PROF. DR. AYLA SOYER Gıda Endüstrisinde Kullanılan Suyun Özellikleri ve Dezenfeksiyon

Transkript

1 PROF. DR. AYLA SOYER Gıda Endüstrisinde Kullanılan Suyun Özellikleri ve Dezenfeksiyon İçerik; İşletmelerde kullanılan su Suyun (klorlama) Su sertliği 1

2 İşletmelerde kullanılan su Gıda işletmelerinde kullanılan su, içilebilir kalitede olmalı ve bulaşması önlenmelidir. İşletmede gıda ile temas eden buhar ve buz da yine içilebilir kalitedeki sudan üretilmeli ve bulaşmadan korunmalıdır. Gıda işletmelerinde su; soğutma, ısıtma, temizlik, temizleme çözeltilerinin hazırlanması, seyreltme, buhar, buz, tuzlu su üretimi gibi işlerde veya teknoloji gereği doğrudan ürün ile birlikte kullanılır. Örnek: Konsantre sulandırma, Pişirme ve pastörizasyonda sıvı veya buhar halinde ısı transfer ortamı olarak. 2

3 Gıda işletmelerinde kullanılan su sınıfları Su sınıfı İşlem görmüş içilebilir su Kullanım alanı Ürün Yüksek riskli ürün kaplarının temizlenmesi Yüksek riskli hammaddenin temizlenmesi Yüksek riskli işleme ekipmanlarının temizlenmesi Kazan besleme suyu CIP besleme suyu 3

4 Gıda işletmelerinde kullanılan su sınıfları Su sınıfı İçilebilir su Kullanım alanı Ürün Kapların yıkanması Hammaddelerin yıkanması Makinelerin yıkanması Üretim alanlarının yıkanması Ürünün taşınması Ürünün işlenmesi İçme Malzeme ve kapların ön yıkanması ve son çalkalanması Isıtma ve soğutma 4

5 Gıda işletmelerinde kullanılan su sınıfları Su sınıfı Geri kazanılan sular Kullanım alanı Tuvalet rezervuarları Isıtma veya soğutma Üretim alanı dışındaki alanların yıkanması Araç yıkama Yangın söndürme Bahçe sulama 5 5

6 Buhar, gıda sanayinin belirli sektörlerinde özellikle aseptik gıda üretiminde, pişirme, evaporasyon, pastörizasyon ve sterilizasyon gibi kapalı üretim proseslerinde yaygın olarak kullanılır. İşletmede, içilebilir kalitede olmayan sular yangın söndürmede veya gıda ile teması söz konusu olmayan buhar üretiminde kullanılabilir. Böyle hatlar daima potansiyel tehlike kaynağı olarak görülmeli, kolayca tanınacak şekilde ayrılmalı, tamamen bağımsız olmalı ve içilebilir su hatları ile bağlantısı olmamalıdır. İçme suyu hattında basıncın düşmesi sonucu, içilemez suyun çekilmesine neden olan geri akış veya geri sifon önlenmelidir. Bunun için yeterli hava boşluğu ve vakum önleyici sistemler kullanılmalıdır. Gıda işletmelerinde suyun en çok kullanıldığı alanlardan biri temizliktir. Personel hijyeni, hammaddelerin temizlenmesi, işletme ve makinelerin temizliği için suya ihtiyaç vardır. 6

7 İçme suyu dezenfeksiyon yöntemleri İçme sularının arıtılmasında kullanılan koagülasyon, flokülasyon, çökeltme (sedimentasyon), filtrasyon, kireçsoda usulü ile yumuşatma, karbon ile adsorpsiyon prosesleri mikroorganizmaların tutulup sistemden uzaklaştırılmasına da hizmet eder. Arıtma için uygulanan prosesler ile sudaki patojenik mikroorganizmaların % oranındaki bir bölümü giderilebilir. Ülkemizde arıtma sistemlerinin az olması nedeni ile dezenfeksiyon çoğu kez ham suya uygulanır. Ham sudaki kolloidal maddeler fazla ve su bulanık ise dezenfeksiyon işlemi güçleşir. Çünkü organik maddeler mikroorganizmaları içlerine gizleyip dezenfektan maddeyi kendileri kullanarak yükseltgenirler. Böylece dezenfektan madde esas özelliğini yapamaz ve organik maddelerce tüketilir. 7

8 Suyun içinde mikroorganizma bulunması durumunda suyun dezenfekte edilmesi gerekir. Dezenfeksiyon işleminin birçok şekilde gerçekleştirilmesi mümkündür. Bunların en önemlileri şunlardır: Fiziksel yöntemlerle dezenfeksiyon (kaynatma, ultraviyole ışınları ) Kimyasal maddeler yardımıyla dezenfeksiyon (potasyum permanganat, ozon, halojen ve halojenli bileşiklerle (klor, kloraminler, iyot, brom, klordioksit, sodyum hipoklorit)) Diğer yöntemlerle dezenfeksiyon (çok düşük ve çok yüksek ph ortamı oluşturmak, ultra filtreler kullanmak gibi) 8

9 Klorla dezenfeksiyon (klorlama) Ülkemiz koşullarında dezenfeksiyon genellikle klorla gerçekleştirilmektedir. Klorlama işleminin amacı, suların içinde bulunabilecek patojen mikroorganizmaları yok etmektir. Klor, su içindeki patojen mikroorganizmalara etkili olduğu kadar insan ve diğer canlılar için yüksek dozlarda toksiktir. Düşük dozlarda klor patojen mikroorganizmalara yeterince etkili olamamaktadır. Klorlamanın kontrolünün sağlıklı yapılabilmesi için klorlanmış suların içindeki serbest klor miktarının ölçülmesi gerekir. 9

10 Klor ve klorlama ile dezenfeksiyon Suyun nda en çok kullanılan dezenfektan klor gazı ve klor bileşikleridir. Klor, dezenfeksiyon işlemlerinde en yaygın olarak kullanılan halojendir. Aktif klor, şehir şebeke suyuna dezenfeksiyon amacı ile katılır. Suların nda klorun tercih edilmesinin nedenleri: Sonuçların kontrol edilebilmesi Etkinliğinin başka bir deyişle yükseltgenme özelliğinin yüksek olması Uygulama kolaylığı sağlaması Dezenfeksiyon işlemi için gerekli tesisin basit olması Depolama ve nakliyesinin kolay olması Ülkemizde üretilmesi Ucuz olması Meydana gelen kloramin bileşikleri sayesinde dezenfeksiyon işleminin devam etmesi 10

11 Klor ve klorlama ile dezenfeksiyon Klor, suya karıştırıldığında suyun içindeki bazı organik maddeler ve ağır metallerle reaksiyona geçer. Tüm reaksiyonlar meydana geldikten sonra 0.5 mg/l serbest kalıntı klorun suda bırakılması, son kullanım noktasına kadar mikroorganizma faaliyetini önler. Klor, insana ve gıda ürününe zararlı birçok mikroorganizma üzerinde etkili olması nedeniyle halen yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer dezenfeksiyon yöntemlerine göre çok ucuzdur. Klor ile dezenfeksiyon, birkaç değişik formülasyona sahip klorlu kimyasallar ile yapılabilir. Bunlar: Sıvı klor ( Sodyum hipoklorit) Gaz klor (Saf klor) Toz klor (Kalsiyum hipoklorit) 11

12 Sıvı Klor Klor ülkemizde çoğunlukla sıvı klor olarak kullanılmaktadır. Sıvı klor, kimyasal adı ile sodyum hipoklorittir. Azami %15 aktif klor içerir. Ayrıca kloru su içinde tutabilmek için kostik (NaOH) de içerir, bu nedenle çok yüksek ph derecesine sahiptir. Sıvı klor sudan 1,5 kat daha ağırdır. Sıvı klor uygulamasında bazı dezavantajların da olduğu bilinmeli ve uygulamada bunlar göz önünde bulundurulmalıdır. Sıvı klor, suyun ph derecesini artırır; ph derecesi yükseldiğinde klorun dezenfeksiyon etkisi azalır. Sıcak mevsimlerde sıvı klor içindeki aktif klor, gaz halinde uçar ve sıvı içindeki aktif klor miktarı çok azalır. Sıvı klor suya katıldığında aşağıdaki kimyasal reaksiyonu oluşturur: NaClO ( Sodyumhipoklorit) + H 2 O HOCl (Hipoklorit asit) + NaOH Hipoklorit asit=hipokloröz asit 12

13 Gaz Klor Klor içeren dezenfeksiyon kimyasalları içinde en saf olanı (%100 aktif klor), gaz klordur. Ülkemizin sanayi bölgelerinde piyasada bulunabilen gaz klor, diğer klorlu dezenfektanlardan daha ucuzdur ve çok daha randımanlı olarak suyu dezenfekte eder. Çünkü hem saftır, hem de suyun ph derecesini biraz düşürür. Bu nedenle sıvı klora göre daha az miktarda kullanılabilir ve çok iyi dezenfeksiyon görevi yapar. Soluduğumuz havada gaz klor bulunması zehirleyicidir. Bu nedenle, gaz klorun uygulanmasında kullanıcı için çok detaylı emniyet tedbirleri alınması gerekir. Gaz klorun bu tehlikeli özelliği, uygulamada bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu nedenle klorun az kullanıldığı işletmelerde gaz klor kullanmak pratik değildir. Çok klor tüketen büyük gıda işletmelerinin ve şehir şebeke suyunun nda gaz klor kullanımı için uygun gaz klor tesisi kurulmalıdır. 13

14 Gaz klor, suya katıldığında aşağıdaki kimyasal reaksiyon oluşur: (Gaz Klor) Cl 2 + H 2 O HOCl (Hipoklorit asit )+ HCl - (Hidroklorik Asit) Klor gazının bazı özellikleri: Sarımsı yeşil bir gazdır. Çok keskin bir kokusu vardır. Havadan 1,5 2,5 kat daha ağırdır. Bir sıvıda kolayca yoğunlaşabilir. Kuru olduğu zaman metallere etkisi yok denecek kadar azdır. Islak halde, metallere etkisi çok fazladır. Korozyona sebep olur. Boğaz, burun ve dil yüzeylerini tahriş eder. Klor konsantrasyonu % 0,1 olan hava 5 dakika solunursa ölüme neden olur. 14

15 Ayrıca klor gazı ve bileşiklerinin kullanılmasında dikkat edilmesi gereken konular şunlardır: Klor gazı çok zehirli ve tahriş edici bir gazdır. Dikkatli ve bilinçli kullanılmalıdır. Fazla kullanılması halinde suyun lezzet ve kokusunu bozar. Suya yeterli miktarda ilave edilmelidir. Kloritin (ClO 2 ) kanda hemoglobini okside ederek vücuttaki görevini yapamaz duruma getirir. Diğer taraftan kloraminlerin mutajen maddeler olduğu, insan sağlığı üzerinde zararlı etkilere yol açtığı bilinmektedir. Klor (Cl 2 ) ile dezenfekte edilecek suya endüstriyel atıkların karışması sonucu veya organik parçalanmalardan fenolik maddeler meydana gelmiş ise su ile fenol arasında kloro-fenol bileşikleri meydana gelir. Bu bileşikler içme suyunda 0.01 mg/l den daha az düzeyde bulunsa dahi suyun tadını bozar. İçme suyunun klor ile nda ayrıca klorlu hidrokarbon 15 bileşikleri de (haloformlar) meydana gelir.

16 Toz Klor İnsan sağlığına zararlı olmayan toz klor, piyasada kalsiyum hipoklorit Ca(ClO) 2 şeklinde bulunur. Toz klor genelde %65-70 serbest klor içerir. İşletmelerde toz klor kullanılırken ambalajı üzerindeki bilgiler dikkatlice okunmalıdır. Toz klor nötürdür ve suyun ph derecesini değiştirmez. Ayrıca ambalaj içinde uzun süre bekleyebilir, bu sırada içindeki klor kaybolmaz. Toz klor, sıvı klora kıyasla kontrolü daha kolay bir dezenfektandır. Kalsiyumlu toz klor suya katıldığında aşağıdaki reaksiyon oluşur: Ca(ClO) H 2 O 2 HOCl + Ca(OH) 2 Kalsiyum hipoklorit Hipoklorik asit Kalsiyum hidroksit 16

17 Fazla klorlama yapıldığında kalıntı klor düzeyinin normal sınırlara getirilmesi amacıyla klor giderme işlemi yapılır. Klor giderme işlemi için kullanılan yöntemler: Bunun için uzun süreli ve güneş ışınlarına açık bir depolama Aktif kömür adsorpsiyonu Kükürt dioksit, Sodyum tiyosülfat Sodyum bisülfit gibi bileşikler, fazla kloru almada kullanılan kimyasallardır. 17

18 Klorun Su Dezenfeksiyonundaki Etkisi Dezenfeksiyon işleminin etkisi; Suda bulunan aktif klor miktarına (mg/l cinsinden), Suyun ph derecesine, Serbest klorun sudaki mikroorganizmalar ile temas süresine, Suyun sıcaklığına bağlıdır. Suyun içindeki aktif klor miktarının dezenfeksiyona etkisi suyun ph derecesine bağlıdır. Serbest klorun sudaki dezenfeksiyon gücü suyun ph derecesine göre çok değişir. Düşük ph derecesinde serbest klor yüksek dezenfeksiyon gücüne sahipken, suyun ph derecesi 7,5 in üzerine çıktığında dezenfeksiyon gücü %50 nin altına düşer. 18

19 ph değeri ve klorun aktif olma düzeyi ph Aktif klorun aktif olma oranı

20 Suya katılan ve aktif klora dönüşen klor, suda bulunan bazı maddeler ile reaksiyona geçer. Aktif kloru tüketen maddeler; mikroorganizmalar, organik maddeler, suda çözünmüş halde bulunan demir ve mangan gibi okside olabilen metallerdir. Klorun dezenfeksiyon etkisinin ölçülmesi için su içine konan klor miktarı değil, tüketilen klordan sonra geriye kalan aktif klor miktarı önemlidir. Asgari klor bakiyesi ve ph değeri ph değeri Asgari klor bakiyesi Serbest (ppm) Bağlı (ppm) 7.0 ye kadar den sonra

21 Sular klorlanacağı zaman suyun çeşitli özellikleri bilinmelidir. Ancak böyle bir olanak yoksa aşağıdaki tabloya göre klor solüsyonu hazırlanarak kullanılmalıdır. Kalıntı klorun normal değeri ppm ( milyonda bir kısım) dir. Kalıntı klor, belirli bir temas süresi sonunda sudaki organik maddeler ve mikroorganizma için gerekli klor ihtiyacı karşılandıktan sonraki klor miktarıdır. Su kalitesi ve verilmesi gereken asgari klor dozları Suyun kalitesi Başlangıç olarak verilecek asgari klor dozu (mg/l) Az miktarda bakteri içeren sular 1.00 Kuyu suları 1.50 Çıkışı bulunmayan memba suları 1.25 Filtre edilmiş sular 1.25 Baraj suları 2.50 Kirli yüzey suları

22 Kalıntı klor türleri Sulara hangi klor türünün kullanılacağına dair seçim yapılıp klorun sularda uygulanmasının ardından istenen dezenfeksiyon seviyesinin ölçüm ve takibi gerekir. Bunun için üç tip klor bakiyesinin ölçümü yapılmalıdır: Serbest, bağlı ve toplam klor. Bağlı Klor Bağlı klor, klorun bir organik yapı içine girerek onun parçalamadan önceki halidir. Cl 2 + H 2 O HCl + HOCl NH 3 + HOCl NH 2 Cl + H 2 O (Monokloramin ) NH 2 Cl + HOCl NHCl 2 + H 2 O (Dikloramin ) NHCl 2 + HOCl NCl 3 + H 2 O (Trikloramin ) 2NCl 3 N 2 + 3Cl 2 Klorun azotla yaptığı NH 2 Cl, NHCl 2 ve NCl 3 gibi bileşiklere kloramin denir. Başka bir ifadeyle suların amonyak ile reaksiyonu sonucu oluşan bileşiklere verilen addır. Kloraminler (=Bağlı Klor) yoğun olarak oluşması durumunda karakteristik klor kokusuna neden olurlar ve mukozada ve vücutta irritasyona yol açar. 22

23 Serbest Klor Sulardaki HOCl ve OCl (hipoklor iyonu) konsantrasyonlarının toplamıdır. Serbest klor, dezenfeksiyon ajanı olarak tüm mikroorganizmaları öldürür ve organizmaları okside eder. Uygun dozlarda serbest klor hiçbir şekilde tat veya koku ile algılanamaz ve hiçbir irritasyona neden olmaz. Klorun HOCl, OCl ve Cl - şeklindeki bileşiklerine serbest klor denir. Bağımsız hazır klor artığı denilince akla hipoklorit asit (HOCl) gelmektedir. Hipoklorit asit zayıf bir asittir ve aşağıdaki iyonlara ayrışmaktadır. H 2 O + Cl 2 HOCl + HCl HOCl H + + OCl - 23

24 Bu çözülmenin derecesi suyun ph değerine bağlıdır. ph 5 düzeyinde sıcaklık 20 C de ise hipoklorit asit solüsyonunun % 100 ü HOCl şeklindedir. Suyun ph derecesi yükseldikçe ayrışma başlar ve ph 8 olduğu zaman sadece % 23,2 si HOCl, geri kalan %76,8 i ise OCl şekline dönüşmüştür. OCl iyonunun mikroorganizma öldürme özelliği HOCl a kıyasla çok azdır. Toplam Klor Serbest klor ve bağlı klor konsantrasyonlarının toplamıdır. 24

25 Klor ihtiyacı, kalıntı klor tespiti Suya verilen klorun bir kısmı, suyun içerdiği organik maddelerle reaksiyona girerek harcanır. Dezenfektan etki ve organik maddelerle birleşme faaliyetleri aynı zamanda meydana gelir. Fakat organik maddelerin ihtiyacı karşılanmadan mikroorganizma öldürme etkisinin başlamayacağı bilinmelidir. Klor ihtiyacı, devam eden bir reaksiyondur, 10 dakika veya kabul edilen başka bir süre sonundaki klor ihtiyacı yaklaşık bir fikir vermeğe yarar. Sonra bu ihtiyaç, uygulanan klor dozu ile artar. Sulardaki artık klor miktarını tayin etmek, bir suyun klorla gerektiği şekilde dezenfekte edilip edilmediğini anlamak için yapılan bir kontroldür. 25

26 Su sertliği Sertlik terimi, suda bulunan çok değerli (polivalan) iyonların sayısını, özellikle de kalsiyum ve magnezyum miktarını belirtmek için kullanılır. Başka bir ifade ile sertlik, suyun içerisinde çözünmüş +2 değerli iyonların (Ca +2, Mg +2, Sr +2, Fe +2, Mn +2 vb.) varlığının sonucudur. Doğal sularda Ca +2 ve Mg +2 iyonları diğer iyonlardan daha fazla bulunduklarından çoğunlukla sertlik Ca +2 ve Mg +2 iyonlarının konsantrasyonlarının toplamı olarak ifade edilir. Diğer iyonlar genellikle kompleks formda olduklarından sertliğe fazla bir katkıları yoktur. Su sertliğine neden olan iyonlar, gözenekli toprak yada jeolojik oluşumda (su tutan yeraltı taş ve çakıl katmanı) bulunan minerallerin sızmasıyla su kaynağına girerler. 26

27 Kalsiyum içeren yaygın mineraller kalsit (kalsiyum karbonattan meydana gelen taş) ve alçıtaşıdır. Hem kalsiyum hem magnezyum bulunduran mineral ise dolomittir (CaMg(CO 3 ) 2 ). Sert sular, sağlığa doğrudan zararlı olmasa bile yemek pişirmeye ve içmeye elverişli değillerdir. Ayrıca bu nitelikteki su, çamaşır yıkamada ya da sanayide kullanılırsa, çok sabun sarfına neden olacağı gibi kazan ve boruların içine kireç tabakasının yığılmasına da yol açar. Aşağıdaki denge reaksiyonu kalsiyum karbonat tabakalarının oluşumunu ve çözülmesini göstermektedir. CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3 Isıtma sistemlerinde kalsiyum karbonat kireç tortusu oluşturmaktadır. Çaydanlıklarda, su ısıtıcılarında, sıcak su ısıtma sistemlerinde görülür. Yumuşatıcılar kullanılarak kalsiyum ve magnezyum iyonları uzaklaştırılabilmektedir. 27

28 Su sertliği geçici ve kalıcı sertlik olmak üzere iki tiptir. Geçici sertlik (karbonat sertliği) Geçici sertlik, suda çözünen bikarbonatların (kalsiyum bikarbonat ve magnezyum bikarbonat) neden olduğu sertlik tipidir. Bu mineraller suda çözündüklerinden, ortamda kalsiyum ve magnezyum katyonları (Ca +2 ve Mg +2 ) ile karbonat ve bikarbonat anyonları (CO 3-2, HCO 3- ) vardır. Ortamda metal katyonların bulunması kalıcı sertliğin nedenidir. Sülfat ve klor bileşiklerinin neden olduğu kalıcı sertliğin tersine, geçici sertlik suyun kaynatılmasıyla veya suya aktif kireç (kalsiyum hidroksit) ilavesiyle karbonat şeklinde çökerek azaltılabilmektedir. Kaynatma işlemi, bikarbonattan karbonat oluşumunu teşvik etmektedir ve oluşan kalsiyum karbonat dibe çökmektedir. Oluşan CO 2 uçarak sudan ayrılmaktadır. Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 MgCO 3 + CO 2 + H 2 O Kalsiyum karbonat ve magnezyum karbonat birikintileri, ısı transferini azaltır ve çamur halinde çöktüğünde suların akışına engel olur. 28

29 Kalıcı sertlik Kalıcı sertlik, kaynatma ile uzaklaştırılamayan sertliktir. Kalıcı sertliğe, karbonat olmayan sertlik veya mineral asit sertliği de denir. Bu sertliğin nedeni sudaki kalsiyum ve magnezyum sülfatlar ve klorürlerdir. Bunlar dışında; nitratlar, fosfatlar ve silikatlar da kalıcı sertlik nedeni bileşiklerdir. Bu bileşikler sıcaklık arttıkça daha da çözünür hale gelirler. Kalıcı sertliği gidermek için suya, soda (Na 2 CO 3 ) ve sodyum hidroksit (NaOH) ilave edilerek kalsiyum ve magnezyumun suda erimeyen karbonat ve hidroksitleri oluşturularak çöktürülür. 29

30 Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) tarafından sular sertliklerine göre, CaCO 3 olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılır: Yumuşak sular Orta sert sular Sert sular Çok sert sular 0-75 mg/l mg/l mg/l 300 mg/l ve üstü 30

31 Suların sertlik derecesinin tanımlanması Suların sertlik derecelerine göre tanımlanmasında kullanılan birimler değişiktir. Ülkemizde Fransız sertlik derecesi kullanılır. Bu ölçüme göre; bir Fransız sertlik derecesi, litrede 10 mg kalsiyum karbonata eşittir. Çok yumuşak sular sertlik derecesinde, Çok sert sular 54 ve daha fazla sertlik derecesindedir. Suların sertliği 100 ml (veya 1 litre) suda kalsiyum oksit veya karbonatlarının miktarı ölçü alınarak miliekivalan veya "sertlik derecesi" birimi ile ifade edilir. İçme suyu ile ilgili ölçümlerde miliekivalandan ziyade sertlik derecesi birimi tercih edilir. 31

32 Çeşitli ülkeler farklı sertlik dereceleri kullanmaktadır. Bunlar arasında en sık kullanılanları ve karşılığı olan kalsiyum oksit veya karbonat miktarları şu şekildedir; 1 Alman sertlik derecesi =100 ml suda 1 mg CaO (10mg CaO/l) **1 Fransız sertlik derecesi =100 ml suda 1 mg CaCO 3 (10 mg CaCO 3 /l) 1 USA sertlik derecesi =100 ml suda 0.1 mg CaCO 3 (1mg CaCO 3 /l) 1 İngiliz sertlik derecesi =700 ml suda 10 mg CaCO 3 32

33 Sertlik derecelerine göre suların sınıflandırılması Suyun Sertliği Alman Fransız İngiliz Çok yumuşak Yumuşak Orta sert Oldukça sert Sert Çok sert 30'dan fazla 54'den fazla 37.5'ten fazla (ABD sertlik derecesi = Fransız sertlik derecesi x 10) (1 Fransız SD = 0.56 Alman SD. = 0.70 İngiliz SD.) (CaO= 56.1 g/mol, CaCO 3 =100.1g/mol) 33

34 Sularda sertlik derecesinin belirlenmesi Suların sertlik derecesini ölçülebilmesi için kullanılan en pratik yöntem sabun solüsyonu yöntemi dir. Bu yöntemde; sertliği veren Ca ve Mg elementleri, sabundaki sodyum veya potasyumun yerine geçerek suda çözünmeyen bileşikler yapmaktadır. Sabun solüsyonu kullanarak suda devamlı bir köpük elde edilmeye çalışılır. Bu işlemde harcanan sabun solüsyonu miktarı genel sertlik hakkında bilgi verir. Su kaynatıldıktan sonra yine aynı yöntemle kalıcı sertlik ölçülebilir. Geçici sertlik = Genel sertlik Kalıcı sertlik formülü kullanılarak hesaplanmaktadır. 34

35 Kantitatif ölçümler; hesap yöntemi ve EDTA titrimetrik yöntemidir. Hesap yöntemi- Sertlik oluşturan iyonların tek tek belirlenip toplanması yöntemi olup, en hassas, fakat uzun bir yöntemdir. EDTA titrimetrik yöntem-titrasyon çözeltisi olarak kullanılan EDTA veya bunun sodyum tuzu, Ca +2, Mg +2 ve diğer iki değerlikli sertlik nedeni iyonlarla kompleks oluştururlar. M ++ + EDTA M-EDTA kompleksi 35

36 Sert suyun etkisi Sert sularda sabun çözeltisi, köpük oluşturmak yerine beyaz bir çökelti oluşturmaktadır. Bu etki, ortamdaki +2 değerlikli iyonların sabunun surfaktan özelliğini engellemesi ve katı halde çökelti oluşturması ile oluşur. Bilindiği gibi sert sular kalsiyum ve magnezyum iyonları içerir. Bu iyonlar sabunun yağ asitleri ile reaksiyona girer. Bu durum teknik olarak kireç sabunu (kalsiyum sabunu) olarak adlandırılır. 2 C 17 H 35 COO - Na + + Ca +2 (C 17 H 35 COO) 2 Ca + 2 Na + 36

37 Bu reaksiyonda, sabundaki sodyum iyonu, kalsiyum iyonuyla yer değiştirir. Bu oluşum, giysi ve bulaşık yıkamada etkisiz bir durum yaratır. Bu nedenle köpük oluşumu için fazla miktarda sert su kullanılması gerekir. Saç yıkamada, oluşan bu bileşik saça yapışır. Sentetik deterjanlar, sert suyun olumsuz etkisinden daha az etkilenir. Buna göre sert su, fazla sabun tüketimine neden olan ve sabunun köpürme özelliğini etkileyen bir özelliktedir. 37

38 Sert su, su tesisatlarında tıkanmalara neden olur. Bu tıkanmaların nedeni başlıca kalsiyum karbonat (CaCO 3 ), magnezyum hidroksit (Mg(OH) 2 ) ve kalsiyum sülfat (CaSO 4 ) tabakalarıdır. Kalsiyum ve magnezyum karbonatlar borularda ve ısı değiştiricilerin yüzeylerinde çözünmez, beyaz olmayan kireç tabakaları oluştururlar. Bu oluşumun nedeni, bikarbonat iyonlarının ısıl yolla parçalanmasıdır. Bu sert tabakalar boruların tıkanmasına, ısı akışının engellenmesine, pastörizasyon sistemlerinde aşırı ısınma sonucu sistemin bozulmasına ve korozyona neden olur. 38

39 Suyun sertliğini giderme yöntemleri - Havalandırma: Bu yöntemle, suda erimiş halde bulunan bikarbonatların CO 2 i uçurulmuş olur. Böylece suda erimeyen bikarbonat tuzları çöktürülerek, su yumuşatılmış olur. - Kalsiyum oksit (CaO) ile muamele etmek: Böylece suda erimiş bulunan Ca ve Mg tuzları, erimeyen Ca ve Mg tuzları halinde çöktürülmüş olur. - Sodyum karbonat (Na 2 CO 3 ) ile muamele etmek: Böylece suda suda erimiş bulunan Ca ve Mg tuzları, erimeyen Ca ve Mg tuzları halinde çöktürülmüş olur. CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4 - Zeolitler (Z) kullanılarak sertlik azaltılabilir: 1) Tabii zeolit: Yeşil kum veya killerden elde edilir. 2) Sentetik zeolitler: Vebolitlerdir. Na 2 Z + (Ca,Mg) CO (Ca,Mg) Z + Na 2 CO 3 (Ca,Mg) Z + 2 NaCl ---- Na 2 Z (erimez kalır) + (erir geçer) (Ca,Mg) Cl 2 - Resinler (reçineler) 39

40 Su sertliğini gidermede kullanılan yöntemlerin temel ilkesi, Ca +2 ve Mg +2 iyonlarının uzaklaştırılması ve bunların bir moleküle bağlanarak, sabunla etkileşmesinin önlenmesidir. Bu iyonların uzaklaştırılması iyon değiştirme ve çöktürme yöntemleriyle yapılmaktadır. Bu iyonları ayıran kimyasallara kelat maddeleri denir. Ca +2 ve Mg +2 iyoları uçucu olmayan tuzlar olduklarından destilasyon yöntemiyle de ayrılabilirler. Fakat bu yöntem pahalı olması nedeniyle tercih edilmemektedir. 40

41 İyon değiştirici reçine yöntemi Evlerde kullanılan yumuşatıcıların çoğu iyon değişim esasına dayanmaktadır. İyon değiştirici sistemler sodyum iyonu (Na + ) içerirler. Bu sistemden geçirilen suda bulunan sertliğe neden olan iyonlar Ca +2 ve Mg +2, Na + ile yer değiştirirler. İyon değiştirici reçineler, Na + bağlanmış anyonik fonksiyonel gruplar içeren organik polimerlerdir. Zeolit adı verilen mineraller de iyon değiştirme özelliği gösterirler. Bu mineraller çamaşır deterjanlarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Sert su, reçine yatağından geçirilir. Negatif yüklü reçineler +2 değerlikli metal iyonlarını absorbe eder ve bağlarlar. 2RNa (katı) +M +2 (sulu) R 2 M (katı) +2Na + (sulu) M : Mg veya Ca 41

42 42

43 Reçineler başlangıçta bir değerli (+1) iyonlar içerir. Bunlar sodyum veya potasyumdur. Divalent kalsiyum ve magnezyum iyonları bu iyonlarla yer değiştirir. Dolayısıyla yumuşatılmış suda Na + iyonları fazlaca bulunur. Belli miktarda sert su, reçine yatağından geçtikten sonra, reçine tanecikleri tamamıyla, sertlik mineralleriyle kaplanır. Bu durumda, sertlik minerallerinin tutulması son bulur. Sertlik iyonlarının, tekrar sudan tutulabilmesi için reçine taneciklerinin, sertlik minerallerinden kurtarılarak, tekrar sodyum taneciklerinin bağlanması gereklidir. Bu işleme 'rejenerasyon' adı verilir. Reçinedeki Ca +2 ve Mg +2 iyonları, sodyum klorür veya sodyum hidroksit çözeltileri kullanılarak uzaklaştırılır. Anyonik reçineler için sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit çözeltileri kullanılır. 43

44 Kelatörlerle su yumuşatma Şampuanlar ve gıda koruyucuları gibi bir çok ticari üründe su yumuşatıcısı olarak kelat maddeleri kullanılmaktadır. Sabun ve çamaşır deterjanlarında suyu yumuşatmak için sitrik asit kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan sentetik kelatör etilendiamintetraasetik asit (EDTA) dır. 44

45 Sert suların sağlık üzerine etkisi Suyun sertlik derecesinin sağlık üzerine zararlı bir etkisi yoktur. Hangi sertlik derecesinde bulunan suların içilmemesi için de limit söylenemez. Suyun içerdiği kalsiyum, vücuda fizyolojik olarak gereklidir. Özellikle büyüme ve gelişme çağındaki kimseler, günlük kalsiyum ihtiyaçlarının büyük bir kısmını sulardaki kalsiyum tuzları ile karşılarlar. Sert su, kurşun ve bakır gibi toksik metal iyonlarının çözünürlüğünü azalttığı için daha sağlıklıdır. 45

46 Yumuşak suların kaygan özelliği neden kaynaklanır? Sert sular kalsiyum ve magnezyum iyonları içerir. Su yumuşatıcılar bu iyonları sodyum ve potasyum iyonları ile yer değiştirmek suretiyle uzaklaştırırlar. Yumuşak sularla sabun kullanıldığında hissedilen kayganlık hissi, sabunun deri yüzeyindeki yağlara bağlanma eğilimi göstermesi ve sabun moleküllerinin basit bir çözelti oluşturarak kiri uzaklaştırmada zorlanmasıdır. Tam tersine sert sularda bulunan kalsiyum ve/veya magnezyum iyonları (çözünmez stearatlar oluştururlar), deriden kalıntı sabunu etkili bir şekilde uzaklaştırırlar. Fakat bu çözünmez stearatları lavabo, küvet ve duş başlıklarına bırakırlar (sabun kalıntısı). 46

47 İçme Suyunda Ölçümü Yapılan Parametreler Koliform Bakteriler Bulaşıcı bağırsak hastalıkları, dışkı ile kirlenmiş sular vasıtasıyla taşınırlar. Enfeksiyonlu kişilerin dışkılarında bulunan patojen, yani hastalık yapan organizmalar arasında bakteriler, virüsler, parazitler, protozoalar ve parazitik kurtlar yer alır. Su kaynaklarının dışkı ile kirlenip kirlenmediğini tayin etmek için aslında kendisi patojen olmayan koliform bakteriler indikatör organizma olarak kullanılır. Bu indikatör organizmaların tipik örnekleri Escherichia coli ve fekal streptokok bakterilerdir; her ikisi de insan barsaklarında bulunurlar. Bu organizmaların içme suyunda hiç bir surette bulunmamaları gerekir. Sıcaklık Bu parametre tamamen damak tadına hitap etmektedir. En uygun sıcaklık C civarındaki sudur. Çeşitli standartlarda sıcaklık değeri şöyledir: TSE: C EC: C 47

48 ph: Suyun ph'sı, içinde çözünmüş halde bulunan CO 3-2, HCO 3-, CO 2 ve OH - iyonlarına bağlıdır. ph'sı düşük, yani asidik olan sularda CO 2 ve H + iyonları baskındır. ph'sı 6.5'dan düşük olan sular asidiktir ve dolayısıyla aşındırıcı bir etkiye sahiptir. Buna bağlı olarak arıtma tesislerinde, şebeke sisteminde ve evlerde metaller üzerinde aşındırıcı etki yapmaktadır. Bu yüzden içme suyunda ilave kirlilik yaratmaktadır. ph'sı 9.5'ten fazla olan suda tat problemi ortaya çıkar; suya sabunumsu bir kayganlık hissi verir. Ayrıca, bu tür suların vücutta taş yapma özelliği vardır. ph'nın düşük ya da yüksek olması en başta endüstriyel kirlenmeye bağlıdır. Ayrıca, suyun geçtiği topraklar da ph'yı etkilemektedir. Yine, organik maddelerin su içinde bozunması sonucu suyun ph'sı değişebilir. NH 3 oluşumunda ph yükselir; CO 2 ve H 2 S oluşumunda ise ph düşer. Çeşitli standartlarda ph değeri şöyledir: TSE: EC: WHO: EPA:

49 Renk Suda renk fazlalığı istenmez. Çünkü bu durum, suda çözünmüş halde bulunan demir, mangan, krom, nikel gibi metal iyonları ile organik bileşiklerin varlığını göstermektedir. Ayrıca, estetik açıdan da suda renk istenmemektedir. Sudaki renk, bitkilerin bozuşması, toprak yapısı, evsel ve endüstriyel kirlenme sonucu olabilir. Çeşitli standartlarda renk değeri şöyledir: TSE: 20 birim WHO: 1-15 birim EPA: 1-15 birim 49

50 Bulanıklık Bulanıklık öncelikle görsel açıdan önemlidir ve suyun tadını da etkiler. Suda bulunan askıdaki katı maddeler ve çözünmüş organik maddeler bulanıklığa neden olmaktadır. Dolayısıyla, istenmeyen maddelerin varlığına işaret etmektedir. Öte yandan, bulanıklığı yüksek olan sular klorlandığı zaman, çok daha zararlı ürünlerin ortaya çıkacağından kuşkulanılmaktadır. Bu yüzden iyi bir klorlama için bulanıklık, 1 değerinden düşük olmalıdır. Bulanıklığın kaynağı, endüstriyel kirlenme, evsel kirlenme ve doğal bozunma olabilir. Çeşitli standartlarda bulanıklık değeri şöyledir: TSE: 1 NTU EC: 1 NTU WHO: 5 EPA: 1 Nephelometric Turbidity Unit (NTU) 50

51 İletkenlik İletkenlik suda çözünmüş iyonların bir fonksiyonudur. Bu nedenle, izleyici bir parametredir. İçme suyunda iletkenlik artışı, suyun kirlendiğini ya da suya deniz suyunun karıştığını göstermektedir. Çeşitli standartlarda iletkenlik değeri şöyledir: TSE: 2500 µmhos/cm; EC: <400 µmhos/cm Micromhos: ısıl iletkenlik birimi 51

52 Klorür (Cl) Klorür, suda tat ve aşındırma problemi yaratır. Fazlası tuzluluk hissi verir. Şebeke sistemini, şofbenleri, çamaşır ve bulaşık makinelerini olumsuz yönde etkiler. Sürekli içimi halinde böbrek ve yüksek tansiyon problemleri ortaya çıkabilir. Ayrıca, izleyici bir parametredir. Artması halinde ya deniz katkısı ya da endüstriyel bir kirlenmeden şüphe edilmelidir. Çeşitli standartlarda klorür değeri şöyledir: TSE: 600 mg/l; EC: 250 mg/l; WHO: 250 mg/l; EPA:250 mg/l. Serbest Klor Suya dezenfeksiyon için katılır. Fazlası tat ve koku problemine yol açar. Ayrıca, oluşabilecek yan ürünler suda önemli ölçüde sağlık problemleri oluşturur. Özellikle, sağlık açısından sorun teşkil eden yan ürünleri arasında trihalometanlar (THM), klorofenoller, klorlu organik bileşikler bulunmaktadır. Karsinojen olabilirler; kötü koku yaparlar; tadı olumsuz etkilerler. Bu yüzden renkli ve bulanık sularda klorlama yapılmamalıdır. Çeşitli standartlarda serbest klor değeri şöyledir: TSE:0.5 mg/l CI 2 WHO:5 mg/l Cl 2 52

53 Sülfatlar Suların tadını bozarlar ve aşındırıcı etki meydana getirirler. Fazla sülfatlı sular acımtıraktır, ishale sebep olabilirler. Aşındırıcılığı daha çok metal aksamlar ve beton sistemlerde görülür. Kaynağı evsel ve endüstriyel kirlenmedir. Çeşitli standartlarda sülfat değeri şöyledir: TSE: mg/l S0 4 EC: mg/l SO 4 WHO: 250 mg/l S0 4 EPA: 250 mg/l S0 4 Kalsiyum Kalsiyumun vücut açısından doğrudan zararlı etkisi yoktur. Hatta, kemik yapısı için yararlı olabileceği bile iddia edilmektedir. Ancak, içim bakımından problem teşkil eder. Öte yandan, suyun taş yapma potansiyeli de artar. Çok düşük olması aşındırıcı etki yaratabilir. Sudaki kalsiyum suyun geçtiği toprak yapısına bağlıdır. Çeşitli standartlarda kalsiyum değeri şöyledir: TSE: 200 mg/l Ca EC: 100 mg/l Ca 53

54 Magnezyum Fazla olması durumunda gözlerde tahribata yol açar. ishal yapıcı etkisi ortaya çıkar. Sudaki magnezyum, suyun geçtiği toprak yapısına bağlıdır. Suya acılık verir. Çeşitli standartlarda magnezyum değeri şöyledir: Sodyum TSE: 50 mg/l Mg EC: 50mg/l Mg Fazlası tat problemi oluşturur. Tuzluluk hissi verir. Soydum fazlalığı evsel ve endüstriyel kirlenme, toprak yapısı ve deniz katkısından kaynaklanabilir. Çeşitli standartlarda sodyum değeri şöyledir: TSE: 175 mg/l; EC: 200 mg/l; WHO: 200 mg/l 54

55 Potasyum Etkisi sodyuma benzerdir. Kaynağını endüstriyel kirlenme, tarımsal gübreler ve toprak yapısı oluşturur. Çeşitli standartlarda potasyum değeri şöyledir: TSE: 12 mg/l K Alüminyum Fazlası suyun rengini bozar, bulanık mavimtrak görüntü verir. Böbreklerde tahribat yapar. Alzheimer hastalığı yaptığına dair iddialar vardır. Alüminyum fazlalığı, su arıtımında aşırı alüminyum sülfat kullanılmasından, endüstriyel kirlenmeden veya toprak yapısından kaynaklanabilir. Çeşitli standartlarda alüminyum değeri şöyledir: TSE: 0.2 mg/l ; EC: 0.20 mg/l ; WHO: 0,20 mg/l EPA: 0,20 mg/l 55

56 Sertlik Bazı standartlarda maksimum sınır olarak 500 mg/l CaCO 3 verilir. Çok sert suların içimi hoş olmaz; bu tür sularda sabun köpürmez, dolayısıyla daha fazla sabun harcanır. Ayrıca, taş yapma özelliğinden dolayı sıcak su tesislerinde istenmez. Sertliğin düşük olması ise aşındırıcı etkiye yol açar. Suların sertliği toprak yapısından kaynaklanmaktadır. WHO: 500 mg/l CaCO 3 56

57 Nitratlar Sürekli olarak yüksek oranda nitrat içeren suları içmek (6 ay) ölüme, boğaz hastalıklarına ve kan hastalıklarına yol açabilir. Bebeklere kesinlikle nitratlı sular içirilmemelidir. Midelerinde nitrite indirgenerek mavi hastalık denilen kan zehirlenmesine neden olur ve ölüme sebebiyet verir. Evsel ve endüstriyel kirlenmeden ve tarımda kullanılan gübrelerden kaynaklanır. Çeşitli standartlarda nitrat değeri şöyledir: TSE: 50 mg/l EC: 50 mg NO 3 /l Nitritler Nitratlara benzer etki gösterirler, ancak çok daha tehlikelidirler. Kan zehirlenmesine, kanda oksijen taşınmasını engelleyerek oksijensizlikten boğulmaya sebep olurlar. Kaynağını endüstriyel kirlenme ve gübreler oluşturur. Çeşitli standartlarda nitrit değeri şöyledir: TSE: 0.5 mg NO 2 /l 57