İÇME SULARININ DEZENFEKSİYONUNDA NANOMATEYALLERİN KULLANIMI Behzat Balcı, F. Elçin Erkurt, E. Su Turan Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Giriş İçme sularında dezenfeksiyon, mikroorganizmalardan bulaşabilecek hastalıkların engellenmesinde hayati bir uygulamadır. 1991-2002 yılları arasında sadece Amerika da su kaynaklı mikroorganizmalara bağlı olarak; 433947 hastalanan kişi rapor edilmiştir.bu durum mevcut kullanılan dezenfektanların yetersizliğinden oluşabilmektedir.
Dünya sağlık örgütünün 2004 raporuna göre dünya genelinde 1,1 milyar insan güvenli içme suyuna ulaşamamakta olduğu ve her yıl çoğunluğu 5-6 yaş çocuklardan oluşan 2,2 milyon kişinin suya bağlı hastalıklardan ortaya çıkan diare sonucu hayatını kaybettiği bildirilmiştir.
Nanomateryaller mükemmel adsorplayıcılar, katalizörler ve yüksek reaktiviteye sahip özellikte maddelerdir. Bu özellikleri, spesifik olarak büyük olan yüzey alanlarından kaynaklanmaktadır. Bunun yanında pek çok doğal ve mühendislik sonucu üretilmiş olan nanomateryaller, güçlü antimikrobiyal özellikler göstermektedir. Nanomateryaller
Kimyasal dezenfektanların yanında bu güçlü antimikrobiyal nanomateryaller çok güçlü oksitleyici değillerdir ve su içerisinde kısmen inert yapıdadır. Bundan dolayı, DYÜ nin oluşum riski karşısında önemli bir avantaj sahibi olduğu görülmektedir.
Antimikrobiyal özellikli nano partiküller Titanyum Dioksit Titanyum dioksit (TiO 2 ) sulardaki patojenlerin inaktive edilmesinde yaygın kullanılan bir nano partiküldür. TiO 2 ile mikroorganizmaların inaktivasyonu, mikroorganizmaların tipine TiO 2 in konsantrasyonuna, ışığın yoğunluk, dalga boyuna, ph a, sıcaklığa ve temas süresine bağlıdır.
TiO 2 partikülleri, UV/solar ışınlama altında hidroksil radikalleri, süper oksit radikal ve hidrojen peroksit gibi bazı reaktif oksijen türlerinin oluşmasıyla mikroorganizmaları inaktive eder. Reaktif oksijen türleri genellikle hücre duvarının parçalanması, DNA ve proteinlerin hasara uğratılması ve elektron transferinin engellenmesi şeklinde mikroorganizmaların inaktivasyonunu gerçekleştirir.
TiO 2 in fotokatalitik aktivitesinin artırılmasında bazı metallerin kullanılması önemli etki yaratmaktadır. Özellikle gümüş, bu metaller içerisinde ön plana çıkmaktadır. %1 lik gümüş ile birlikte TiO 2 kullanılması halinde içme sularında 10 7 CFU/mL E. coli yi tamamen gidermek için gerekli süre 65 dk dan 16 dk ya kadar düşebilmektedir.
Mikroorganizmaların yapısı ve fizyolojisi TiO 2 dezenfeksiyonun veriminin tespit edilmesinde çok önemli unsurlardır. Örneğin, gram pozitif bakterilerin hücre duvarı bir fosfolipit tabakaya sahipken, gram negatif bakteriler iki tabakaya sahiptir. Peptidoglikan polimeri her iki mikroorganizmada da olmasına rağmen gram pozitif bakterilerde daha yoğundur. Diğer taraftan lipopolisakkaritler sadece gram negatif bakterilerde vardır.
Manyetit ve TiO 2 kompoziti ile gram negatif E. coli nin ve gram pozitif S. aureus un giderimlerinin tamamen farklı mekanizmalarla olduğu ortaya konulmuştur. E. coli nin inaktivasyonu dış zaraların ve hücre duvarlarının parçalanmasıyla gerçekleşirken S.aureus un inaktivasyonu yüksek miktarlarda kompoziti adsorplamasıyla gerçekleşmiştir.
Magnezyum Oksit (MgO) MgO güçlü antimikrobiyal etki gösterebilen ucuz, bol bulunan, toksik olmayan ve çevre dostu önemli bir başka nanomateryaldir. MgO mikroorganizmaları, yüzeyinde O 2 oluşturarak veya negatif yüklü bakterileri ve sporları pozitif yüklü yüzeyine adsorbe ederek inaktive etmektedir.
Stamenov ve diğ., (2002) E. coli, Bacillus subtilis ve Bacillus megateriumas ın MgO ile aktivasyonu üzerine yaptıkları çalışmada E. coli ve Bacillus megateriumas ın 20 dk. temas süresi sonunda tamamen inaktive olduğunu bunun yanında Bacillus subtilis önemli ölçüde dirence sahip olduğunu ortaya koymuşlardır.
NANO GÜMÜŞ Gümüş bileşiklerinin ve gümüş iyonlarının anti mikrobiyal özellikleri uzun süre önce ortaya koyulmuş ve medikal malzemelerin dezenfeksiyonundan içme sularının dezenfeksiyonuna kadar pek çok alanda kullanılmıştır.
Gümüş iyonları proteinlerin tiol grupları ile etkileşime girerek mikroorganizmalarda solunum enzimlerinin aktivasyonunu durdurmaktadır. Ayrıca DNA eşleşmesini engellediği ve hücre geçirgenliğini bozduğu düşünülmektedir.
*Yoon ve arkadaşları (2007) E. coli ve B. subtilis organizmalarının nag ye karşı olan duyarlılığını test etmişlerdir. B. subtilis hassasiyetinin E. coli ye göre daha yüksek olduğunu bildirmişlerdir. Yazarlar E. coli nin direncinin daha yüksek olmasını organizmanın hücre dışı zarında bulunan kompakt yapıdaki liposakkaritlerden kaynaklandığını ileri sürmüşlerdir.
Nano gümüş partikülleri yüksek yüzey alanı hacim oranından dolayı önemli avantajlar gösteren alternatif dezenfektan potansiyeli taşımaktadır. Ancak bunun yanında pahalı olması ve gümüş iyonlarının sucul çevrede yaratabileceği olumsuz önlemlerin tam olarak aydınlığa kavuşturulmamış olması bu uygulamanın kullanımına sınır getirmektedir.
KARBON NANOTÜP (KNT) Karbon nanotüpler eşşiz fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı en özel nanomateryallerden biridir. KNT ler tek katmanlı veya çoklu katmanlı olabilmektedir. Karbon nanotüplerle yapılan toksisite çalışmalarında, memeli hücrelere karşı akut pulmoner ve sitotoksisite gösterdiği tespit edilmiştir.
Ancak KNT lerin mikroorganizmalar üzerine etkisi yeterince dikkat çekmemiştir. Bunun nedeni KNT lerin suyun içerisinde dispersiyonunun oldukça zor olmasıdır. Bu yüzden KNT lerinin su içerisindeki dispersiyonunu kolaylaştırmak amacıyla birtakım yüzey aktif materyaller ve polimerler kullanılır.
Kalg ve arkadaşları 2008 yılında yaptıkları geniş çalışmalarında karbon nanotüplerinin E. coli üzerindeki inaktivasyon sürecini araştırmışlardır. Yaptıkları çalışmada en önemli inaktivasyon mekanizmasının, tek katmanlı karbon nanotüpünün mikroorganizmayla teması sonucu hücre duvarını parçalanması olduğunu görmüşlerdir. Bakteri ile temas sonucunda hücreden dışarı sitoplazmik sıvının yüksek oranda çıktığını DNA ve RNA gibi plazmik materyallerin ortamdaki konsantrasyonunun 5 kat arttığını tespit etmişlerdir.
KNT ve mikroorganizmaların inaktivasyonu KNT ün tipine, su matriksindeki tuzların varlığına ve doğal organik maddenin de yapı ve miktarına göre değişiklik göstermektedir. KNT lerin insan ve çevre üzerindeki birtakım olumsuz etkilere sahip olması diğer olumlu yönlerinin araştırılarak ortaya çıkartılmasıyla kabul edilebilir duruma gelme ihtimali vardır. Örneğin KNT ler mikroorganizmalarla birlikte suyun içerisindeki diğer kirleticileri de yüksek verimle giderme potansiyeline sahiptir.
Sonuç Nanomateryaller suların dezenfeksiyonunda kullanılabilecek potansiyel maddelerdir. Bunun yanında bu maddelerin bakiye özellik göstermemesi içme sularının dezenfeksiyonunda tek başına kullanımını imkansız hale getirmektedir. Ancak içme suyu arıtma tesislerinde klor ile birlikte kullanımı klorlu bileşiklerin kullanımını azaltabilecektir. Bu durumda klor kullanımına bağlı dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluşumunda kontrol sağlanma potansiyeli ortaya çıkmaktadır.
Dinlediğiniz için teşekkürler