TEKNİK RAPOR BELEDİYE ARITILMIŞ ATIKSU VE BİYOKATILARINDA BULUNAN MİKROORGANİZMALAR ÜZERİNE GAMA RADYASYONUN ETKİSİ

TÜRKİ YEAT OME NE RJ İ S İ KURUMU

TÜRKİYE ATOM ENERJİSİ KURUMU TEKNİK RAPOR BELEDİYE ARITILMIŞ ATIKSU VE BİYOKATILARINDA BULUNAN MİKROORGANİZMALAR ÜZERİNE GAMA RADYASYONUN ETKİSİ 2008

TÜRKİYE ATOM ENERJİSİ KURUMU 2690 sayılı kanun ile kurulmuş olan Türkiye Atom Enerjisi Kurumunun ana görevi; atom enerjisinin barışçıl amaçlarla ülke yararına kullanılmasında izlenecek ulusal politikanın esaslarını ve bu konudaki plan ve programları belirlemek; ülkenin bilimsel, teknik ve ekonomik kalkınmasında atom enerjisinden yararlanılmasını mümkün kılacak her türlü araştırma, geliştirme, inceleme ve çalışmayı yapmak ve yaptırmak, bu alanda yapılacak çalışmaları koordine ve teşvik etmektir. Bu çalışma TAEK personeli tarafından gerçekleştirilmiş araştırma, geliştirme ve inceleme sonuçlarının paylaşımı amacıyla Teknik Rapor olarak hazırlanmış ve basılmıştır. Teknik Rapor 2009-3 Türkiye Atom Enerjisi Kurumu yayınıdır. İzin alınmaksızın çoğaltılabilir. Referans verilerek kullanılabilir. TÜRKİYE ATOM ENERJİSİ KURUMU Adres : Eskişehir Yolu 9. km 06530 Ankara/Türkiye Tel : +90 (312) 295 87 00 Fax : +90 (312) 287 87 61 Web : www.taek.gov.tr

ÖNSÖZ Yaşamımızda giderek önem kazanan konulardan biri de doğal çevrenin korunmasıdır. Çevre ile uyumlu hale getirilebilen, değerlendirilebilen atıklar ekosistemin sürdürülebilirliğini sağlayan en önemli faktörlerden biridir. Ülkemizde atıksu arıtma tesislerinin sayısı ve evsel atıksu - biyokatı kullanımı giderek artmaktadır. Arıtılmış atıksuların ve biyokatıların kullanılmasında kısıtlayıcı en önemli faktör mikrobiyal kirliliktir. Arıtılmış atıksuların sulamada kullanılmasında ve biyokatıların toprağa uygulanmasında ortaya çıkabilecek çevre ve halk sağlığına ilişkin risk faktörlerinin dikkatle incelenmesi ve patojenlerin kabul edilebilir düzeylere indirilmesi gerekmektedir. Gama radyasyon su, atıksu ve biyokatıların dezenfeksiyonunda kullanılan alternatif bir yöntemdir. Gama radyasyon suda ve su ortamında bulunan maddelerde kimyasal ve biyolojik değişim oluşturur. Uygun dozda kullanılan iyonlaştırıcı radyasyon başka bir yönteme gerek kalmadan mikroorganizmaları yok eder. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi nde arıtılarak Ankara çayına verilen atıksu ve gübre olarak kullanılan biyokatı örneklerindeki patojen mikroorganizmaları inaktive eden gama radyasyon dozunu belirlemeye yönelik çalışmaların sunulduğu bu rapor, dezenfekte edilen atıksular ve biyokatıların tarım için yararlı ve halk sağlığı için güvenli olacağı düşüncesiyle ve gama radyasyonun bu amaçla kullanılabilecek güvenli bir teknik olduğunu göstermek amacıyla hazırlanmıştır. Bu raporda sunulan verilerin yararlı olması en büyük dileğimizdir.

İÇİNDEKİLER Sayfa No Tablolar Dizini...i Şekiller Dizini...iii Yönetici Özeti...v Executive Summary...vii Giriş...1 Materyal ve Metot...11 Bulgular...17 Tartışma ve Sonuç...31 Kaynakça...40

Tablolar Dizini Sayfa No Tablo 1. Tablo 2. İyonlaştırıcı radyasyon ve mikroorganizmaların inaktivasyonu...8 Sulama suyu olarak kullanılan arıtılmış atıksuyun mikrobiyolojik özellikleri (Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi verileri)...9 Tablo 3. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi ne ait biyokatının mikrobiyolojik özellikleri...10 Tablo 4. Arıtılmış atıksuda parazitolojik inceleme sonuçları...21 Tablo 5. Biyokatıda parazitolojik inceleme sonuçları...22 Tablo 6. Arıtılmış atıksu ve biyokatıda parazitik mikroorganizmaların durumu...23 Tablo 7. Arıtılmış atıksuda bakteriyolojik inceleme sonuçları...23 Tablo 8. Biyokatıda bakteriyolojik inceleme sonuçları...24 Tablo 9. Arıtılmış atıksu ve biyokatıda bakterilerin görülme durumu...24 Tablo 10. Gama radyasyon ile ışınlanan Cryptosporidium ookistleri ile farelerde yapılan enfektivite testi sonuçları...29 Tablo 11. Arıtılmış atıksuda bakteriler üzerine gama radyasyonun etkisi...30 Tablo 12. Biyokatıda bakteriler üzerine gama radyasyonun etkisi...30 i ivxlcdm

Şekiller Dizini Sayfa No Şekil 1. Atıksu arıtımındaki basamaklar ve kullanımları...2 Şekil 2 ve 3. Atıksu arıtma - Son dinlendirme havuzları...12 Şekil 4 ve 5. Biyokatı Mekanik çamur kurutma istasyonu...12 Şekil 6. Şekil 7. Şekil 8. Şekil 9. Şekil 10. Şekil 11. Şekil 12. Şekil 13. Şekil 14. Şekil 15. Şekil 16. Arıtılmış atıksu ve biyokatıda Cryptosporidium sp. değerleri...17 Mevsimlere göre arıtılmış atıksuda Cryptosporidium sp. Değerleri...18 Mevsimlere göre biyokatıda Cryptosporidium sp. değerleri...18 Giardia lamblia ve Entamoeba histolytica kistleri (Lugol s iodine)...25 Giardia lamblia kisti ve Cyclospora cayetanensis ookistleri (Kinyoun acid-fast)...25 Trichostronglidae sp. yumurtası (Carbol fuchsin)...26 Giardia lamblia kistleri (Lugol s iodine)...26 Cryptosporidium sp. ookisti (Kinyoun acid-fast)...27 Cryptosporidium sp. ookisti (Rhodamine-auramine)...27 Koliform grubu bakteriler (MacConkey agar)...28 Salmonella sp. kolonileri (XLT 4 besiyeri)...28 ii

Yönetici Özeti Belediye Arıtılmış Atıksu ve Biyokatılarında Bulunan Mikroorganizmalar Üzerine Gama Radyasyonun Etkisi Dünya nüfusundaki artış, atıkların azaltılması politikası ve tarımsal gereksinimler evsel nitelikli atıksuların arıtılarak tekrar kullanımını istenen bir uygulama haline getirmiştir. Arıtılmış atıksuların tarım arazilerinin sulanmasında ve biyokatıların gübre olarak kullanımında ortaya çıkabilecek çevre ve halk sağlığına ilişkin risk faktörleri dikkate alınmalıdır. Atıksu ve biyokatılarda bulunan patojenler arıtım basamakları sonrasında canlılıklarını koruyabilmektedirler. Arıtılmış atıksu ile sulanan veya biyokatı ile gübrelenen topraklarda yetişen sebze ve tahıl ürünlerinin tüketimi taşıdıkları patojenlerden kaynaklanan enfeksiyonların görülme riskini artırmaktadır. Bu nedenle evsel nitelikli atıksuların kullanıma verilmeden önce usule uygun bir şekilde arıtılması gerekmektedir. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi nden alınan örneklerle, bir yıl sürdürülerek, rapor haline getirilen bu çalışmada aşağıda belirtilen patojenlerin yoğunlukları araştırılmıştır. Gama radyasyonun bulunan patojen mikroorganizmalar üzerindeki etkisi incelenerek inaktivasyon dozları belirlenmiştir. Parazitolojik inceleme: Arıtılmış Atıksu ve Biyokatı Cryptosporidium sp. Giardia lamblia Entamoeba histolytica Cyclospora cayetanensis Helmint yumurtaları Bakteriyolojik inceleme: Arıtılmış Atıksu Total koliform Salmonella sp. Fekal streptokok Enterococcus sp. Biyokatı Fekal koliform Salmonella sp. iii

Executive Summary Inactivation of Microorganisms in Treated Municipal Wastewater and Biosolids by Gamma Irradiation Increasing growth of the world s population, waste minimization policies and agricultural needs make the recycling of domestic wastewater quite a desirable practice. Factors like environmental and public health risks must be taken into account when considering treated wastewater for field irrigation and biosolids for land application. Pathogens present in wastewater and biosolids may remain active after treatment and there is always a great risk of transmission of infections via consuming crop and vegetables. Therefore it is very important to treat domestic wastewater properly before using it as an irrigation water and as a fertilizer. The work reported herein represents an evaluation of the variations in the population densities of below indicated pathogens monitored during a one year study in Ankara Central Municipal Wastewater Treatment Plant, and the efficiency of gamma irradiation for the inactivation of these important waterborne pathogens. Parazitological investigation Treated wastewater and biosolids Cryptosporidium sp. Giardia lamblia Entamoeba histolytica Cyclospora cayetanensis Helminth ova Bacteriological investigation Treated wastewater Total coliforms Salmonella sp. Fecal streptococci Enterococcus sp. Biosolids Fecal coliforms Salmonella sp. iv

1.GİRİŞ Dünya nüfusunun giderek artıyor olması, atıkların azaltılması politikası ve tarımsal gereksinimler evsel atıksuların arıtılarak tekrar kullanılmasını gerekli kılmıştır. Atıksuların ekinlerin sulanmasında ve özellikle çorak - yarı çorak arazilerde kullanımı giderek artmaktadır. Ekin verimi atıksulardaki bitkisel besinlerin (özellikle azot ve fosfor) varlığı nedeniyle yüksek olmaktadır. Atıksuların arıtım işleminden sonraki çözünmeyen kalıntı kısmı olan ham çamurlar alıcı ortama verilmeden önce stabilize edilmektedir. Stabilize edilen ham çamur Biyokatı olarak adlandırılmaktadır. Biyokatı tanımı arıtma çamuru ve işlenmiş arıtma çamuru ile eş anlamlı olarak kullanılmaktadır (5). Biyokatılar bünyelerinde dirençli organik bileşikleri ve bitki gelişimi için gerekli makro ve mikro besin elementlerini bulundurmaktadırlar. Azot ve fosfor içerikleri biyokatıların gübre değerini ortaya koymakta, organik madde içerikleri de bu materyalin toprak ıslahı açısından ayrı bir önem taşıdığını göstermektedir (92). Uygun kullanıldığında atıksu ve biyokatının toprağın sulanmasında ve forma sokulmasında faydalı olduğu, tarım, orman, toprak ıslahı ve diğer toprak yönetimi aktivitelerinde kullanılabileceğini göstermektedir (6). Şekil 1. de atıksu arıtımındaki basamaklar ve kullanımları özetlenmektedir (5). 1 0123456789

Evsel Atıksu Akarsuya geri dönüş Sulama Atıksu Arıtım Ham Çamur Çamur Stabilizasyonu Endüstriyel Ön Arıtım Biyokatı Endüstriyel Atıksu Bertaraf Yakma Arazi doldurma Kullanım Tarım alanları Toprak ıslahı Ağaçlandırma Yeşil alanlar Fidanlıklar Mezarlıklar Park ve bahçe Şekil 1. Atıksu arıtımındaki basamaklar ve kullanımları Bu yararlı özelliklerine karşın atıksu ve biyokatılar çevreye zararlı olabilecek toksik elementler ve patojen mikroorganizmaları içerebilmektedirler (4,52,90). Yüksek miktarda toksik element içeren biyokatıların tarım arazilerinde kullanımı kısıtlanmaktadır. Patojen mikroorganizmalardan temizlenmemiş atıksu ve biyokatıların kullanımı halk sağlığı açısından önem taşımaktadır ve olası riskleri kontrol altında tutmak için sıkı önlemlerin alınmasını gerektirmektedir (6,92,98). Kanalizasyon ortamında bakteri, virus, protozoa ve helmint yumurtaları gibi birçok patojenik mikroorganizma her zaman bulunmaktadır (23). Mikroorganizmaların sayıları ve tipleri şehirleşme derecesine, nüfus yoğunluğuna, toplumun hijyen bilincine ve mevsimlere göre değişmektedir. Kanalizasyon ortamındaki patojenler bugün kullanılan atıksu arıtma teknolojileri ile önemli düzeyde azaltılmakta ve arıtılmış atıksu ile biyokatılar alıcı ortamlara verilebilmektedir. Atıksu ve biyokatılardan kaynaklanabilecek risk faktörleri üç bölümde incelenebilir (54,62,84,91). Nematod enfeksiyonları, Protozoer enfeksiyonlar, Fekal bakteriyel ve viral enfeksiyonlar Arıtılmış atıksuların kullanılmasında kısıtlayıcı en önemli faktör mikrobiyal kirliliktir. Mikrobiyal kirliliğin şiddetli yağışları izleyen aylarda önemli oranda arttığı belirtilmektedir (23,56). Atıksuların kullanımı, Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) tarafından halk sağlığına gelebilecek etkilerin engellenmesi amacıyla ve bölgelerin epidemiyolojik, sosyal ve çevresel faktörleri dikkate alınarak düzenlenmiştir (4,98). 2

Biyokatılar kullanıma verilmeden önce içerdiği patojenlerin kabul edilebilir düzeylere indirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla kullanılan standartlar ve amenajman uygulamaları Amerika Birleşik Devletleri, Çevre Koruma Teşkilatı (US-EPA) tarafından çıkarılan yönetmelik çevresinde ele alınmaktadır. Bu yönetmeliğe göre A sınıfı biyokatılar doğrudan temas için güvenli, B sınıfı biyokatılar arazide ve bitkisel üretimde kısıtlı kullanım şeklinde iki kategoriye ayrılmıştır (92). Atıksu ve biyokatılarda mikrobiyolojik analiz, arıtma, stabilizasyon ve dezenfeksiyon işlemlerinin etkisini belirlemek açısından önemlidir. Bu analiz sonucunda fekal indikatörlerdeki azalma patojenlerin eliminasyonunu ortaya çıkarmaktadır. Fekal indikatör kabul edilen mikroorganizmaların insan sağlığı üzerindeki etkileri şu şekilde özetlenebilir (2,39,86,98). Bakteri Koliform Salmonellae Protozoa Cryptosporidium : Gastroenteritis : Salmonellosis (S. typhi-tifo) : Cryptosporidiosis, gastroenteritis, kramp, kilo kaybı E. histolytica : Akut enteritis, amipli dizanteri Giardia : Giardiasis, abdominal kramp, kilo kaybı Cyclospora : Gastroenteritis Helmint Askarit Taenia : Sindirim ve beslenme bozuklukları, karın ağrısı, kusma, öksürük, kilo kaybı : İştahsızlık, uyku bozukluğu (insomnia), kilo kaybı İndikatör kabul edilen bu mikroorganizmaların minimum enfektif dozları ise şu şekilde bildirilmektedir (9,84,91). Koliform (E.coli) 10 4 10 10 Salmonella 10 2 10 10 Cryptosporidium 1-30 ookist Giardia 1-10 kist E. histolytica 2-10 kist Askarit 1-10 yumurta Taenia 1-10 yumurta 3

Cryptosporidium sp. bugün dünyada tüm su kaynakları için söz konusu olan önemli bir protozoondur. Ookistleri çok dirençli olup nemli çevrelerde, 4 C de 6 ay canlılığını sürdürebilmekte, bilinen dezenfektanlarla (klor, amonyak, formaldehit vb.) yok edilememektedir (49,64,66). Suların bu çok küçük boyutlu (4-6 μm) oosistlerden arıtılması zor olmaktadır. Klorlu dezenfektanlara dirençlidir ve koagulasyon/filtrasyon prosesi uygulanan sularda bile görülmektedir (30,94). Dünyada ölümle sonuçlanan birçok Cryptosporidiosis vakası bildirilmiştir (14,64,86). 1991-1994 yılları arasında A.B.D. nde ortaya çıkan içme suyu kaynaklı 64 salgında 422.800 vaka izlenmiş, etyolojik olarak 8 odakta 406.822 vaka cryptosporidiosis, 9 odakta 508 vaka giardiasis olarak rapor edilmiştir (76). Fekal yolla bulaşan bu parazitin taşıyıcısı insan ve hayvanlardır (memeliler, kuşlar, sürüngenler ve balıklar). Cryptosporidium cinsinin birçok türü vardır fakat bulaşma türe özgü değildir. Doğaya birçok yolla bulaşmasına rağmen en önemli bulaşma yolunun sular olduğu kabul edilmektedir (9,88). Atıksu arıtımının tüm basamaklarında Cryptosporidium sp. ookistleri görülmektedir. Üçüncü arıtma sonrasında bile görülme oranının %19 olduğu bildirilmektedir (14). Biyokatıda ookistlerin 55 C de yüksek oranda inaktive olduğu (96), anaerobik çürütmenin 24 saatte ookistlerin %99.9 unu yok ettiği (75) bildirilmektedir. Su kaynaklı bir diğer potansiyel tehlike de Giardia sp. kistleridir. Giardia kistleri Cryptosporidium ookistlerine kıyasla daha az dayanıklıdır. 0-2 C de canlılıklarını 2 ay sürdürürler (64,66). Buna rağmen enfeksiyon riskleri yüksektir. Minimum enfeksiyon dozu Giardia için 1-10 kist, Cryptosporidium için 1-30 ookist olarak verilmektedir (10). Wiandt ve ark. (97), son dinlendirme havuzlarında yaptıkları bir çalışmada yaz aylarında Giardia sp. kistlerine rastlamadıklarını, kış aylarında ise 0.1-2.5 kist /L görüldüğünü bildirmektedirler. Araştırmacılar yaz aylarında stabilizasyonun iyi sağlandığını kış aylarında ise çıkış suyunun risk taşıdığını belirtmektedirler. Le Chevallier ve ark. (43), A.B.D. ve Kanada da yaptıkları bir araştırmada yüzey sularının %87 sinde Cryptosporidium parvum ve %81 inde Giardia lamblia teşhis ettiklerini bildirmişlerdir. Filtre edilmiş sularda bile (%17) Giardia lamblia görülebilmektedir (52). Cyclospora cayetanensis protozoon bir parazit olup insanlara gıda ve sularla bulaşmaktadır. Yuvarlak ve 8-10 μm olan ookistleri dış çevrede aylarca canlılığını korumakta, taze gıdalardan eliminasyonu radyoaktif proseslerle sağlanmaktadır (8). Son yıllarda önem kazanan bu parazit sularda indikatör patojenler arasında yer almaktadır (31,52). C. cayetanensis, Ortega ve ark. tarafından 1993 yılında tanımlanmış, su ve gıda kaynaklı olduğu ve klorlanmaya karşı dirençli olduğu belirtilmiştir (76). Koliform grubu bakteriler (Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella, fekal koliformlar) Gram (-), çubuk şeklinde bakterilerdir. Birçok koliform bakteri özellikle sıcak iklimlerde barsak dışında da gelişimini sürdürmektedir. Bu nedenle tarımda kullanılacak atıksu ve biyokatılarda bu parametrenin belirlenmesi 4

ve düşük olması gerekmektedir. Kaliforniya da tahıl sulamasında kullanılacak atıksular için total koliform düzeyi en fazla 2.2/100ml. olarak belirlenmiş, bu sayının insan teması için güvenli olduğu belirtilmiştir (91). Sularda ve biyokatıda koliform sayımı En Muhtemel Sayı (EMS) yöntemi ile belirlenmektedir (2). Fekal streptokokların kaynağı genellikle hayvanlardır (Streptococcus bovis ve Streptococcus equinus). İnsan ve hayvanlarda enfeksiyona neden olan Streptococcus faecalis de bu grupta yer alır. Fekal streptokoklar sıcak iklimler için bir indikatördür ve Salmonella sp. ile birlikte ele alınması gerekmektedir (2,91). Salmonella sp. nın atıksu ve biyokatıdan eliminasyonu birçok bakterinin (özellikle Vibrio cholera ve Shigella) yok edildiğini göstermesi bakımından önemlidir (62). Salmonella sp. barsakta yaşayan bakterilerdir. Gram (-), çubuk şeklindeki bu bakteriler gıda kaynaklı Salmonellosis enfeksiyonunun etkeni olup tifo ve paratifo ya da neden olurlar. Salmonella cinsine bağlı türlerin 2300 den fazla serotipi bulunmaktadır. Salmonella sp. laboratuarlarda zenginleştirilerek ve selektif besi yerlerine alınarak teşhis edilmektedir (2,13,63). Enterokoklar biyokatılarda tüm kompostlama proseslerine dayanıklıdır ve fekal koliform ile Salmonella dan çok daha fazla direnç göstererek canlı kalırlar (66). Atıksu arıtma tesislerinde ortaya çıkan ham çamurların halk sağlığı açısından güvenle kullanımını sağlamak üzere uygulanan pek çok yöntem vardır. Bu yöntemlerden ikisi stabilizasyon ve dezenfeksiyondur. Stabilizasyon yöntemlerinden bazıları patojenlerin tamamını yok edememektedir. Bu nedenle biyokatılardaki patojenlerin insan ve hayvanlarla temasından önce kabul edilebilir düzeylere indirilmesi yani dezenfeksiyonu gerekmektedir. Dezenfeksiyon yöntemlerinden biri de gama ışınlamadır. Amerikan Çevre Koruma Ajansı (US-EPA) biyokatıların 20 C de 60 Co veya 137 Ce kaynağında 10 kgy dozda ışınlanmaları gerektiğini bildirmektedir (5,54,90). Gama ışınlama biyokatıların A sınıfı kategorisine girebilmesi için gerekli uygulamalardan biridir (98). Su, atıksu ve biyokatıların patojenlerinden arındırılması veya patojenlerin inaktif hale getirilmesi için birçok çalışma yapılmıştır (21,27,40,65). Atıksuların dezenfeksiyonunda kullanılan başlıca yöntemler ozonlama, UV ve gama ışınlamadır (40). Ozon kuvvetli antimikrobiyel bir ajandır. Ozon molekülü mikroorganizmaları intraselüler enzimleri ile reaksiyona girerek inaktive etmektedir (1,40,95). Ozon uygulaması (1 ppm) Cryptosporidium parvum un enfektivitesini % 90 azaltmaktadır (40). Ozon ile elde edilen inaktivasyon birçok faktöre bağımlı olduğu için (ısı, ortamın ph sı, mikroorganizmayı çevreleyen organik maddelerin varlığı gibi) her zaman istenilen sonucu vermemektedir (59). Bu nedenle dirençli mikroorganizmaların inaktivasyonunda UV ışınlama ile birlikte kullanılması önerilmektedir (39). Tanner ve ark. (81), elektrokimyasal yolla üretilip yüksek 5

basınçla uygulanan ozonun sulardaki total ve fekal koliformları öldürdüğünü bildirmektedir. Gehr ve ark. ozonun 30-50 mg/l oranında kullanıldığında fekal koliform düzeyinde 2-log azalma sağladığını belirtmektedir (27). Ozon 25 C de 0.48 mg.min/l dozda verildiğinde Giardia kistlerinde 3-log inaktivasyon sağlamaktadır (64). Alonso ve ark. ise (1), atıksularda ozon ve UV radyasyon ile dezenfeksiyonu izleyen 60. günde mikroorganizmaların ve nematodların tekrar gelişme gösterdiğini belirlemişlerdir. Ultraviyole radyasyon etkisini moleküler yapı tarafından absorbe edilen fotonun başlattığı fotokimyasal reaksiyona dayalı olarak göstermektedir. UV ışını ile inaktive edilen mikroorganizmanın nükleik asitleri hasar görmektedir (80). Ultraviyole ışınlama kolay uygulanabilir ve zararlı yan ürün vermeyen bir dezenfeksiyon sistemidir. Su ve atıksularda bakteri ve virusların eliminasyonunda en etkili tekniklerden birisi olarak kabul edilmektedir (38,58). 1.0 mws/cm 2 dozda uygulanan UV sisteminin Cryptosporidium parvum ookistlerini %99 oranında öldürdüğü, canlı kalan ookistlerin DNA larında hasar oluştuğu için enfeksiyon yaratmadığı bildirilmektedir (72). Diğer bir çalışma Cryptosporidium parvum ookistlerinin enfektivitesinin %100 oranında kaybolabilmesi için UV ışınları uygulama süresinin 150 dakika ve daha üstünde olması gerektiğini göstermektedir (49). Cryptosporidium parvum ookistlerinin UV radyasyonla enfektivitesinin önlenmesinde Craik (16), içme suyunda etkili dozun 119 mj/cm 2 olduğunu, Linden (46), 250-275 nm dalga boyunda 2mJ/cm 2 dozda D 10 değerini %99 olarak bulduğunu bildirmektedir. Giardia lamblia kistlerinin inaktivasyonu amacı ile yapılan bir çalışmada UV dezenfeksiyon dozu 254 nm de 10J/m 2 olarak bildirilmektedir (47). Bir diğer veride, Cryptosporidium ookistlerinin ve Giardia kistlerinin 3-log inaktivasyonu için verilen dozlar sırasıyla 12 mj/cm 2 ve 11 mj/cm 2 olarak gösterilmektedir (64). Gehr ve ark. 20mJ/cm 2 nin üstündeki UV ışınlarının fekal koliform düzeyinde 2-log azalma sağladığını belirtmektedir (27). Ultraviyole radyasyon Salmonella türlerini yok ettiği halde (38) Cryptosporidium türleri üzerindeki etkisi sınırlı olmaktadır (76). Gama radyasyon su, atıksu ve biyokatıların dezenfeksiyonunda kullanılan bir diğer alternatif yöntemdir (45). Gama ışınları radyoaktif bozunum sırasında çekirdekten çıkan yüksek enerjili ışınlardır. Gama ışınlarının madde içine nüfuz etme kabiliyetleri daha fazla, iyonlaşmaya sebep olma etkileri ise çok daha azdır. Gama radyasyon suda fotoelektrik etki oluşturur, her bir ışından gelen enerji elektronlara transfer edilir. Bu enerji transferi iyonizasyon yaratır, dolayısıyla suda ve su ortamında bulunan maddelerde kimyasal ve biyolojik değişim oluşturur (85). İyonlaştırıcı radyasyonun mikroorganizmalar üzerindeki etkisi dolaylıdır. Sıvı ortamların gama radyasyon veya elektron demeti ile ışınlanması sonucu ortaya kararsız durumda hidroksil radikalleri, hidrojen iyonları ve hidrate elektronlar gibi ara ürünler çıkar. Reaksiyona hazır bu ara ürünler mikroorganizmalarda kimyasal değişikliklere neden olur. Uygun dozda kullanılan iyonlaştırıcı radyasyon 6

başka bir yönteme gerek kalmadan mikroorganizmaları yok eder (80). Monk ve ark. (55), mikroorganizmaların oda sıcaklığında radyasyona daha az dirençli olduklarını belirtmişlerdir. Dünyada atıksu ve biyokatıların dezenfeksiyonunda elektron demetini kullanarak çalışmalar yapan ülkeler arasında Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Japonya, Avusturya ve Fransa yer almaktadır (33,35). Gama radyasyonun dezenfeksiyon etkisini araştıran ülkeler ise Almanya, Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Japonya ve Hindistan dır (34,35). Bu çalışmalar elektron demetinin patojenik mikroganizmaların inaktivasyonunda etkili olduğunu göstermiştir. 5000 Gy doz total koliformlarda 3-log inaktivasyon sağlamaktadır (20). Bir diğer çalışma 550 Gy dozun E.coli de 4-log inaktivasyon sağladığını göstermektedir. Gama ışınlamanın patojenik mikroorganizmalar üzerine etkilerini araştıran Rawat ve ark., koliform bakterilerde 1000 ve 2000 Gy dozlarda sırasıyla 3- ve 4-log inaktivasyon gözlemişlerdir (65). 5000 Gy dozun total koliformlarda 4-log inaktivasyon sağladığı bildirilmektedir (20). Zagory (100), Cyclospora ve Cryptosporidium gibi protozoonların hücrelerinde bulunan su ve DNA nedeniyle gama radyasyondan kolay etkilendiklerini ve 500 Gy dozun 5-log inaktivasyon sağlayacağını savunmaktadır. Sundermann ve ark. (78), in vivo ve in vitro deneylerle 500 Gy dozun Giardia kistlerini inaktive ettiğini göstermişlerdir. Bakteriyel patojenlerin çoğu 1500-4500 Gy arasındaki orta dozlarda ölmektedir. Bakteriyel spor ve bazı virüslerin inaktivasyonu için bu doz aralığı 10000-45000 Gy e çıkmaktadır (82). Enterococcus spp. için öldüren doz aralığı 3000-47000 Gy olarak bildirilmektedir (73). Olson (57), tavuk etlerinde Salmonella nın 1.5-3.0 kgy doz aralığında 3-log ile 5-log oranında yok edildiğini belirtmektedir. Tablo1. İyonlaştırıcı radyasyon kullanılarak mikroorganizmaların inaktivasyonunu inceleyen bazı araştırmaları özetlemektedir. 7

Tablo 1. İyonlaştırıcı Radyasyon ve Mikroorganizmaların İnaktivasyonu Kaynak Referans Mikroorganizma Ortam Doz (Gy) Log inaktivasyon Elektron demeti 20 Atıksu Total koliform 5000 3 Elektron demeti 15 C.parvum İstiridye 2000 4 Gama 20 Total koliform Atıksu 5000 4 Gama 85 E.coli Atıksu 80 1 Gama 74 E.coli Su 250 4 Gama 18 T. gondii M-S* 500 1 Gama 24 C.cayetanensis M-S* 500 1 Gama 37 C.parvum Enf. 400 1 Gama 99 C.parvum Enf. 50000 4 Gama 78 G.lamblia Su 500 2 Gama 85 C.parvum Su-Atıksu 10000 2 Gama 41 C.parvum Enf. 300 2 Gama 17 Salmonella Et 780 1 Gama 17 C.parvum M-S* 800 1 C.cayetanensis M-S* 800 1 Gama 82 E.coli O157 Et 1.50 5 M-S*. Meyve - Sebze Salmonella Et 2.80 5 Araştırma materyalinin alındığı Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi, kent merkezine yaklaşık 40 km. uzaklıkta, Sincan ilçesi Tatlar Köyü mevkiinde 190 ha bir arazi üzerinde kurulmuştur. Bu mevki Ankara nın gelecekteki genişleme ve nüfusu dikkate alınarak seçilmiş olup şehrin ve arıtma tesisinin topografisi atıksuyun arıtma tesisine pompa istasyonu gerektirmeden ulaşımını sağlayacak şekilde planlanmıştır. Proje, nüfusun 2025 yılında 6 milyona ulaşacağı düşünülerek, şehir atıksuyunun %98 inin arıtıma bağlanacağı hesaplanarak gerçekleştirilmiştir. Arıtma tesisine gelen atıksudaki organik kirlilik ve askıdaki katı maddeler yaklaşık 300mg/L olup, arıtma tesisinde %90 ın üzerinde arıtım yapılarak çıkış (deşarj) değeri 30mg/L den aza düşürülmektedir. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi aşağıdaki ana işlevsel üniteleri içermektedir : Ön arıtma istasyonu: Atıksuyun arıtıma uygun hale getirilmesi için ön işlemlerin uygulandığı birimdir. Ön çökeltme tankları: Kum tutuculardan çıkan sudaki çökebilen katı maddelerin tutulduğu birimdir. Havalandırma havuzları: Ön çökeltme tanklarında birincil arıtımdan geçen atıksularda biyolojik arıtmanın yapıldığı birimdir. Biyolojik arıtma sudaki 8

organizmaların aktive edilerek zararlı mikroorganizmaların uzaklaştırılması esasına dayanmaktadır. Bu tesiste ikincil arıtma yüzeysel havalandırmalı klasik aktif çamur sistemi ile yapılmaktadır. Son çökeltme tankları ve çamur geri dönüş pompa istasyonu: Aktif çamurun arıtılmış sudan uzaklaştırılmasını sağlayan konik tabanlı dairesel çökeltme tanklarıdır. Bu tanklarda atıksuyun bekletilme süresi 4 saattir. Burada savaklanan arıtılmış atıksu çıkış kanalında toplanarak Ankara Çayı na deşarj edilmektedir. Ham çamur yoğunlaştırıcıları: Tanklardan gelen çamurun yoğunlaştırıldığı birimdir. Yoğunlaştırma sırasında ortaya çıkan su tekrar tesis giriş yapısına pompalanmaktadır. Çamur özümleyiciler: Arıtma işleminden gelen çamurun stabilize edilerek septik koşullarının ortadan kaldırıldığı, patojenlerin giderildiği ve hacmının azaltıldığı birimdir. Burada çamur 35 C de havasız koşullarda en az üç hafta bekletilmektedir. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi nde arıtılmış suyun büyük bir kısmı Ankara Çayı na bırakılmakta, bir kısmı da sulama suyu olarak kullanılmak üzere Anayurt Köyü ne kadar açılmış olan bir kanala verilmektedir. Bu suda yapılan analizler fekal koliform seviyesinin azaldığını göstermekle birlikte kanal boyunca çiğ tüketilen bitkilerin ve yeşil alanların sulanmasına izin verilmemektedir (5). Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisinde arıtılmış suyun mikrobiyolojik özellikleri aşağıda gösterilmektedir (Tablo 2). Tablo 2. Sulama Suyu Olarak Kullanılan Arıtılmış Atıksunun Mikrobiyolojik Özellikleri (5) Örneklerin Alındığı Tarih Fekal Koliform EMS/100ml Kanal Girişi Salmonella (25 ml de) Parazit Fekal Koliform EMS/100ml Anayurt Köyü Bölgesi Salmonella (25 ml de) Parazit Temmuz 2001 93.000 Negatif Negatif 43.000 Negatif Negatif Temmuz 2001 90.000 40.000 Ağustos 2001 93.000 0 Eylül 2001 21.000 15.000 Ekim 2001 9.300 4.300 Kasım 2001 90.000 2.300 Aralık 2001 93.000 9.300 9

Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi nde atıksuyun arıtılması sonucunda, tam kapasite çalışmada, günde yaklaşık 650 m 3, %25-30 kuru madde içeren biyokatı elde edilmektedir. Çamur stabilizasyonu mezofilik anaerobik çürütme (35 C de 20 gün) yöntemiyle yapılmaktadır. Bu şekilde fekal koliform miktarı %90 oranında giderilmiş olmaktadır. Arıtma tesisinden alınan biyokatı US-EPA (Amerika Birleşik Devletleri, Çevre Koruma Teşkilatı) yönetmeliğine göre B sınıfı olup Geleneksel Standart Biyokatı niteliğini taşımaktadır. Arıtma tesisinden çıkan ve doğal koşullarda kurutulan biyokatıdan değişik zamanlarda alınan örneklerde fekal koliform sayısı değişim göstermektedir. Örneklerin hiçbirinde Salmonella ve helmint yumurtası görülmemiştir (5) (Tablo 3). Tablo 3. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisine ait Biyokatının Mikrobiyolojik Özellikleri (5) Örneklerin Alındığı Tarih Fekal koliform (EMS/g)(kuru ağ.) Palet Çıkışı Alınan Örneklerde Salmonella (25g) Helmint yumurtası (g) Mart 2000 > 4.400 Negatif Negatif Haziran 2000 > 44.000 Temmuz 2000 440.000 Ağustos 2000 44.000 Eylül 2000 44.000 Ekim 2000 3.000.000 Kasım 2000 184.000 Yapılan bu araştırma, Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisinde arıtılarak Ankara çayına verilen arıtılmış atıksu ve gübre olarak kullanılan biyokatı örneklerinin indikatör patojen mikroorganizmalar yönünden incelenmesi ve gama radyasyonun bu mikroorganizmalar üzerindeki inaktivasyon dozunu belirlemek amacıyla yürütülmüştür. 10

MATERYAL ve METOT Örneklerin Toplanması Arıtılmış atıksu ve biyokatı örnekleri Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi nden (AMAAT) Mayıs 2005-Nisan 2006 tarihleri arasında her ay (Ocak 2006 hariç) alındı. Ocak 2006 da hava koşulları elvermediği için gidilemedi ve örnek alınamadı. Atıksu örnekleri Ankara Çayı na verilmeden önceki son dinlendirme havuzlarından, her ay aynı havuzdan olmak üzere 5 litrelik pet şişelere toplandı. Parazitolojik ve mikrobiyolojik incelemeler aynı gün yapıldı. Şekil 2 ve 3 örneklerin alındığı son dinlendirme havuzlarını göstermektedir. Biyokatı örnekleri gübre olarak verilmeden önceki aşamada, mekanik çamur kurutma istasyonundan, 1 kg lık plastik kutulara alındı. Parazitolojik ve mikrobiyolojik İncelemeler aynı gün yapıldı. Şekil 4 ve 5 biyokatı örneklerinin alındığı mekanik çamur kurutma istasyonunu göstermektedir. Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi nden alınan arıtılmış atıksu ve biyokatı örnekleri iki grup altında incelendi: Parazitolojik inceleme: Arıtılmış Atıksu ve Biyokatı Cryptosporidium sp. Giardia lamblia Entamoeba histolytica Cyclospora cayetanensis Helmint yumurtaları Bakteriyolojik inceleme: Arıtılmış Atıksu Total koliform Salmonella sp. Fekal streptokok Enterococcus sp. Biyokatı Fekal koliform Salmonella sp. 11