Kimyada özel konular nehir suyundan iÇme suyuna öĞretim görevliSİ Prof. Dr. Bülent cavaş

Birben SARITAŞ, Aylin BOLU, Hatice YILDIZ, Revan GEÇGEL, İrem KIZILGEDİK

Dokuz Eylül Üniversitesi, Buca Eğitim Fakültesi, Fen Bilimleri Öğretmenliği

birbensrts@gmail.com, nilya.girl.95@gmail.com, ecitah_96@outlook.com, kor_ates21@hotmail.com, iremkizilgedik@gmail.com

ÖZET

Su canlıların yaşamlarını sürdürebilmeleri için vazgeçilmez ve gerekli olan tatsız ve kokusuz bir maddedir. Su bir besin maddesi olmasının yanında içerisinde bulundurduğu mineral ve bileşiklerle vücudumuzdaki her türlü biyokimyasal reaksiyonların gerçekleşme sinde önemli bir rol oynamaktadır.

Dünya’daki su doğal olarak farklı yerlerde bulunur: Havada, yüzeyde, yer altında, okyanuslarda. Tatlı su, Dünya’daki suyun %2,5’ini oluşturur ve bunun çoğu buzullar ve buz tabakaları içinde donmuş haldedir. Kalan suyun küçük bir kısmı yer üstünde ve havada bulunur.

İçme suyunun özellikleri; renksiz, berrak, tortusuz, kokusuz ve içimi kolay olmalıdır. Fenoller ve yağlar gibi suya kötü koku veren tat veren maddeler bulunmamalıdır. Yeterli derecede yumuşak olmalıdır. Su içerisindeki kalsiyum, magnezyum katyonları bulundurmayan ya da çok az bulunduran sular yumuşak; içerisinde çok miktarda magnezyum ve kalsiyum katyonları bulunduran sular ise sert sulardır. Yağmur suları yeryüzünde ve yer altında deniz ve göllere doğru ilerlerken geçtikleri kireçli topraklardan kireci çözerler. Bunun sonucunda Ca² iyonları geçici sertlik; Mg² iyonları ise kalıcı sertliği oluşturur.

Ayrıca insanlar tarafından kullanılan suyun belirli standartlara uyması gerekmektedir. Aksi takdirde kullanımı zararlı sonuçlar doğurabilir. Günümüzde teknolojinin gelişmesi, hızlı nüfus artışı gibi nedenlerden dolayı su kaynakları aşırı derecede kirlenmektedir. İnsan ve canlı yaşamı açısından hayati öneme sahip olan suyun kullanılabilir olması için tehlikeli kimyasallardan ve bakterilerden temizlenmiş olması gerekir. Doğal dengeyi bozan ve su kaynaklarını kirleten etkenleri ortadan kaldırmak için son yıllarda yoğun çalışmalar yapılmaktadır.

Bunun için; yerleşim yerlerinin atık suları arıtma istasyonlarından geçirildikten sonra tabii su kaynaklarına verilmekte, fabrikalara filtre ve arıtma tesisi konmakta, doğaya zarar vermeyecek yeni ürünler elde edilmektedir.

İçilmesinde, kullanılmasında veya çevreye bırakılmasında sakınca bulunan suların kirletici parametrelerinden arındırılmasına su arıtma denir. Su arıtımı iki aşamada yapılır:

1. 
   Fiziksel Arıtma
   

• 
  Kaba Taraklar (Izgaralar)
  
• 
  Süzgeçler
  
• 
  Kum Tutucuları
  
• 
  Çöktürme Havuzları
  
• 
  Flotasyon Sistemi ve Flotasyon Havuzları
  
• 
  Havalandırma Havuzları
  

2. 
   Kimyasal Arıtma
   

• 
  Kimyasal Oksidasyon
  
• 
  Nötralizasyon
  
• 
  Koagulasyon-Flokulasyon
  
• 
  Kimyasal Çöktürme
  
• 
  Dezenfeksiyon
  
• 
  Adsorbsiyon Yöntemi ve Elektrolitik Temizleme
  

Su, tüm canlıların yaşamlarını sürdürmeleri için gerekli en önemli ihtiyaçlardan birisidir. İnsan besin almadan haftalarca canlılığını sürdürmesine karşın, susuz ancak birkaç gün yaşayabilir. Su gıdaların vücuda alınması, sindirilmesi, besin ögelerinin emilmesi, hücrelere taşınması için gereklidir. Su, pek çok organik ve inorganik bileşiklerin iyi bir çözücüsüdür. Bundan dolayı doğadaki su hiçbir zaman saf olamaz. Doğal suyun bu durumu suyun kullanım amacını ve suya uygulanacak işlemleri de etkiler. İçme ve kullanma sularının belirli özellikte olması istenir. Bu raporda; suyun kaynaklarına, kimyasal, fiziksel, mikrobiyolojik özelliklerine ve gıdalarda suyun bulunuş biçimlerine yer verilmiştir. Raporu tamamladığınızda içme ve kullanma sularının taşıması gereken özellikler sularda sertlik kavramları ve sertliğin giderilme yolları ile su kirliliği ve suyun kirlilikten arıtılması hakkında bilgi sahip olunacaktır.

Su kirliliği, doğada temiz olarak bulunan suyun insan eliyle doğrudan ya da insan yaşamı için üretim yapan kuruluşlar tarafından kirletilmesidir.20. yüzyılda sanayileşmenin hızlanması ve insan sayısının artması su kirliliğini de sonuçları tehlikeli olacak kadar arttırmıştır. İnsan hayatı için suyun öneminin büyüklüğü tartışılamaz. Çevremizi gözlediğimizde su kaynaklarımızın çeşitli yollarla kirletildiğini ve ardından suyun temizlenmesi için çalışmalar yapıldığını öğrenmekteyiz. Örneğin; İzmir Körfezi’nin temizlenmesi hem uzun hem de pahalı bir yol izlenerek gerçekleştirilmiştir. Oysa yapılması gereken yer altı ve yer üstü su kaynaklarımızın kirlenmesinin önlenmesidir. Bunu gerçekleştirmede biz yeni kuşaklara çok fazla görev düşmektedir.

SU

Tanımı ve Önemi

Su, renksiz, kokusuz, saydam ve içerisinde çözünmüş kimyasal maddeler bulunduran bir sıvıdır. Kimyasal yapısı 2 mol hidrojen ve 1 mol oksijenden (H₂O) oluşur. Sıvı halde bileşiklerden mol ağırlığı en düşük olanıdır. Yoğunluğu saf haldeyken 1 g/cm³’tür. Suyun kimyasal formülü H₂O'dur. Bunun anlamı bir su molekülünün iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluştuğudur. İyonik olarak da, (H ) bir hidrojen iyonuna bağlanmış, (OH^- ) hidroksit iyonu; yani HOH şeklinde tanımlanabilir.

Su iyi bir çözücüdür. Çünkü molekülünü oluşturan hidrojen ve oksijen atomları arasında 104,45° olduğundan açı bulunur. Hidrojen atomları tarafı kısmen ( ) yüklü, oksijen atomları tarafı kısmen (-) yüklü olur yani polar(=kutuplu) yapıdadır. ( ) yüklü taraf (-) yüklü iyonları, (-) yüklü taraf ise ( ) yüklü iyonları kendine çeker, çözeceği molekülün kimyasal bağlarını zayıflatır, iyon ve atomları birbirinden ayırır. Bu nedenle doğadaki su hiçbir zaman saf olarak bulunmaz, bileşiminde daima çözünmüş kimyasal maddeler bulunur. Su, kendisi gibi iyonik bağlı polar bileşikleri çözerken yağlar gibi kovalent bağlı apolar büyük organik bileşikleri çözemez. Su, bütün canlılar için vazgeçilmez hayatsal bir ögedir. İnsan besin almadan haftalarca canlılığını sürdürmesine karşın, susuz ancak birkaç gün yaşayabilir. Vücut için gerekli maddelerin çoğunluğu su içinde çözünmüş iyon olarak bulunur. Bu nedenle saf su insan vücudu için yararsızdır. Saf su, mineraller, tuzlar ve diğer yabancı maddelerden tamamen temizlenmiş sudur ve ancak özel yöntemlerle elde edilir.

Dünyamızdaki suyun ?’si denizlerde, %2’si kutuplarda donmuş halde, %1’i de karada yani toprakta bulunmaktadır. Yeryüzündeki bu su buharlaşarak atmosferdeki soğuk tabakalara ulaşır ve yere yağmur, kar ve dolu şeklinde düşer. Su damlacıkları, tekrar buharlaşma ile atmosfere döner ayrıca bitkiler tarafından beslenme için alıkonulurlar. Diğer önemli bir kısmı da yeryüzünün o bölgesindeki jeolojik oluşuma göre yeraltı ve yer üstü sularını oluşturur. Doğada daima bir devir halinde bulunan su, denizden, göllerden vb. yüzeylerden güneş ısısı ile buharlaşarak havaya karışır. Daha sonra değişik meteorolojik şekillerde tekrar toprağa düşer. Buna ‘’hidrolojik devir’’ denir.

Bu sular yağmur ve kar sularıdır. Erimiş maddeleri çok az bulundururlar. Doğa sularının en temizidir. Fakat geçtikleri kirli hava tabakalarından bazı gazları, endüstri dumanlarını ve radyoaktif serpintileri beraberce sürüklediklerinden daha havada iken hijyen bakımından içilemez haldedir. Hijyen bakımından uygun olmasalar da endüstri bakımından tercih edilen sulardır. Buhar kazanlarında daha az taş oluşumuna neden olurlar ancak yapılarında bulunan fazla karbondioksit boruları aşındırabilir. Bu sular yağmur ve kar sularıdır. Erimiş maddeleri çok az bulundururlar. Doğa sularının en temizidir. Fakat geçtikleri kirli hava tabakalarından bazı gazları, endüstri dumanlarını ve radyoaktif serpintileri beraberce sürüklediklerinden daha havada iken hijyen bakımından içilemez haldedir. Hijyen bakımından uygun olmasalar da endüstri bakımından tercih edilen sulardır. Buhar kazanlarında daha az taş oluşumuna neden olurlar ancak yapılarında bulunan fazla karbondioksit boruları aşındırabilir.

• 
  Doğada bulunan durgun sular: Deniz, göl, bataklık suları
  
• 
  İnsanlar tarafından hazırlanan durgun sular: Baraj, havuz ve depo suları
  

Yağış olarak yeryüzüne düşen ya da yeryüzünde bulunan suların, yerçekimi etkisiyle yerin altına sızıp, orada birikmesiyle oluşan sulardır. Yeraltı suyunun oluşabilmesi için beslenme ve depolanma koşullarının uygun olması gerekir. Yeraltı suyunun beslenmesini etkileyen en önemli etmen yağışlardır. Depolama koşulları ise yüzeyin eğimine, bitki örtüsüne ve yüzeyin geçirimlik özelliğine bağlıdır.

Bol yağışlı ve zemini geçirimli taşlardan oluşan alanlarda yer altı suyu fazladır. Az yağış alan, eğimi fazla ve geçirimsiz zeminlerde ise, yer altı suyunun oluşumu zordur. Kum, çakıl, kumtaşı konglomera, kalker, volkanik tüfler, alüvyonlar, geçirimli zeminleri oluşturur. Bu nedenle alüvyal ovalar ve karstik yöreler yer altı suyu bakımından zengin alanlardır. Kil, marn, şist, granit gibi taşlar ise geçirimsizdir. Yer altı suyu oluşumunu engeller. Yer altında biriken sular ( Taban suyu, Artezyen, Karstik Yeraltı Suyu) olarak bulunur.

 Kuyu ve artezyen suları: Yer altı su tabakasına sondajla delerek veya başka türlü açılan deliklerle ulaşılarak elde edilmiş sulardır.

 Kaynak suları: Kendi kendine yeryüzüne çıkan sulardır. Yer altı sularının kendiliğinden yeryüzüne çıktığı yere kaynak denir. Türkiye’de kaynaklara pınar, eşme, bulak ve göze gibi adlar da verilir. Kaynaklar, yer altı suyunun bulunuş biçimine, yüzeye çıktığı yere ve suların sıcaklığına göre gruplandırılabilir.

 Soğuk kaynak suları: Yağış sularının yer altında birikerek yüzeye çıkması sonucunda oluşurlar. Genellikle yüzeye yakın oldukları için dış koşullardan daha çok etkilenirler. Bu nedenle suları soğuktur. İçme suları, tıbbî sular (maden suları).

 Sıcak kaynak suları: Yerkabuğundaki fay hatları üzerinde bulunan kaynaklardır. Fay kaynakları da denir. Suları yerin derinliklerinden geldiği için sıcaktır ve dış koşullardan etkilenmez. Sular geçtikleri taş ve tabakalardaki çeşitli mineralleri eriterek bünyelerine aldıkları için mineral bakımından zengindir. Bu tür kaynaklara, kaplıca, ılıca, içme gibi adlar verilir. Sıcak su kaynaklarının özel bir türüne gayzer denir. Hipotermal 34 ºC’ den az olan ılık, mezotermal ( 34- 37 ºC arasında vücut sıcaklığında), hipertermal (40 ºC’ den yüksek sıcaklıkta) sulardır.

Suyun Vücuttaki Görevi ve Günlük Su İhtiyacı

1. Suyun Vücuttaki Görevi

Canlıların yaşamsal faaliyetlerinin devamında en önemli madde olan su, insan vücudunda da en fazla bulunan temel bir bileşendir. Yaşamsal faaliyetlerin gerçekleşmesinde suyun belli başlı görevleri vardır. Su iyi bir eritkendir. İçinde çok sayıda madde eriyebilir. Hücre çalışması su ve içinde çözünmüş maddelerle sürdürülür. Hücrenin sitoplâzmasında hemen hemen bütün maddeler erimiş olarak bulunur. Hücre dışı sıvılarında da çok çeşitli maddeler su içerisinde erimiş durumdadır. Ayrıca su, tepkimelerin oluşabileceği sıvı bir ortam hazırlar, enzim tepkimelerine katılır, iyonlaşma olaylarının da gerçekleşmesini sağlar. Bu özellikleri ile suyun görevleri şunlardır:

 Besinleri vücuda alma,

 Sindirme

 Besin ögelerini emilme

 Hücrelere taşıma

 Hücrelerde kullanma

Metabolizma sonucu oluşan artık ögelerin akciğerlere ve böbreklere taşınarak vücuttan atılmasını sağlar. Vücut ısısının denetimini sağlar. Vücutta oluşan ısı terle dışarı atılır. Yaklaşık 1 lt suyun buharlaşarak terle atılması 600 kalorilik ısıyı yok eder. Böylece vücut sıcaklığı normal derecede tutulmaya çalışılır. Kayganlaştırıcı bir madde olması nedeniyle birçok organın (örneğin eklemler) gerektiği gibi çalışmasını sağlar. Vücuttaki suyu ifade etmek için vücut sıvıları terimi kullanılır. Hücre dışı sıvıları kan plazması, hücreler arası boşlukları dolduran sıvı ve lenf oluşturur. Tükürük bezlerinin salgısı, safra, pankreas öz suyu, sindirim sistemindeki bezlerin salgıları hücre dışı sıvısı sayılır. Hücre içi ve hücre dışı sıvıları yoğunluk, hacim ve başka yönlerden dengede tutulur. Vücuda alınan suyun çoğu ince bağırsakta, az olarak da kalın bağırsakta emilir ve vücut sıvılarına katılır.

Genel olarak, insan vücudunun 2/3’si sudur. İnsan vücudunun içerdiği su yaşa ve cinsiyete göre değişir. Çocukların vücudundaki su oranı yüksektir. Yaş ilerledikçe suyun yerini yağ alır. Yetişkinlerin vücut ağırlığının P-60’ı sudur. Şişmanlarda bu oran P’ye düşer, zayıflarda ise p’e çıkar. Su vücudun her yanına dağılmıştır. Vücuttaki suyun `’ı hücre içinde, @’ı hücre dışındadır. Kas, karaciğer, böbrek gibi organlarda su oranı yüksek kemik ve dişlerdeki su oranı düşüktür. Vücutta oluşan artık maddeler ve fazla ısı su yardımıyla böbreklerden, deriden, bağırsaklardan ve akciğerlerden atılır. Normal durumlarda su kaybı en çok böbreklerde olur. Yetişkinlerde günde idrarla 1200–1500 mL su dışarı atılır. Bağırsak yoluyla günde 100–300 mL su atılır. İshalde bu oran artar. Solunum (akciğerlerden) ve deri yoluyla su kaybı 300–400 mL kadardır. Normal koşullarda vücuttan 2,5–3 litre su günlük olarak atılır. Su dengesinin sağlanması için bu suyun vücuda alınması gerekir. Vücuttan su kaybı sonucu kan plazmasının yoğunluğu %1 artınca, beyindeki susama merkezi uyarılarak susama duygusu gelişir ve birey su veya yerini tutan içecek içer. Bir kalori için 1–1,5 ml su alınmaktadır. Su ihtiyacı içeceklerle, suyla, katı besinlerle ve metabolizma sonucu oluşan suyla karşılanır. Vücudun günlük kaybettiği su ihtiyacını karşılamak için uzmanlar normal bir insanın günde 6–8 bardak su içmesi gerektiğini belirtmektedir. Vücut ağırlığının yüzdesi olarak su kaybının sonuçları şu şekilde olabileceği belirtilmektedir:

 %1: susuzluk hissi, ısı düzeninin bozulması, performans azalması

 %2: ısı artması, artan susuzluk hissi

 %3: vücut ısı düzenin iyice bozulması, aşırı susuzluk hissi,

 %4: fiziksel performansın -30 düşmesi

 %5: baş ağrısı, yorgunluk

 %6: halsizlik, titreme

 %7: fiziksel etkinlik sürerse bayılma

 : bilinç kaybı

 : olası ölüm Fazla protein alımı, fazla tuz alımı ve kaybı, kusma, ishal, terleme, ateşli hastalıklar, sıcak çevrede çalışmak gibi durumlar su ihtiyacını artırır.

Vücut su yetersizliğine çok dayanıksızdır. Hastalıklar ve su kaybının çok olduğu durumlarda zamanında su verilmezse hayat tehlikeye girer. İshal, kusma gibi su kaybının arttığı durumlarda vücut suyunun azalmaması için su, tuzlu ayran ve sulu besinler verilmelidir. Özellikle ishalde su ve elektrolit dengesi tehlikeye girer. Bu durumda hastaya verilecek suyun içine belirli miktarda tuz ve şeker katılır. Hastanın bol bol bu karışımdan ve sulu gıda alması sağlanır. Yiyeceklerine tuz eklenir.

İçilebilir nitelikteki su, fiziksel açıdan en az aşağıdaki nitelikleri taşımalıdır:

• 
  İçilebilir suyun sıcaklığı 15°C‟nin altında olmalıdır.
  
• 
  Kokusuz, kendine özgü bir tadı olmalıdır.
  
• 
  Bulanık olmamalıdır.
  
• 
  Renksiz ve tortusuz olmalıdır.
  
• 
  Fenol ve yağ gibi suya kötü koku, tat veren maddeler bulunmamalıdır.
  

Su kokusuz, tatsız, renksiz ve berrak bir sıvıdır. İçme sularında fenoller, yağlar

gibi kötü koku ve tat veren maddeler bulunmamalıdır. İnce katman durumunda

saydam görünmesine karşın, derinliğinin atmasına bağlı olarak yeşile bakan mavi bir

renk almaktadır. Suyun fiziksel özelliklerinde çeşitli sapmalar gözlenmektedir.

Örneğin, 4°C sıcaklıkta suyun özgül kütlesi 1 gr/cm³ olmaktadır.

Su katı, sıvı ve gaz hale kolayca geçebilen bir sıvıdır. Celsius ölçeğine göre

normal atmosfer basıncı altında (760 mm cıva basıncı) 0°C’de donar, 100°C’de

kaynar. Suyun özgül ısısı gibi erime ve buharlaşma ısılarının da çok yüksek olması,

varlığının yeryüzündeki ani sıcaklık değişmelerini engelleyen bir etken olmasına

neden olmaktadır.
1.1. Bulanıklık

Bulanıklık kum gibi suda çözünmeyen yani askıda olan katı maddeler içeren

suların ışık geçirgenliğinin bir ölçüsüdür. Diğer bir tanımla; kil, şilt, ince parçalanmış

organik maddeler, yosunlar, diatometreler, demir bakterileri ve diğer

mikroorganizmaların oluşturduğu bir haldir. Su içindeki maddeler iki gruba ayrılmakta, organik bileşikler genel olarak kokuyu rengi ve tadı belirlerken, inorganik maddeler ise bulanıklığı meydana getirmektedir.

Bulanıklığın nedeni; suyun içindeki askıda olan maddelerden, gözle görünecek

büyük tortulara kadar her şey olabilmektedir. Bunlara örnek olarak kum, silis, kil,

demir, sülfür, mangan, kalsiyum karbonat vb. maddeler verilebilmektedir.

Yağmurlarla taşınan topraktan veya nehire karışan evsel-endüstriyel atık

sulardan kaynaklanan bulanıklık özellikle nehir sularında yüksek oranda

bulunmaktadır. Bu kirlenme sırasında organik maddeler kadar inorganik maddeler de

suya karışmaktadır. Böyle askı halindeki maddeler içinde sağlığa zarar veren

mikroplar, bakteriler bulunabilmektedir. Bakteri oluşumları da sudaki bulanıklığı

arttırmaktadır.

Bulanıklık bulunmaması içme suyu temini için 3 ana nedenle önemlidir:

kirli su karışımıyla ilişkilendirilir ve sağlık tehlikesine işarettir. Bu nedenle içilen suyun

mutlaka berrak olması gerekmektedir.

FİLTRASYON: Bulanık sulardaki maddelerin kimyasal maddelerle çökertilmesi

gerekmekte, bu da suyun filtrasyon maliyetlerini arttırmaktadır. Yüksek bulanıklık olan

sularda istenmeyen renk, tat, kalıntı bırakan ve bulanıklığa neden olan askıdaki

maddeler çökeltilerek (kimyasal koagülasyon işlemi), kum filtrelerinde

yakalanabilmektedir.

DEZENFEKSİYON: Dezenfeksiyonun etkili olabilmesi için dezenfektanın sudaki

mikroplarla tam temasının sağlanması gerekmektedir. Ancak özellikle kanalizasyon

atıklarında bulunan patojenler, sudaki katı maddelerin içine girerek dezenfektandan

kurtulabilmektedirler. Bu nedenle içme suyu olarak kullanılacak sularda bulanıklığın

düşük değerlerde olması istenmektedir.
1.2. Renk

Organik Maddeler: Suda renk değişikliğine yol açan organik maddeler; yaşayan bitkisel varlıklar, çürümüş bitkiler ve topraktaki organik maddelerdir. Bitkisel maddeler suya sarı/yeşil renk verir.

İnorganik Maddeler: Suda çözünmüş halde bulunan demir, mangan, krom, nikel bileşikleri, tekstil, boya vb.

Sudaki renk çözünmüş halde bulunan maddelerin meydana getirdiği organik

kaynaklı “gerçek renk” (true color) olabileceği gibi, özellikle yüzey sularında

çökebilen veya kolloidal askı maddelerden oluşan “görünen renk” (apparent color) de

olabilmektedir. Kısaca sularda renk; yapraklar, kozalaklı ağaç meyveleri, ağaç ve

sebze artıkları gibi organik maddelerin suyla temasında çözünmeleriyle meydana

gelmektedir. Bu tür sular pek çok askıda madde içermektedir.

Suya renk veren hücreler; tannin, hümik asit ve hümattır. Demirin suda ferrik

humat formunda bulunmasıyla yüksek renk potansiyeli oluşmaktadır.

Renk içeren sular negatif değerliklidir. Bu nedenle metalik iyonların (demir,

alüminyum vb.) koagülasyonu ile renk arıtımı yapılabilmektedir.

Sudaki görünüm problemlerinin belirtileri ve sebepleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.