ATIK SULARIN DKZRNFEKStYONU Y rd.doç* Dr. Serinin Gül Ç.Ü. Fen-Edehiyaf Fak., Kimya Bölümü, Adana De/enfeksiyonun Tanımı, Amaçları Suda hastalığa neden olan mikroorganizmaların seçimli olarak yok edilmesi işlemidir. Dezcnfeksiyonun amacı su ile geçebilecek hastalıkların önlenmesidir. Ancak dezenteksiyon tam bir sterilizasyon değildir ve pratikte su tesislerinde kullanılan dezenfektan maddelerin alışılmış konsantrasyonlarda uygulamaları halinde amip kistlerini, helmint yumurtalarım, bakteri sporlarını, tüberküloz basilini ve bazı virüsleri öldürmediği unutulmamalıdır. Su yolu ile geçebilecek hastalıklar ve neden olan mikroorganizmalar Tablo 1 de verilmekledir. Tablo 1* Evsel atık suların içerdiği başlıca patojen mikroorganizmalar ve etkileri Organizma Hastalık Bel i il i 1er Bakteriler Eschericlüa coli Leptospİra (150 spp.) Salmonella typhi Shigella Vibrio Cholerae Virüsler Enteroviruses Hepatitis A Protozoalar Bakuıüdiunı coli Enîamoeha histolytica Helmintlcr Ascaris hunbricoides Gastroenteritis Leptospirosis Tifo Basilli dizanteri Kolera Mide ve bağırsak iltihabı menenjit Bulaşıcı sanlık Balantidiasis Amebİasİs Aseariasis İshal, kusma, ateş Sanlık, humma, kashastalığu Yüksek ateş, ishal, ince bağırsakta ülserasyon Karın ağrısı, ishal, kusma Şiddetli sulu ishal ve susuzluk, kusma, ağrı, koma Şiddetli kas ağrısı, kusma, ateş Sanlık, ateş İshal ve dizanteri Kanlı ve köpüklü ishal, karaciğer ve ince bağırsakta yaralar Bağırsak kurtlan, karın ağrısı, bulantı, midede kazıntı 1
Bir dezenfektanın büyük ölçekte ve içme ve kullanma suyu dezenfeksiyonunda kullanılabilmesi İçin bazı Özellikleri taşıması gerekmektedir, Bunlar; 1) Dezenfektan, arıtılacak suyun bileşimi ve miktarında beklenen değişik durumlarda, beklenen sıcaklık aralığında ve sağlanan temas süresinde patojen, organizmaların uzaklaştırılması için uygun olmaktadır, 2) Dezenfektan» makul bir fiyatla kolaylıkla elde edilebilmeli, uygulaması doğru ve güvenli bîr şekilde yapılabilmeldir, 3) Dezenfektan, uygulanan dozlarında, toksîk ya da estetik yönden istenmeyen özellikler göstermemelidir. 4) Dezenfektan, su dağıtımı sırasında yeniden kirlenme ihtimaline karşı dayanıklı olmalıdır (Özellikle içme suyu dağıtım şebekelerinde) 5) Arıtma süresinin kontrol altında tutulabilmesi ve dezenfeksiyon etkinliğinin belirlenebilmesi için dezenfektanın kolay, doğru ve pratik bir biçimde analizi mümkün olmalıdır, İdeal bir kimyasal dezenfeksiyonu gerçekleştirilebilmesi İçin aranan özellikler ve dezenfektanları etkinliğini karşılaştırılması Tablo 2 de özetlenmektedir. Klor ve bazı bileşikleri dışında, diğer dezenfektanların ve dezenfeksiyon yöntemlerinin içme suyu arıtım tesislerinde kullanılması açısından bazı sınırlamalar söz konusudur, Klor, yukarıdaki nitelikler açısından çok uygun bîr dezenfektandır, Bu nedenle su arıtım tesislerindeki dezenfeksiyon işlevlerinin çok büyük bir yüzdesi klorla yapılmaktadır. De/enfeksiyon Yöntemleri Dezenfeksiyon İçin en çok bilinen 4 yöntem şunlardır : a) Kimyasal maddelerle dezenfeksiyon b) Fiziksel yöntemlerle dezenfeksiyon c) Mekanik yöntemlerle dezenfeksiyon d) Radyasyon kullanarak dezenfeksiyon a) Kimyasal Maddeler : Dezenfektan olarak kullanılan kimyasal maddeler şunlardır : 1) Klor ve klor bileşikleri, brom, iyod, ozon, fenol, fenollü bileşikler, alkoller, ağır metaller ve tuzlan, boyalar, sabunlar ve sentetik deterjanlar, kuaterner amonyum bileşikleri, hidrojen peroksit, çeşitli asitler ve alkaliler. Bu kimyasal maddeler içinde en çok kullanılanı klor ve klor bileşikleridir. Brom ve iyot yüzme havuzlanöjn dezenfeksiyonunda kullanılır. Arıtılmış atık suların dezenfeksiyonunda 3
kullanılan, yüksek pil ve düşük ph'lı sular palojenik bakterilerin yok edilmesinde etkili olmaktadır, ph 11 ve ph 3 reaktif olarak bakterilere toksik etki yapmaktadır, Bu nedenle kuvvetli asit ve bazların dezenfektan etkileri olmaktadır, Ancak bunların direk dezenfektan olarak kullanılmalarından ziyade su arıtımında ortamın ph'nııı ayarlanması ve korosyon kontrolü ve soda İle suların yumuşatılması gibi işlemler sırasında kullanılması daha yaygındır, Yüzey aktif maddeler ve deıerjanlann su dezenfeksiyonunda kullanımları sınırlıdır, Oenllikle yüzme havuzlarında algisit olarak ve endüstriyel soğutma su sistemlerinde borularda mikroorganizma büyümesini kontrol altında tutmak amaçlarıyla kullanılırlar, Katyonik deterjanlar yüksek germisidal etkiye sahip oldukları halde anyonik deterjanların etkisi azdır. Ozon Avrupada dezenfektan olarak uzun yıllardan beri kullanılmaktadır. Ozonun avantajları sularda koku, tad ve renk problemlerine neden olan safsızlıkları tamamen oksitleyebilmesidir. Ayrıca sudaki organik bileşikleri tamamen zararsız olan COj, H2O gibi bileşiklere oksitlediği için suda istenmeyen herhangi kalıntı bırakmaz. Dezenfeksiyon etkinliği genel bir ph ve sıcaklık aralığında geçerlidir, Bakterisidal ve germisidal etkinliği klordan 300-3000 kez daha hızlıdır ve çok k/isu sürede etkisini göstermektedir, Bu gibî avantajları yanında su ortamındaki ömrünün kı*a olması, su şebekesine sonradan girebilecek kirlilikleri üzerine etkî göstermemesidir. Ozon; < /xm jeneratörlerinde yüksek voltajla elektrotlar arasından hava veya oksijen geçirilerek elektrik kıvıicımıyla oluşur, 302 2O3 Bu nedenle su dezenfeksiyonunda kullanılması için dezenfeksiyon tesisinin pahalıya mal olması ve ozon üretimi için elektrik kullanılması, klor gîbî kolaylıkla dezenfeksiyona uğramadığından suyu şiddetle karıştırmaya gerek duyulması gibi ekonomik dezavantajları vardır, Potasyum permanganat su dezenfeksiyonunda çok kullanılan kimyasal maddelerdendir. Kuvvetli bir oksidanttır. Permanganatla su dezenfeksiyonu çok etkili ve pratiktir. Suyun tadını değiştirmeden tamamen berraklarını*. Ancak permanganatla muamele edilen suların bulıınduüu kapların içinde, zamanla kabın çeperlerinde çıkarılmaları güç bir tabaka oluşturmaktadır, Uygulamada 1/2000 oranındaki potasyum permanganat kolera vibriyonuna karşı etki olmasına karşılık diğer patojen bakteriler için aynı derecede etkili değildir. Metal İyonları özellikle bakır ve gümüş bakterisit ve kuvvetli bir algisit olarak uzun yıllardır su dezenfeksiyonunda bilinen maddelerdir, Bu metallerin dezenfeksiyon etkisine oligodînamik Özellik denilmektedir. Gümüşün 0.01 ppm, bakırın ise 77 ppm gibi çok düşük miktarlarının bile bakternit etkisi vardın 4
Dezenfeksiyon işleminde su elektrik yüklü gümüş plakalar arasından geçirilir ve bu suretle gümüş iyonlarının su içinde dağılması sağlanır. İçme suyu dezenfeksiyonunda gümüşün kullanılmasının avantajları düşük miktarlarının bile yeterli olması, bakterisit etkisinin uzun süreli olması suyun tadını bozmamasıdır ve dezavantajları ise suda mevcut bulanıklık, renk ve kolloidal maddenin ön işlemle uzaklaştırılması, belirli mikroorganizmalar için etkinin olması, germisidal etkisinin düşük ph ve sıcaklıklarda azalması, sudaki fosfat, klorid, siilfit ve sülfatların dezenfeksiyonda girişime neden olması, uzun temas süresine ihtiyaç duyulması ve 'dezenfeksiyon maliyetinin gas klora göre 200 kez daha fazla olmasıdır. Klor, sadece şehir sularında değil, aynı zamanda evlerde ve kurumlarda kullanılır. Klorla su dezenfeksiyonıı diğer yöntemlerden daha basit, daha ucuz ve mikroorganizma öldürme etkinliğinin fazla olması gibi üstünlükleri nedeni ile en çok tercih edilen bîr yöntemdir, b) Fiziksel Yöntemler Kullanılan fiziksel yöntemler ısı ve ışıktır. Suyun kaynama noktasına kadar ısıtılması hastalığa neden olan bakterilerin, proioozooları, kistleri ve hermint yumurtlarını tahrip eder. Başlıca dezavantajları; pahalı ve bazı şanlarda uygulanması zordur, suyun içinde çözünmüş halde bulunan gazların çıkmasına neden olarak suyun tadı üzerinde olumsuz etki yapar, Güneş ışığı İyi bir dezenfeksiyon aracıdır Ultraviyole ışınları (UV), suyun kimyasal bileşimini değiştirmediği gibi herhangi koku ve tad problemi yaratmaz, bu amaçla kullanılabilir, Küçük miktarlarda suyu sterilize etmek amacıyla berrak, renksiz olan su 2500-2600 A dalga boyundaki UV - ışık veren özel lambalar arasından geçirilir, Bu tür ışıkların nüfuz kapasitesi saf su içinde 7 cm kadardır. Bu nedenle ince bir şerit halinde UV ışınları ile temas etmesi gereklidir. Sudaki mikroorganizmaların yanışını süspanse halde, çözünmüş organik moleküllerde UV - ışığı absorblayabilmektedir. Bu nedenle asılı katı maddeler mevcut ise UV ışınları kullanarak güç almaktadır. Bu yöntemin pahalı olması nedeniyle, su dezenfeksiyonunda UV - ışınlarının kullanımı yayılamamıştır c) Mekanik Yöntemler Bakteri ve diğer organizmalar atık su arıtımı esnasında meknik olarak da uzaklaştınlabilmektedir. Çeşitli arıtma işlemleri esnasındaki tipik organizma giderme verimleri aşağıda verilmektedir (Tablo 3) 5
Tablo 3,Bakterilerin çeşitli mekanik arıtma İşlemleri ile giderilme verimliliği. İşlem Organizma giderme verimi (%) Kaba ızgara İnce ızgara Kum tutucu Yalın çökeltme 0-5 10-20 10-25 25-75 d) Radyasyon Radyasyonun başlıca tipleri; elektromanyetik; akustik ve kobalt 60 gibi izitoplardan yayınlanan ışınlardır. Nüfuz etme kabiliyetinin fazla oluşu nedeniyle gama - ışınları ile İçme suyu ve atık suların dezenfeksiyonunda kullanılmaktadır. Dezenfektan Maddelerin Etki Mekanizmaları Dezenfektan maddelerin etki mekanizmaları doit türlüdür; 1) Hücre duvarını tahrip etme.. 2) Hücre geçirgenliğinin değiştirilmesi, 3) Protoplazmamn kolloidal yapısının değiştirilmesi, 4) Enzim aktivitestnin inhibisyonu. Hücre duvarının tahribi hücrenin sinmesine ve ölümüne neden olacaktır. Bazı maddeler (penisilin gibi) bakteriye! hücre duvarı sentezini inhibe ederler. Penolik bileşikler ve deterjanlar gibi maddeler ise stpolazmik membranın geçirgenliğini değiştirirler. Bu bieşikler, membranın seçimli geçirgenliğini bozarlar ve yaşam için gerekli azot ve fosfor gibi maddelerin hücre tarafından kullanılmasını engellerler. Isı, radyasyon, kuvvetli asit ve kuvvetli baz maddeler, protoplazmamn kolloidal yapısını değiştirirler. İsı hücre proteinini koagule eder. Asitler ve bazlar ise proteinleri denature ederek öldürücü etkiye neden olurlar, Dezenfeksiyonun bir diğer etkin mekanizması enzim inhibisyonudur. Klor gibi oksitleyici maddeler enzimlerin kimyasal düzenini bozabilir ve enzimleri inaktif hale getirirler. De/enfeksiyona Etki Eden Faktörler Dezenfeksiyon maddelerin kullanımında; aşağıdaki faktörler rol oynarlar; a) Temas süresi. 6
b) Kimyasal maddelerin türü ve konsantrasyonu, c) Fiziksel faaliyetin yoğunluğu ve tabiatı. d) Sıcaklık, e) Organizma türleri. 0 Organizma sayısı, g) Süspanse sıvının yapısı. Dezenfeksİyon işleminde en Önemli değişkenlerden biri temas süresidir. Dezenletan maddenin belli bir konsantrasyonu için daha uzun temas süresi daha fazla ölüme neden olmaktadır. Temas süresi ile mikroorganizma ölüm oranı arasındaki ilişki cin _- = -knt di şeklinde verilmektedir, Bu ifadenin integrusyonu; Nı in = -kt olur. No No = Başlangıçtaki organizma sayısı, Nı = t anındaki organizma sayısı t = zaman k = sabit, zaman ' Kimyasal maddelerin tipine bağlı olarak belli limitler içinde, dezenfeksiyon verimi konsantrasyon ile ilişkilidir. Sıcaklığın artması daha hızlı bakteri ölümüne neden olur. Organizma konsantrasyonunun artması bakteri ölümü için daha uzun temas süresi gerektirmektedir. 7
Çeşitli dezenfektan maddelerin elkinliğimikroorganîzmalann cinsi ve tabiatı ile ilişkilidir, Süzme sıvının yapısı örneğin mikroorganizma dışmdakiorganik madddelerin varlığı dezenfeksiyon amacı ilekullanılan organik maddelerin çoğu ile reaksiyona girerek onların verimliliğini azaltır. KLORLA DEZENFEKSİYÜN Su arıtımı işlemlerinde klor ve türevlerinindezenfeksîyon amacıyla kullanılmasına klorlama dcnir.bunlurın başlıeaları gaz klorla (CT) veya klordioksk (C1O 9 ) ile suyun klorlanmasına (klorizasyon), hipokloritleıie (NaOCİ veya Ca(OCl)^ ( yapılan klorlamaya (javelizasyon), suyun önceamonyakla karıştırdıktan sonra klorlamaya (preaminasyon klorasyon), suyu önce fazla miktarda klorla kanştırdıktansonra aktif kömür veya antikor diğer maddelerle fazla kloru almaya (süper klorizasyon) denilmektedir. Klor ve Klor Bileşikleı î 1. Gaz Klor (Cl 2 ) : Büyük şehir su arıtım tesislerinde suyu dezenfekte etmek için en fazla gaz klor kullanılmaktadır. Normal ısı ve basınçta, klor sarı-yeşil renklie, keskînkokulu bir gazdır, Klorun 1 litresinin Ü Ü C sıcaklık ve 760 nınıhg basıncında ağırlığı 3,208 gr'dır, Soğutma ve basınçla klor gazını sıvı hale çevirmek mümkündür. Basınçla sıvı hale getirilmiş klor çelik şişeler içinde ticari halde bulundurulur, suya koymak için önce basınç kaldırılarak karıştırılacak şekilde litresine belirli miktarda düşmek üzere ilave olunur. Bu amaçla Onstein ve Wallace Tiernan gibi aletler kullanılmaktadır. Gaz klor kullanılmasının, suya ilave edilecek klor miktarının daima belirli olması, ayneahir çökelti oluşturmaması ve su ile kolay karışması gibi avantajları vardır. Klorun sudaki çözünürlüğü oldukça yüksektir. Sıcaklık anlıkça çözünürlük azalmaktadır. Sıcaklık ura 15 C 20 C Çözünürlük 10.0 g Ch/L.su 8«5 g CiyL.su 7.3 g Ch/L.su Suda çözünen klor şu reaksiyonu verir : C1 2 + H 2 Q = HCI + HOCİ Bu denge reaksiyonu daha çok sağa doğru kayar. Yani klorun sudaki çözeltisi hidroklorik 8
(I ICI) ve hipukluîoz asit (I1OC1) içermekledir. 2. Klordioksit (CIO2) ı Kuvvetli oksitlenme Özelliği vardır. Bakterisit özelliği gaz klordan daha ta/ladır. Suda uzun süre koku ve tadın kalması ve su borularının aşındırmaması gibi nedenlerle su arıtımında tercih edilmemekledir. Klordioksidiıı rengi konsantrasyona bağlı olarak suda sarı-yeşilden portakal kırmızıya doğru değişiı\öda sıcaklığından suda 2,9 g ClOj/L çözünür, Klordioksit sudaklordan 10 kez daha fazla çözünür, Klordioksilin klor gibi hoş olmayan bir kokusu vardın Klordioksilin oksitlemepoiansiyeli klora kıyasla 1,15 kez fazladır ve kuvvetli algyoketme potansiyeline sahiptir. En Önemli özelliği klor gibisudaki amonyaklarla reaksiyon vermesidir, 3* Hipokloritler : Su dezenfeksiyonunda en fazlakullanlan klor bileşikleridir. Bunlar sodyum hipokloriı vekalsiyum hipokloril bileşikleridir, Sodyum Hipoklorit (NaOCI) : Sodyum klorit eriyikleri birçok yerde su dezenfeksiyonunda tercih edilmekiedir.genellikie %3 - %15 akyif klor içerirler ve yüksekalkalîkleri nedeniyle oldukça kararlıdırlar. Süspansiyon sıvışeklinde (javel suyu) klor, sodyum hipoklorit eriyiği olarak kullanılmaktadır. Aktif klor içeriği klorometrik derece iledeğerlendirilir (Klorometrik 1 ; klogramda 3,17 g CWa karşılık gelmektedir. Sodyum hipoklorit eriyiği gaz klorımbir sodyum hidroksit çözeltisi içerisinden geçirilmesi veya kireç kaymağı ile sodyum karbonatın karıştırılması ilehazırlanır. CI2 * 2 N Î ) 0 H = = NaüCl + NaCl + H 2 O Sodyum hipoklorit eriyikleri serin bir yerde vekaranlıkta muhafaza edilmelidir. Kalsiyum Hipoklorit (Ca(OCh)) : Konsantre kalsiyumhipoklorit ticarî olarak 5 g'hk komprimeler halinde bulunabilmektedir. Bu da uygulamada önemli kolaylıklar sağlamaktadır. Klor kayba uğramadan en az iki hafta depolanabilir, 4, Klorun Organik Bileşikleri ; Su dezenfeksiyonu içinorganik bileşiklere bağlı kloru kullanmak son zamanlarda yaygınlaşmıştır, Bu ancak kullanılan başlıca organik bileşikler kloramin T (Toluen parasülfamit mono kiorim sodyum tuzu) ve halojeni (p-diklor-amido benzi sulfirik asit). Klorlamanın Amaçları : Klor ile içme sularının dezenfeksiyonun başlıca amacıklorun oksitleme sayesinde 9
bakterilerin tahrip edilmesidir.bımdan başka diğer yararları da vardır. Bunlar demirin,manganm ve hidrojen sülfürün oksitlenmesi, hoş olmayan tad ve kokulara neden olan bazı bileşiklerin tahribi, arıtma tesislerinde alglara ve çamurlara karşı koruma, Kloıiamanıııın ilkeleri : İster gaz klor ister klorlu bileşikler kullanılsın, durumda dezenfeksiyonu sağlayan klordur, Klorla dezenteksiyonun etkili olabilmesi için şunlara dikkat etmek gerekmektedir, a) Klorun dezenfeksiyona tabi tutulacak suya homojen birşekîkle dağılmasını sağlamak. b) Klorlamaya kesiksiz devam etmek. e) Suyun özelliğine göre gerekli klor dozunu belirlemek d) Klorlamayı sıhhi ve hoş bir tüketim suyu sağlayacak şekilde kontrollü yapmak. Doğal sular çözünmüş halde birçok madde içerdikleri için kanşık bir onanıdır hu nedenle bu maddelerin bir kısmı klorlama üzerine etkide bulunabilirler : 1) Asılı katı maddeler klor tüketimine neden olacakları için bakterilerin tahrip edilmesini önler, 2) Organik maddeler klorla reaksiyona girerler, bu nedenle klorun dezenfektan etkisini azaltırlar, 3) Sulu ortamdaki amonyak klorla kloromin bileşiklerini oluştururlar. 4) ph'sı 7.2'den düşük olan suların dezenfeksiyonu ph'sı 7,6 dan büyük olan sulardan daha kolaydır, 5) Suda bulunabilecek nitritler serbest klorla birleşirler ve kalıntı klor (onotolîdin) testinde aldatıcı bir renge sahip olurlar. 6) Sulu ortamda bulunabilecek mangan bileşikleri ortotolidin testinde aldatıcı bir renk verir arsenik ilavesi île test düzeltilir 7) 1 ppm'den fazla demir ototolidin testinde yanlış sonuçlara neden olur, Mangan ve demîrîn tuzlan da serbest klorla birleşerek dezenfeksiyon için gerekli klor sarfiyatını arttırırlar. Klorlama Şartları : Klorlama ile dczenfcksiyonun etkinliği klor miktarı, suyun sıcaklığı, temas süresi ve ortamın ph'ına bağlıdır, 1) Klor Miktarı : Klor konsantrasyonu arttıkça bakteriyi yok eden de/enfeksiyonun etkisi artan klor dozu ile birlikte anacaktır, 2) Sıcaklık : Klorun mikrop öldürücü etkisi suyun sıcaklığıyla yakından İlgilidir. Klor soğuk suda kararlıdır, suda uzun süre kalır, Buna karşılık suyun sıcaklığı arttıkça 10
dezenfeksiyumm etkinliği artmaktadır, 3) Temas Süresi : Klorla de/enfeksiyonun etkili olabilmesi için suyun klorla temas süresi en az 10-15 dakika ve tercihen birkaç saat olmalıdır., 4) ph Değeri ; Düşük pil değerlerinde bütün klor, hipoklorik asit şeklindedir, HOCİ + I ICI Oluşan moleküller elektriksel olarak nötrdür ve bakteri hücrelerine kolaylıkla girebilirler. Yüksek pil değerinde(ph < 6) ise HOCİ + Of I == OC1 + H 2 O Reaksiyonunda görülebileceği gibi oluşan negatif yüklü hipoklorit iyonlarının (OC1) bakteri hücrelerine nüfuz etmesi daha zordur, Bu nedenle yüksek ph değerlerinde iyi bir dezenfeksiyon İçin daha fazla klor gerekmektedir, Hipokloröz asitin (HOCİ) mikroorganizma öldürme verimi, hipoklorit iyonuna (OCI-) göre 40-80 kot daha fazladır. Klorlama Türleri : 1) Basit Klorlama * Sulardaki patojen mikroplan öldürecek ancak koku ve lezzet bozukluğu venııeyecek miktarda gaz klor veya serbest klor verebilen klorlu bileşik ilavesiyle yapılan su dezenfeksiyonuna denir Bu İÜ dakika temastan sonra 0*1-0.2 mg/l kalıntı klor(serbest veya birleşik) konsantrasyonunu elde etmek için yeterli dozlarda bir klorlamadır. Genellikle uygulanan doz ham suların serbest amonyağını tamamen oksitlemek için yetersiz kaldığı için, kloraminler, organik klorlu bileşikler oluşmakta, klor tüketildiği İçin dezenfeksiyon etkinliği de az olmaktadır. Bu nedenle bu yöntem su dezenfeksiyonunda yetersiz kalmaktadır. 2) Ön Klorlama : Filtrasyondün Önce suyun klorlanması İşlemidir, Avantaları çöktürme havuzlarında uzun bekleme süresince sudaki demir, mangan gibi bileşiklenoksitlemesidir, Alglarm çoğalmasını Önlediği için filtrelerin daha verimli çalışmasını sağlar, Ancak yiiksekkloı dozları kullanıldığı için filtre edilmiş suyun klorlanmasına kıyasla çok daha pahalı olması gibi bir dezavantajı vardır, 3) Arc! Klorlama : Filtrasyon İşleminden sonra suya klor ilavesidir, Az kirlenmiş suların dezenfeksiyonunda kullanılır. 4) Kloranıinlc Dezenfeksiyon : Klorla amonyağın birleşmesi kloramin bıleşîkerini oluşturur, Bunlar kimyasal olarak az aktif olduklarından dezenfeksiyon etkinlikleri de düşüktür. Ancak basit klorlamaya gore iki üstünlüğü vardır. 11
Bunlar; a) Klorlanmış sularda klor ve klorun organik maddeler ve fenollerle yaptığı bileşiklere ait koku ve tad bozukluklarının kloraminleıie su dezenfeksiyonunda görülmemesi; b) Klorlanmış sularda 2-3 saat sonra hiç bir klor kalmadığı halde, kloramin ile dezeııfeksiyoıı yapılmış sularda mikropların tekrar üremesi veya suyun yeniden enfekte olmasına mani olacak kadar yeterli ve ayrıca istenmeyen tad ve koku vermeyecek bir klorun kalabilmesidir. Suya ilave edilen amonyak ve klor miktarlarına ve suyun pitına bağlı olmak üzere üç tür kloramin bileşiği oluşturur, Bunlar nıonokloramin (NlhCl), dikloramin (NHCh), trikloramin veya azotriklorür (NCI3) dür. Bu kloraminler içinde dezenfeksiyon etkinliği en yüksek olan diklorumindir. Ancak kloraminlerle dezenfeksiyon etkili olabilmesi İçin suların ph'ının göz önüne alınması gereklidir. Genellikle organik madde içeriği fazla olan suların pl Ti < 7,5 olursa kloraminlerle kloraminlerle dezenfeksiyon basit klorlamaya kıyasla daha başarılıdır. Suyun hem organik madde içeriği hem de ph'ı yüksekse klorla dezenfeksiyon kloraminle dezenfeksiyona tercih edilmelidir, Amonyak İle Reaksiyonlar Klor sudaki organik bileşiklerle klorlu organik bileşikleri ve sudaki amonyak ile de kloraminleri (NM2CUNHCI2, NC1;O oluşturur, Kloı% amonyak içeren suya ilave edildiğinde aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir, HOCİ + Nlh == NH 2 C1 + ibo nıonokloramin Monokloraminin (NIiCl) dezenfeksiyon gücü hipokloröz asitten daha azdır. Monokloramin kalıcıdır ve uzun süre aktiftir Onama klorun fazlası ilave edilirse; aşağıdaki reaksiyonlar oluşur. HOCİ + NI-İCI ^= NlbCh + H 2 O dikloramin HOCİ + NiICh^^^ NCI3+ IlıO trikloramin Ortamda hangisinin bulunacağı klor/azot oranına bağlıdır. Bu oran düşük ise, nıonokloramin ve trikloramin meydana gelin Oran arttırılırsa; dikloramin meydana gelir.ph 7,5'da sadece nıonokloramin meydana gelir, ph düştükçe daha çok NHCh ve NCl.ı üretecektir. Bu bileziklerdeki klor,bileşik (kombine) yararlanılabilir klor olarak tanımlanır, Monokloramin oluşma reaksiyonu bir denge reaksiyonudur ve ortamdaki 11+ konsantrasyonu 12. ^
dengede önemli rol oynar, H+-konsantrasyonu arttıkça denge HOCİ yönüne kayacaktır, Bu nedenle NH2C1; HOCİ konsantrasyonunu aynı seviyede tutan ve dezenfeksîyonu sağlayan IIOCI üreten bir stok olarak kabul edilebilir, 5) Fazla KloVlama (Süperklorasyon), Kritik Noktada Klorlama Veya Serbest Klor Kalıntısı ile Klorlama : Normal dozlardan yüksek klor dozlarının İlavesiyle yapılan klorlamaya "fazla klorla dezenfeksiyon", "kritik noktada klorlama" veya "serbest klor kalıntısı ile dezenfeksiyon" denilmektedir. Bu şekilde klorlamanın prensibi, bütün organik maddeleri, demiri, manganı ve sudaki kloru tüketebilecek diğer maddeleri, ham suda bulunan serbest amonyağı oksitlemek için yeterli klor dozunu, sonunda fazla klor, az aktif bileşik klor veya kloramin yerine aktif serbest klor halinde bulunacak şekilde uygulamaktadır, Amnyak içeren sularda görülen "kritik nokta" amonyağın oksitlenmesi sonucu çok aktif kimyasal reaksiyonlara bağlı suyun kalıntı klor içeriğinin düşmesine karşılık gelir. Serbest kalıntı klora dezenfeksiyon kritik noktayı geçmek için yeterli klor kullanmaktan ibarettir. Kınlına Noktası Reaksiyonu Kalıntı klorun (serbest veya birleşik) suda korunması, su dezenteksiyoıumun en önemli amacıdır. Ancak serbest klor kuvvetli bir oksitleyicidir ve sadece amonyak ile reaksiyon vermez, Amonyak içeren suya klor ilave edildiğinde oluşan reaksiyonlar aşağıdaki şekilde özetlenmektedir. 13
Suya klor ilave edildikçe kolayca oksitlenebilen Fe + -,Mn^, I hs organik maddeler klor ile reaksiyona girer ve klorun belli bîr kısmını tüketir, (A noktası). Bu kiur gereksinimini karşıladıktan sonra, klor amonyak ile reaksiyona girerek kloraminleri oluşturur (R noktası),klor/amonyak mol oranı < 1 ise monokloramin ve dikloramin oluşacaktır, B noktası ile kırılma noktası arasında kloruminlerin bir kısmı trikloramine dönüşecek ve geri kalankloraminler de N2O ve N2 f a oksitleneeektîr, Klor (Cb) ise klorür (CI") İyonuna indirgenecektir. Ortama sürekli klor İlavesiyle kloraminlerin çoğu kırılma noktasında oksitleneeektir, Klorun sürekli İlavesi kırılma noktasının Ötesinde suda serbest kullanılabilir klorun artmasına yol açacaktır. Suda istene kalıntı klor miktarına ulaşmak üzere ilave edilen klor miktarı "klor İhtiyacı" olarak tanımlanır, 6) Klor dioksit İle De/enfeksiyon : Klor dîoksit aktif bir dezenfektandır. ph > 7,5 olan sularda özellikle soda ve kireçle yumuşatma işleminden geçirilmiş sularda dezenfeksiyon etkinliği klordan daha fazladır,, Klordİoksit ile dezenfeksiyonun kloru göre dezavantajı, klordioksit elde etmek için kullanılan sodyum kloritiıı CNuClCh) fiyatının yüksek olmasıdır, 2 NaClÖ 2 + CI2 = 2 ClCh + 2 NuCl Klordioksii İle dezenfeksiyon sırasında oluşan başlıca toksik maddeler klorît (ClCb;) ve klorat (CIO3) bileşikleridir. Ancak oluşan bu formlar serbest klor formlarına kıyasla daha çabuk bozunurlar. Bu nedenle su ekosistemlerine daha az tehlike olııştururlar.klordioksiı kullanımının bir diğer avantajı da sudaki amonyak ile kloramin bileşikleri gibi toksîk olan bileşikleri oluşturmamasıdır. Klordioksit serbest klor gibi suyla kolay reaksiyona girmez ve kolaylıkla disosiye olmaz, 7) Kalsiyum Ilipoklorît (Ca(()Cl) 2 ) İle Dezenfeksıyon : Kireç kaymağı olarak bilinen kalsiyum %35 kadar yani ağırlığının 1/3 kadar klor içermektedir. Kararlı bir bileşik değildir, Havadan nem çekerek sulanır ve karbonik asidinetkisiyle klor açığa çıkartarak aktivîtesi zurnanla azalır Bu nedenle koyu renk şişelerde, ışıksız ve nemsiz ortamlarda saklanmalıdır. Su dezenfeksiyonunda kullanılabilmesi için klor içeriğinin > %3() olması gerekmektedir, Amerikalıların H.T.T (High test hipoklorid) isimli ticari bileşikleri %60-70oranında aktif klor içermektedir, Toz ve solüsyon hulinde sudezenfeksiyonıında kullanılabildiği gibi ticari olarak tabletler halinde de mevcuttur, En ucuz klor kaynaklarından biridir, Şahsi su dezenfeksiyonu için evlerde ve şantiyelerde uygulanması kolaydır. 8) Klorun Organik Bileşikleri İle Dezenfeksiyon : Su dezenfeksiyonlannda gittikçe önem kuzunun organik klorlu bileşikler cloramine T, 14
halozone gibi bileziklerdir. Cloramine T : Beyaz, kristalli klor kokulu, acı bir tozdur. Suda 7 misli çözülmektedir. Oldukça pahalı olması nedeni yle ancak küçük su ihtiyaçları için kullanılın Dezenfektan etkinliği pl I < 7 sularda daha fazladır. Bu nedenle dezenfekte edilecek suyun ph'ı yüksekse tartarik asit ilavesi ile önce ph düşürülmektedir, Halozene %33 oranında klor İçeren beyaz bir toz şeklindedir. 4-8 mg'lık tabletler halinde su dezenfeksiyonunda kullanılır, KLOR KALINTISININ UZAKLAŞTIRILMASI (DKKLORiNASYON) Deklorinasyon, klorlama sonrasında atık suların alıcı sulara deşarjını veya tekrar kullanımını sağlayabilmek için suda bulanabilecek toplam kombine klor kalıntısının toksik etkilerinin azaltılması işlemidir. Klor Kalııılılurının Toksisilcsi Klorlama insan sağlığına zarar veren patojenik organizmaların yok edilmesi amacıyla kullanılan en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Ancak klorlama sırasında atık suyun bazı organik bileşenlerin klor ile reaksiyona girererk toksik organik klorlu bileşikleri oluşturur.bu toksik kalıntıların çevre üzerindeki potansiyel etkilerini minimuma İndirmek için deklorinasyon işlemi gereklidir. Deklorinasyon amacı ile en fazla kükürtdioksit kullanılmaktadır. Aktif karbon da bu amaçla kullanılabilir. Bu amaçla kullanılabilecek diğer bileşikler sodyum sülfit (Na2SÖ.O ve sodyum metabisülfit (Na2S2Û5) tür. Kükürldioksit ) 2 Kükürtdioksİt gazı suda buluaıı serbest kloru, monokloramin, dikloramîn, azot triklorür ve poli n klor bileşiklerinin başarı ile uzaklaştırır. Atık suya kükürtdioksit eklendiğinde aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir. Serbest klor ile reaksiyonları; SO2+H2O ı ıscv + H+ IIOCI + IISO3- * Cl" + SO f +2H+ SO2 + I IOC 1 4- M 2 O *CI- + 8Ûr + 3H + Kloraminler ile reaksiyonlar NH2C1+11SCV + H 2 O» er + NH4 4 " + n+ Sü 2 + Nl \ 2 C\ + 2) 1 2 O * CI" + SO 4 + NR»*+ 211 * Çoğu durumda kükürtdioksit ile deklorinasyon çok uygun bîr işlem olmasına karşın aşırı kükürtdioksit uygulaması sudaki çözünmüş oksijeni tüketeceğinden kükürtdioksit dozunun kontrollü yapılması gereklidir. ı5
Aktif* Karhon Karbon adsorpsiyonıı, suda bulunun kombine ve serbest alık klorun tamamını uzaklıştırılmasım sağlar. Deklorinasyon amacı ile aktif karbon kullanıldığında aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir, C + 2C1 2 + 2II 2 O * 4HCI + CO 2 kloraminleıie reaksiyonlar; C + 2NI -hci + 2! I 2 O -* CO 2 + 2NH 4 + 2C1" C + 4N1 ICh + 2İ1 2 O > CO: + 2N 2 + 8H+ + 8C1" Arıtma tesislerinde granule aktif karbon kullanılarak suyun hem deklorinasyonu hem de organik karbon içeriğinin uzaklaştırılması sağlanmaktadır, Ancak bu yöntem oldukça pahalıdır. Bu nedenle bu uygulama ancak yüksek derişimlerde organik madde içeren suların deklorinasyonunda tercih edilmektedir. BROM KLOKLIR İLE DEZENFEKSlYON Brom kloriir gazı suda hipobromöz asit oluşturur ve bu bileşik brom bileşikleri arasında en fazla germisidal etkiye sahip olanıdır. BrCl + H 2 O > MOBr + HCl Hipobromöz asit suda bulunan amonyak ile bromaminlerî oluşturur, Nİb + HOBr 'NI-hBr + lbo NII 2 Br + IIOBr * NHBr 2 + II 2 O NHBr + 1 lobr * NBR 3 + H 2 O Bromaminler kloraminlerden daha az kararlıdırlar ve germisidal etkinlikleri daha fazladır. Brom klorür ile dezenfeksîyon işlemi sırasında suda bulunun organik bileşiklerle bromlu organik bileşikler oluşmaktadır. Ancak bu bileşikler hidrolîtîk ve fotokimyasal reaksiyonlarla kolayca bozıınmaktadırlar. bu nedenle alıcı sularda önemli miktarlarda bromlu organik bileşiklere rastlanmaktadır, OZONLA DEZENFEKSlYON Ozon ilk kez su dezenfeksiyoıuında 1900! lü yılların başında Fransa'da kullamlmştır. Kullanımı Batı Avrupa ülkelerinde yaygınlaşmıştır. Bu gün Avrupa'da 1000 kadar ozonla dezenfeksiyön tesisi mevcuttur, ozonun su arıtma tesislerinde başlıca kullanım amaçlan koku, tat ve renge neden olan organiklerin kontrolünü sağlamaktır. Ozon her ne kadar önceleri içme suyunun dezenfeksiyonu amacı ile kullamldıysa da, ozon üretimindeki son gelişmeler ozonu '6
atık su de/enfeksiyonunda ela ekonomik olarak diğer dezenfektanlarla yansır hale getirmiştir. Ozon tiret i ini Ozon sudaki yarı ömrünün çok kısa olması nedeni İle, üretildikten hemen sonra oksijene bozunmaktadır. bu nedenle arıtma işlemi sırasında üretilmesi tavsiye edilmektedir. Ozonun üretimnde en etkili yol elektriksel deşarjdır. Ozon jenaratörlennde elektrotlar arasından geçirilen hava veya saf oksijene yüksek voltaj uygulanarak ozon üretilir. Ozon üretiminde besleyici yaz olara hava kullanıldığında ağırlıkça % 0,5-3,0, saf oksijen kullanıldığında ise % 1,0-6,0 ozon üretilmektedir. Ozon Kimyası Ozonun su arıtımınla önemli olan bozunma reaksiyonları aşağıdaki şekillerde verilmektedir. O 3 f IhO - *I-KV +011 HOrH + Oll- *2HO 2 OH-HO.? > 110 + 20: I iü * HO: *» İhü + Ü2 Oluşan HO2 ve 110 serbest radikalleri çok fazla oksitleme gücüne sahiptirler ve dezenfeksiyoıula ozonun kendisinden ziyade oluşan bu radikallerin aktif rol oynadıkları düşünülmektedir. O/onun Etkinliği Ozon çok kuvvetli oksitleyieidir.bakterial etkinliğinin doğrudan hücre duvarını tahrip etmesinden kaynaklandığı sanılmaktadır, Ozon ayrıca çok etkin viriisittir ve klordan daha fazla etkin olduğu düşünülmektedir. Ozon çözünmüş katılar oluşturmaz ve amonyum İyonundan etkilenmez. Bu nedenlerden ötürü ozon klorlama ve lıipoklorlamaya, özellikle bunlardan sonra deklormasyonun gerektiği durumlara karşı en güçlü alternatif olmaktadır. Ü/onurı Çevresel Etkileri Diğer dezenfektan maddeler île kıyaslandığında ozon çevresel etkilere açısından bazı avantajlar taşımaktadır. Ozonun sudaki kalıntıları suda yaşayan canlılar üzerine akut toksik etki yapabilmektedir. Ancak ozonun suda çok çabuk bozunması bu kalıntıların alıcı sulara gelinceye kadar kendiliğinden etkisiz hale gelmesini sağlamaktadır. Ozonun kuvvetli oksitleme kapasitesi 17
suda bulunan hümik asitler ki bunlar trihalometan oluşumuna neden olurlar ve nıalation gibi pestisıt kalıntılarını parçalayabilecek düzeydedir. Oluşan toksik ara ürünler ozon dozuna temas süresine ve suda bulunabilecek organik bileşiklere bağlı olarak değişmekledir. De/enfeksiyon amacıyla klor kullanılmadan önce yapılacak bir ön ozonlama işleminin nihaîn metan bileşiklerinin oluşumunu büyük ölçüde azalttığı belirlenmiştir, Ozonun dezenfeksiyon amacıyla kullanımının yanı sıra bir diğer avaniajıda, ozonun sutla kolaylıkla oksijene bozunnıası nedeniyle suların çözünmüş oksijen içeriğini hemen hemen doygunluk seviyesine kadar yükselmesini sağlamasıdır. Bu ise su kalite standartlarında istenen çözünmüş oksijen dengesini sağlayacak bir havalandırma işlemini gereksiz kılmaktadır. ULTRAVİYOLI«: RADYASYON İLE DKZENKKKSİYON Ultraviyole ışık kaynağından yayınlanan radyasyon su kaynaklarının dezenfeksiyonu amacıyla ilk kez uygulandığı 1900 lü yıllardan beri oldukça sınırlı kullanıma sahiptir. Önceleri ancak yüksek kaliteli su temininde kullanılmıştır, Son yıllarda atık su arıtımında kullanımıda Önem kazanmak t ati ir, Yeterli dozlarclaki ultraviyole radyasyonun herhangi bir toksik bileşik oluşturmadan bakterisit ve virüsii olarak kullanılabileceği belirlenmiştir, UV Radyasyon Kaynağı Günümüzde düşük basınçlı cıvalı ark lambaları uv radyasyonun dezenfeksiyon amacıyla kullanımında en yaygm kaynaklardır, Civalı ark lambalarının ürettiği 253,7nın dalga boyunda ınonokromoiik ışık optimum gennisidai etkiyi sağlamaktadır. UV Radyasyonun Etkinliği Uluaviyole radyasyon kimyasal bir dezenfektandan ziyade fiziksel bir dezenfektandır. 254nın dalga boyundaki radyasyon mikroorganizmanın hücre duvarından geçerek, hücre u,,»ui ki DNA ve RNA tarafından absorplanır, Bu da hücrenin çoğalmasını engeller ve hücrenin DÎınesine neden olur, UV radyasyonunun bakterisit etkinliği suyun berrak olmasına bağlıdır. Bulanıklığa neden olan kirleticiler UV radyasyonunun doğrudan bakteriye ulaşmasını engelleyeeekıir. UV radyasyonunun su de/enfeksiyonunda etkin olabilmesi için en etkili yöntem; suyun ince bir filin tabakası şeklinde ultraviynie lambalar arasından geçirilmesidir. 18
Şekil 2. Atık suyun yüksek enerjili UV radyasyonla dezenieksiyonu UV Radyasyonun Çevresel Etkileri UV radyasyonun kimyasal bir ajan olmaması nedeniyle suda toksîk bir kalıntı oluşturması söz konusu değildir, Buna rağmen sudaki bazı bileşikler UV radyasyonla değişikliğe uğrayabilmektedirler. Ancak bunlarında daha sonra zararsız formlara dönüştüğü düşünülmektedir, Bu nedenlerle UV radyasyonun çevresel etki açısından fayda ve zararları dengelenmektedir. 19