daha azdır.
4.6.2 Dezavantajları
Bu metodun en büyük dezavantajı UV teknolojisi ve UV dezenfeksiyon verimliliğine etki eden faktörlerin neler olduğu konusunda bilginin sınırlı olması ve belirli bir standardın bulunmamasıdır. Bu, UV dezenfeksiyon tesislerinin projelendirilmesinde teknolojik sınırlamalara ve UV dozunun ölçümünde belirsizliklere neden olmaktadır. Dolayısıyla sistemin verimlilik kontrolü güçleşmektedir. UV dezenfeksiyon sisteminde doz ihtiyacının standart bir değer olarak belirlenebilmesi için büyük ölçekli sistemlerde, daha geniş çaplı deneysel çalışmalar yapılmalıdır.
Bir diğer dezavantajı ise dağıtım sistemlerinde kalıcı bir dezenfeksiyon etkisinin olmaması ve oluşabilecek mikrobiyolojik bulaşmalara karşı sistemin korunmasız olmasıdır. Bu nedenle, sağlıksız dağıtım şebekelerinde bir son dezenfeksiyon işlemine gerek duyulabilmektedir.
4.7 UV IŞINLARININ GERMİSİDAL ETKİLERİ
Kimyasal dezenfektanlar mikroorganizmaların sadece yüzeyine etki ederler. Oksidasyon ile hücrelerin öldürülmesi için belirli bir temas süresi gerekir. Dezenfektanın daha yüksek miktarda dozlanması da proses süresinin kısalmasını sağlamamaktadır.
UV ışınları ile dezenfeksiyon işlemi ise, bir kaynaktan gelen elektromagnetik enerjinin bir organizmanın hücresel materyaline (özellikle hücrenin genetik materyaline) transferine dayanan fiziksel bir işlemdir.
Bu enerji, hücrenin kopyalanabilme (replike olabilme) yeteneğinin kaybına neden olduğundan, kesin öldürücü (lethal) bir etki göstermektedir. Dolayısıyla, radyasyonun etkinliği, mikroorganizma tarafından absorbe edilen enerji miktarının veya dozunun bir fonksiyonudur. UV radyasyonu mikroorganizma içerisinden geçen UV-C ışınları ile mikroorganizmanın fotokimyasal reaksiyonlarını dolayısıyla aktivitesini durdurur. Bu durumdan hücre duvarı ve iç çeperi aynı anda etkilenirler.
UV dezenfeksiyonunun germisidal etkileri ile ilgili ilk raporlardan biri DOWNES ve BLOUNT (1877) tarafından verilmiştir. Bu araştırmacılar, karışık bir mikroorganizma popülasyonu üzerine solar radyasyonun lethal etkilerini tanımlamışlar ve kısa dalga UV radyasyonu için bu etkilerin sonuçlarını tayin etmişlerdir.
Daha önce bahsedildiği gibi, germisidal aktivite için en etkin spektral bölge, yaklaşık 260 nm dalga boyu civarındadır. Dalga boyunun bir fonksiyonu olarak rölatif germisidal etkinlik Şekil 4.2′ de, RNA (Ribonükleik asit) absorbsiyonunu karşılaştırmak için UV ışınlarının E.Coli bakterisi üzerindeki rölatif abiyotik etkisi ise Şekil 4.3′ de verilmiştir.
Her iki şekilden de görüldüğü üzere, nükleik asidin etkilendiği spektrum birbirine çok benzemektedir. Bir göreceli skala üzerinde ekstinksiyon katsayısı (bakteriyel koloni oluşumu üzerinde inhibe edici bir etkinin ölçüsü), dalga boyunun bir fonksiyonu olarak noktalar ile işaretlenmiştir. Buradan maksimum etkinin 250 nm. ve 265 nm. dalga boyları arasında meydana geldiği görülmektedir. Bu, bir RNA zincirinin çözülmesi için gerekli olan rölatif absorbsiyon yüzdesini göstermektedir.
Şekil 4.2 Dalga boyunun bir fonksiyonu olarak rölatif germisidal etkinlik
4.7.1 UV Işınının DNA Üzerindeki Fotokimyasal Harabiyeti (İnaktivasyon Etkisi)
UV ışınları, hücrenin DNA (Deoksiribonükleik asit) ve RNA (Ribonükleik asit)’ sini inaktive eder. DNA ve RNA bir hücrenin genetik bilgisinin depolanması ve transferinde işlev gören zincir görünümlü makromoleküllerdir. Bu bileşikler, hücrenin kuru ağırlığının genel olarak % 5 – 15 ‘ini oluştururlar ve bir hücrenin çalışmasını özellikle tip ve enzim üretim miktarını belirlerler. DNA molekülü, UV fotonlarının esas hedefi olarak değerlendirilir ve önemli biyolojik harabiyetin oluştuğu temel bileşiktir.
DNA ve RNA’ nın monomerik birimleri nükleotidlerdir. Nükleotidlerin hepsi üç karakteristik bileşikten oluşur. Bunların her biri ya bir pürin veya primidin üreticisi
olabilen nitrojenik (azotlu) bir heterosiklik baza sahiptir, yani bir pentoz şekeri ve bir fosforik asit molekülü içerirler. Sadece baz bileşiklerinde farklılık gösteren DNA’ nın,
Şekil 4.3 UV ışınlarının E.coli bakterisi üzerindeki rölatif abiyotik etkisi
temel bileşiklerini içeren dört farklı deoksiribonükleotid vardır, ikisi pürin üreticisi olan adenin ve guanin, diğer ikisi ise primidin üreticisi olan sitozin ve timindir. Benzer şekilde, RNA’ nın da esas bileşiklerini içeren dört farklı ribonükleotid vardır. Bunların ikisi, pürin üreticisi olan adenin ve guanin, diğer ikisi ise primidin üreticisi olan sitozin ve urasildir. Böylece, timin karakteristik olarak sadece DNA’ da, urasil ise RNA da mevcuttur.
4.7.1.1 Dimer formasyonu
Dimer formasyonu, direkt olarak, sadece DNA’ nın aynı iplikçiği üzerindeki komşu timin molekülleri arasında meydana gelir (Şekil 4.4). Buna göre DNA, nükleotid olarak isimlendirilen basit monomerik birimlerin bir çift sarmal zincirinden oluşmaktadır. Bu nükleotidlerin sırası, hücre üzerindeki genetik bilgiyi tayin eder. Bunlar Şekil 4.4 üzerinde A (adenin), G (guanin), C (sitozin) ve T (timin) harfleri ile temsil edilmiştir, iki iplikçikte daima G, C’nin karşısında ve T, A’ nın karşısındadır. Eğer bir iplikçikte harabiyet oluşursa, bilgi ikinci iplikçikte kalır. Harabiyeti tamir etmek için G’ nin karşısına bir C ve A’ nın karşısına bir T girer ve zincir böylece devam eder. Bir iplikçik üzerinde bilgi bulunduğu sürece ikinci iplikçiğin harabiyeti düzeltilebilir. Bunlar enzimatik işlemlerdir. Hücre bölünmesi meydana gelmeden evvel, ebeveynden gelen iplikçiğin her birinin bir eş iplikçiği oluşturulması suretiyle DNA’ nın bir kopyası hazırlanır.
Bir polinükleotid iplikçiğinde, iki komşu primidin arasında, UV ışını ile hasara uğratılmış dimer, primidinlerin tüm kombinasyonları (timin, sitozin ve urasil) için geçerlidir. En fazla verimle timin dimerinin oluştuğu Şekil 4.4′ den görülmektedir.
Çift DNA iplikçiği
Replike Olan DNA
Timin Nükleotidlerin
Dimerizasyonu
Şekil 4.4 DNA molekülünün şematik görünümü ve timin nükleotidlerinin dimerizasyonu
İplikçiklerin biri üzerinde iki komşu timin monomeri vardır. UV ışığına maruz kaldığı sürece, iki monomer arasında yeni bağlar şekillenir. Bir DNA iplikçiği üzerinde pek çok dimer oluşumu, kopyalama (replikasyon) işlemini çok zor hale getirir. Pürinlerin, birbirleri ile olan, karşılaştırabilir bir reaksiyonunun varolduğu gösterilmemiştir.
Primidin dimerizasyonunun esas etkisi, normal replikasyon işlemini bloke etmesidir. DNA replikasyonunun toplam ve kalıcı inhibisyonunun kendisi bir lethal etkidir. Replikasyon bu çarpıklığı, alternatif olarak, kopyalamada bir hata oluşturup, replike olamayan bir mutant yavru hücre oluşturmak suretiyle atlatabilir.
4.7.1.2 Hidrat formasyonu
Şekil 4.5 Hidrat formasyonu
Hidrat formasyonu, mevcut hidrojen bağları nedeniyle nadiren, sadece DNA içerisinde meydana gelir. Primidin bazların hidrasyonu ile genetik kodda bir değişme olması mümkündür. Bu etki ise Şekil 4.5′ de görülmektedir.
4.7.1.3 DNA’ nın doğal yapısının değişmesi
Dimer formasyonu ve hidrasyonun yan ürünleri olarak DNA’ nın doğal yapısının değiştiği görülmektedir. Bu durumda çoğunlukla çift DNA iplikçiği oluşur.
4.7.1.4 Daha ileri etkiler
Belirlenen daha ileri etkiler, nükleik asitler ve proteinler arasındaki polimerizasyon, nükleik asitler içerisindeki polimerizasyon ve iplikçiklerin kırılmasıdır. Nükleik asitler, hücrelerin bölünmesini bloke eden ve onların ölümüne neden olan UV ışınlarının hedefidir. Bu etkinin tek sorumlusu, yukarıda belirtildiği gibi, primidin dimer formasyonudur. Bir çok mikroorganizmada, bir kaç dimer oluşumu hücre bölünmesinin bloke edilmesine neden olur. UV ışınına karşı en hassas olan mikroorganizmalar, hassasiyet derecelerine göre sırasıyla Salmonella spp., Shigella spp., Escherichia coli, Streptococcae, Bacterium prodigiosum, Pseudomonas fiuorescens , Bacillus pnoteus , Bacillus sponss olarak verilebilir.
4.7.2 Fotokimyasal Harabiyetin Düzeltilmesi ( Fotoreaktivasyon Etkisi)
Fotoreaktivasyon mekanizması, görülebilir spektrum ve UV yakınında daha uzun dalga boyu ışığı gerektiren, tipik bir foto enzimatik reaktivasyondan ibarettir. UV ışınları ile inaktive edilmiş bir mikroorganizma, 300 nm. dalga boyunun üzerindeki gözle görülebilir bir ışına maruz bırakıldığında, UV ışını ile hasara uğramış bakteriyel hücreler DNA hasarlarını tamir edebilirler. Bu tamirat işlemi fotoreaktivasyon olarak adlandırılır. Dolayısıyla fotoreaktivasyon sonrası yeniden bir bakteriyel üreme görülür.
Fotoreaktivasyon mekanizması genel değildir ve hangi türün reaktif olabilme yeteneğine sahip olduğunu, hangi türün sahip olmadığını gösteren özellikleri niteleyen açık belirleme yöntemleri yoktur. Tablo 4.3′ de fotoreaktivasyon mekanizmasına sahip olan ve olmayan mikroorganizmaların bir listesi verilmiştir. Virüsler genellikle fotoreaktif olabilme yeteneğine sahip değildirler. Bunlar, fotoreaktif olabilen bir konakçı hücre içerisinde olmaları durumunda ancak fotoreaktif olabilirler.
Tablo 4.3 Fotoreaktivasyon mekanizmasına sahip olan ve olmayan mikroorganizmalar
Fotoreaktivasyon Mekanizmasına Sahip Olan Mikroorganizmalar Fotoreaktivasyon Mekanizmasına Sahip Olmayan Mikroorganizmalar
Streptomyces
Escherichia coli
Total coMfonm
Saccharomyces
Aerobactor
Micrococcus
Ervinia
Prontesu
Penicillium
Nuerospora Haemophilus influenzae
Diplococcus pneumoniae
Bacillus subtllis
Micrococcus raidourans
VİRÜSLER
(Fotoreaktif olabilen bir konakçı hücre içerisinde olmaları durumunda) VİRÜSLER
(Fotoreaktif olabilen bir konakçı hücre içerisinde olmamaları durumunda)
Katalize eden, iyonize olmayan dalga boyları mikroorganizmaların hepsi için aynı değildir. Bu dalga boyu genellikle 310 nm. ile 490 nm. arasındadır. Bazı durumlarda fototamir, 230 ve 240 nm. arasındaki dalga boylarının atmosferik ozon tabakasında absorbe olup dünyanın yüzeyinde doğal olarak meydana gelmemelerine rağmen, bu dalga boylarında da oluşabilmektedir. Fotoreaktive edici UV ışınının güneş ışığında mevcut olduğu önemle kaydedilmesi gereken bir noktadır. Bundan etkileşim hızlıdır ve bu etkiler gerekli miktardaki ışına maruz kaldıktan sonra, bir kaç dakika içerisinde meydana gelmektedir.
Mikroorganizma tarafından UV ışınının absorbsiyonu sonucu, mikroorganizmanın DNA’ sı içinde çeşitli fotoürünler oluşur. Bu foto ürünlerin en önemlisi, daha öncede belirtildiği gibi, DNA’ nın aynı iplikçiği üzerinde bitişik primidin molekülleri arasında oluşan DNA’ nın yenilenmesini ve kopyalanmasını yarıda kesen primidin dimeridir. Bir çok organizmada bulunan tamir mekanizması ile bir dimerin formasyonu tamir edilebilir. Bu mekanizma, fotoreaktive edici bir enzimin (PRE) yardımı ile UV ışını tarafından hasara uğratılmış primidin dimerlerin bölünmesine bağlı direkt bir ışık ile karakterize edilir.
UV radyasyonundan sonra canlı kalan hücreler ile fotoreaktive olduktan sonra canlı kalan hücreler üzerinde yapılan gözlemler sonucu, tespit edilen etkilerin neticeleri kaydedilmiştir. Şekil 4.6′ da fotoreaktivasyonun etkisi şematik olarak gösterilmiştir.
Şekil 4.6 Fotoreaktivasyon etkisinin şematik görünümü
Burada mikroorganizmanın canlı kalması, UV dozunun (Di) bir fonksiyonu olarak değerlendirilmiştir. Di miktarındaki bir UV dozundan sonra, mikroorganizma kültürü fotoreaktive edici ışığa maruz bırakılmış ve fotoreaktivasyondan dolayı kültür içerisindeki mikroorganizma sayısı PR ile işaretlenen düzeye yükselmiştir. Burada, fotoreaktivasyon sonrası ortamdaki mikroorganizma sayısına tekabül eden D,’ dozu, aynı zamanda, UV dezenfeksiyonu sonrası fotoreaktive edici ışığa maruz bırakılmayan bir kültürdeki canlı kalan mikroorganizma miktarını da belirlemektedir.
(Di / Di’ ) arasındaki fark doz azalması olarak adlandırılır ve bu fotoreaktivasyon boyutunun bir ölçüsü olarak kullanılabilir. Lethal fotoürünlerin (timin dimerlerinin) sayısı UV dozu ile direkt olarak orantılı olduğundan, doz azalması tamir olgularının sayısının bir ölçüsü olarak değerlendirilebilir. (Di’ / Di), bu lezyonlarm sabit bir fraksiyonunun fotoreaktivitesini gösterir. Bu fraksiyon, 1 – (Di’ / Di), fotoreaktive olabilen sektör (PRSmax) derecesi olarak adlandırılır.
Fotoreaktivasyonun oluşumu ile ilgili çeşitli mekanizmalar vardır. En dominant fotoreaktivasyon mekanizması, bir fotoreaktive edici enzim ile saptanmıştır. Bu enzim, aktivitesini başlatabilmek için ışık enerjisine ihtiyaç göstermesi dışında, diğer hücresel enzimlere benzer. Bu enzimatik fotoreaktivasyon için ileri sürülen reaksiyon şeması, Şekil 4.7′ de görüldüğü gibi, iki kademelidir.
Şekil 4.7 İki kademeli fotoreaktivasyon reaksiyon şeması
Bu basit olarak (4.4) eşitliği ile ifade edilebilir
k1 k3
PRE + Sp PRE – Sp PRE + P (4.4)
k2
Bu reaksiyon, hız sabiti k3 ün tamamen ışık enerjisine bağımlılığı dışında, enzimatik reaksiyonlar için geleneksel Michaelis – Menten denklemidir. Burada,
PRE fotoreaktive edici enzim, sp fotoreaktive edilebilir lezyon (primidin dimeri),
PRE-Sp enzim-dimer kompleksi ve P fotoreaktive edilen UV lezyonu (monomerize edilmiş dimer) dur.
Şekil 4.7′ de görülen birinci kademe, PRE-SP kompleksinin oluştuğu kademedir. Burada, PRE kompleks oluşturmak için bir primidin dimer ile bağlanır. Bu kademe ışık istemez. Kompleks geri dönüşümlüdür fakat oluşum kinetikleri arasında k1»k2 verilmektedir. Bir organizma veya hücre içerisindeki mevcut olan fotoreaktive edici enzimlerin sayısı organizmanın cinsine göre değişir. Ayrıca her enzimin primidin dimere bağlanması ve reaksiyon hızı da sıcaklık, pH ve iyonik kuvvete bağlı olarak farklılık gösterir.
ikinci kademede ise, gerçek fotoreaktivasyon dimerin orjinal monomerize edilmiş şekline dönüşümü tamimiyle ışık enerji şiddetine ve reaksiyon kinetiklerine bağlıdır. Reaksiyon bir mili dakikadan daha kısa sürede oluşur ve tamirat tamamlanır. Fotoreaktivasyon için katalize edici ışının dalga boyu da organizmanın cinsine göre değişir fakat genellikle 310 – 490 nm. dalga boyları arkasındadır.
Fotoreaktivasyonun derecesi, oluşan PRE-Sp komplekslerinin sayısına bağlıdır. Oluşan komplekslerin sayısı, her hücre içindeki PRE’ lerin mevcudiyeti ve sayısı ile sınırlıdır. Fotoreaktive edici ışığa maruz kalma süresinin uzatılması ile, fotoreaktif hale getirilmiş bir ürünün ayrılarak (2. kademe), arta kalan dimerlerle yeni kompleksler oluşturması (1. kademe) mümkün kılınabilir.
Işık ihtiyacı olmaksızın meydana geldiği gösterilen ikinci bir mekanizma karanlıkta reaktivasyon olarak adlandırılan multi enzimatik bir mekanizmadır. Burada dimer bir enzim tarafından tanınır, bu enzim DNA iplikçiğinin bir yanından dimeri keser. Daha sonra dimeri DNA iplikçiğinden tamamen ayırır ve replike edici DNA enzimi boşluğu reaktif hale getirir.
Aktif hücre metabolizmasını ve fotoreaktive edici ışına maruz kalma olayından sonra hücre bölünmesini bir süre inhibe eden çevresel koşullar UV radyasyon etkilerini azaltma eğilimindedir. Bu inhibitör etkiler, hatalı veya lethal olarak replike olmadan önce, hücreye DNA’sını tamir etmek için zaman tanır, Bu tip koşullar, düşük sıcaklık veya düşük nütrient düzeylerini içerir. Bu durumda, faz gecikmesi veya durgunluk dönemindeki üreme aşamalarında bulunan bir popülasyon daha fazla iyileşme şansına sahip olacaktır. Çünkü bu popülasyon kesinlikle hızla çoğalan popülasyon kadar hızlı bir şekilde DNA’sını replike
etmeyecektir. Radyasyona maruz bırakılmış fajların düzelmesi de bunların konakçı hücrelerinin fizyolojik durumuna bağlıdır.
Fotoreaktivasyon, belirli durumlarda bir UV sisteminin dizaynını ve performansını önemli derecede etkileyebilir. Dezenfekte edilmiş bir çıkış suyunda mevcut olan koşullar fotoreaktivasyonun oluşmasına yardımcıdırlar. Dezenfeksiyon işlemi sırasında suyun nütrient düzeyleri düşük ve organizma popülasyonu durgun üreme fazında olmalıdır. Fotoreaktive edici ışığın kaynağı olan güneş ışınlarının yoğunluğu ve spektral dağılımları mevsime, günün saatine ve havanın bulutlu olmasına göre farklılık gösterir. Su/atık su kalitesi, UV ışınına maruz kalma süresinin uzunluğu, mikroorganizma cinsi ve UV dozu gibi bir çok faktör fotoreaktivasyon derecesini etkiler. örneğin, çıkış suyunun özellikleri fotoreaktive edici dalga boyundaki ışının suya nüfus etmesini (penetrasyonunu) etkileyecektir. Dolayısıyla, sığ, berrak ve hareketli alıcı ortamlar, daha derin, bulanık ye yavaş hareketli alıcı ortamlara göre fotoreaktivasyona daha fazla yardımcıdırlar.
Fotoreaktivasyon derecesini etkileyen belirli çevresel faktörlerde, UV dozunu arttırarak mekanizmayı kontrol etmek daha kolaydır. Tipik bir dezenfeksiyon işleminde, mikroorganizmanın üreme aşaması ile uğraşmak pratik değildir. Bu konuda yapılan bir çok deneysel çalışmalar sonucunda, UV dozunun arttırılması ile fotoreaktivasyon etkilerinin aynı zamanda azaltılabildiği ispatlanmıştır.
Fotoreaktive edici ışınlar genellikle güneş ışığında ve floresans ışık kaynaklarında mevcuttur. Fotoreaktivasyon etkilerini miktarsal olarak belirleme prosedürü, statik şişe tekniği olarak adlandırılır. Bu metotta, fotoreaktive edici ışığa maruz kalacak örnek üç şişeye bölünür. Birincisinde hemen koliform sayımı yapılır, ikincisi görünür ışık altında opak (renkli) bir şişe içerisine konulur, üçüncüsü ise görünür ışığı geçiren bir şişeye konulur Bu iki şişe 60 dakika (zaman standart değildir ve 30 dakika ile 3 saat arasında değişebilir) süresince, 20 °C da güneş ışığına maruz bırakılır. Daha sonra örneklerin koliform sayımı yapılır. Opak şişe karanlık örneğini, geçirgen şişe ise aydınlık örneği temsil eder.
Fotoreaktivasyon mekanizması sıcaklığa bağlıdır. Ortam sıcaklığı 10 °C iken meydana gelen fotoreaktivasyon sonrasında analiz edilen numunedeki fekal koliform yoğunluğunun, fotoreaktivasyona bırakılmadan derhal analiz edilen numunedeki fekal koliform yoğunluğuna göre iki kat artış gösterdiği gözlenmiştir. Şayet fotoreaktivasyonun gerçekleştiği esnada ortam sıcaklığı 20°C ise, fotoreaktivasyon öncesi ve sonrası analiz edilen numunelerdeki fekal koliform yoğunluğu arasındaki artış oranının 10 kat (1 log) olduğu gözlenmiştir.
