Dezenfeksiyon prosesleri

Yüzeysel su mikrobiyal kalitesini arttırarak bitki ve insan için hastalık yapıcı patojenlerin girişimini engelleyebilecek arıtma tesislerinin geliştirilip uygulama alanı bulabilmesi amacıyla bir çok faktör göz önünde bulundurulmalıdır. Atıksu arıtımında en sık rastlanan dezenfeksiyo uygulaması klorlamadır, bunu yanında UV ışınımına maruz bırakma da sıklıkla uygulama alanı bulmaktadır. Klorun antiseptik özelliği; (klor gazı veya hipoklorit formunda) mikrop hücresini oksitleme, hücre geçirimliliği özelliğini değiştirme, hücre protoplazmasını değiştirme, enzim aktivitesini inhibe etme ve hücre DNA ve RNA yapısını tahrip etme gibi mekanizmalardan kaynaklanmaktadır. Klorün baskın olarak hücrede membran yapısındaki lipid dokular ile reaksiyona girdiği ve bu nedenle yağ içeriği yüksek membran yapıların oksidatif tahribata daha meyilli olduğu literatürde rapor edilmektedir. Etkin dezenfeksiyon mekanizması mikroorganizmaya (hedef suşun dirençlilik seviyesi) bağlı olarak değişmektedi. Ayrıca atıksu karakterizasyonu, klor dozu belirleyici diğer faktörlerdir. Fakat yaygın kullanımının yanında klorlama ile dezenfeksiyonun başlıca dezavantajı, proses mekanizması sonucu zarar gören bakterilerin yaşamını sürdürmesi ve düşük klorür dozlarında tekrar büyüyebilmesidir. UV ışınımı uygulamalarında ise DNA yapısı zarar görmekte, hücre yenilenmesini inhibe edebilmektedir ve ölümcül dozlar sonunda tekrar gelişim/çoğalma ihtimalini ortadan kaldırmaktadır. UV dezenfeksiyon metodu etkinliğinin, atıksu karakterizasyonuna ve UV ışını yoğunluğuna ( mikroorganizmaların etkin inaktive eidldiği optimum dalgaboyu 250-270 nm), ışınıma maruz kalınan süre ve reaktör konfigürasyonuna bağlı olduğu literatürde belirtilmektedir (Meric ve Özkal, 2016). Çizelge 2.3’te dezenfeksiyon amacıyla kullanılan ileri oksidasyon prosesleri listelenmektedir.

Literatürde, antibiotiklere dirençli E.coli ve farklı koliform bakterilerin araştırıldığı çalışmada Tokyo şehri evsel AAT’ nin farklı noktalarından alınan numunelerden izole edilen

E.coli kültürünün 7 farklı antimikrobiyale karşı duyarlılık seviyeleri analiz edilmiştir. Giriş

akımı, klorlama öncesi ve sonrası olmak 3 noktadan alınan numunede hedef antimikrobiyal ilaçlara karşı E.coli dirençlilik seviyeleri izlenmiştir. Klorlamanın E.coli dirençlilik seviyeleri üzerinde belirgin bir etkisi olmadığı rapor edilmiştir. Templeton ve ark. (2009) çalışmalarında, ampisilin ve trimethoprim antibiyotiklerine dirençli E.coli kültürü ile antibiyotiklere duyarlı kültür üzerinde serbest klor ve UV (0.247 mW/cm2_{) dezenfeksiyon prosesi etkinliğini}

karşılaştırmıştır. Trimethoprim antibiyotiğine dirençli E.coli kültürünün diğerlerine göre klorlama ile dezenfeksiyon prosesine daha yüksek direnç gösterdiği rapor edilmiştir. Farklı antimikrobiyal direnci özelliklerine sahip E.coli bakteri kültürleri arasında, çalışılan UV şiddeti

16

aralığında, UV dezenfeksiyon prosesine karşı dirençlilik seviyesinde farklılık gözlenmemiştir (Iwane ve ark. 2001; Templeton ve ark. 2009).

Bir diğer çalışmada, 2.0 mg/L klor dozu ile, çoklu direnç özelliğine sahip, Evsel AAT çıkışından izole edilen E.coli kültürünün inaktivasyonu sonucu, 60 dakika sonunda koloni sayısında %99.999 azalma sağlanırken, sulfametoksazol, amoksisilin ve siprofloksasin antibiyotiklerine karşı minimum inhibe edici konsantrasyon değerinde herhangi bir değişik olmadığı ortaya konulmuştur (Rizzo ve ark. 2012). Ivey ve ark. (2013) çalışmasında, klor gazı (Cl2) ve klor dioksit (ClO2) enjeksiyonu ve hızlı kum filtresi kombinasyonu ile sulama suyunda

fekal kirlilik göstergesi mikroorganizmaların giderimini değerlendirmiştir. Numune alma dönemi ve konumunun klor gazı ile dezenfeksiyon prosesi etkinliği üzerinde belirleyici olduğu rapor edilirken, ClO2 için yalnızca numune alma noktasına bağlı bir değişim bildirilmiştir. Hızlı

kum filtrasyonu öncesinde ClO2 ve Cl2 ile yüzeysel su kaynağının arıtılmasının fekal

kirlenmeyi tamamen önlemek için yetersiz kaldığı rapor edilmiştir (Lewis Ivey and Miller, 2013). Öte yandan, klorlama ile dezenfeksiyon uygulaması sonucu oluşan dönüşüm yan ürünleri; haloasetik asit, trihalometanlar önemli sağlık sorunlarına neden olmaktadır. Bu tür dönüşüm yan ürünlerinin su ortamından giderimi ayrı bir çalışma konusudur ve bu alanda çalışmalara sıklıkla rastlanmaktadır. Sürdürülebilir ve uygun maliyetli proses alternatiflerine olan ilgi artmaktadır (Chong ve ark. 2011). Bu bağlamda solar dezenfeksiyon (SODIS) uygulamaları uzun yıllardır uygulama alanına sahip önemli bir alternatiftir. Fakat SODIS temel olarak az güvenilir su kaynaklarının risk seviyesini azaltmak amacıyla uygulanmaktadır. Bireysel olarak kullanımı dünya genelinde yaygın iken, etkinliği su kalitesine, solar enerji seviyesine, kirleticinin doğal özelliklerine (bazı patojen bakterilerin SODIS uygulamasına karşı daha dirençli olduğu rapor edilmiştir) bağlı olarak değişmektedir (Alrousan ve ark. 2012). SODIS temel olarak doğrudan ve difüze elektromanyetik radyasyondan oluşan UV-A ya dayanmaktadır. Bu nedenle uygulama şekli farklı ölçülerde cam tüp ve şişelerin kullanımına dayanmaktadır. 6 saat süre sonunda etkin inaktivasyon seviyeleri sağlayabildiği rapor edilmiştir. Bu noktada, SODIS prosesinin iyileşitirilmesi amacıyla ışık ile yarı-iletken fotokatalizörün uyarulması sonucu reaktif oksijen türlerinin oluşumuna dayanan fotokataliz prosesi geliştirilmiştir. Organik kirleticilerin bozunumu ve patojen mikroorganizmaların inkativasyonunda etkin sonuçlar sağlamaktadır (Keane ve ark. 2014; Polo-López ve ark. 2011; Malato ve ark. 2015).

17

Çizelge 2.3. E.coli inaktivasyonu amacıyla kullanılan ileri oksidasyon prosesleri (Meric ve

Özkal, 2016; Pelgrift ve Friedman, 2013)

Fotokataliz prosesi ile dezenfeksiyon ilk kez Matsunaga ve ark. (1985)’nın 1985 yılında TiO2 ve difüze ışıktan yararlanarak E.coli inaktivasyonu çalışmaları ile literatüre

kazandırılmıştır. Daha sonra bakteri inaktivasyonu amacıyla literatüre kazandırılan ileri oksidasyon prosesleri Çizelge 2.3’ te ifade edilmektedir (Matsunaga ve ark. 1985). Fotokataliz prosesi klorlama ile karşılaştırıldığında, proses sonucunda oldukça az miktarda kalıntı dezenfektan oluşumuna sebep olmaktadır. Bunun nedeni OH radikallerinin su ortamında yarılanma ömrünün kısa olmasıdır. Bu durum bakteri hücrelerinin tekrar gelişiminin önünü açmaktadır. UV ışınımı ile bakteri inaktivasyonu sonrası gözlenen re-aktivasyon sonucu 24 ve 48 saat süreler sonunda yeniden koloni oluşturabilen bakteri sayısında ciddi artış görülebilmektedir (Chong ve ark. 2010). Pulgarin ve ark. (2006)’ nın çalışmaları haricinde oldukça nadir çalışmada pilot ölçek veya daha büyük ölçekte fotokatalitik dezenfeksiyon uygulamasına rastlanmaktadır (Gumy ve ark. 2006). Bunun başlıca sebebi, yaygın kullanım alanına sahip askıda sistem fotokataliz prosesi sonunda katalizörün su ortamından ayrılmasının zorluğudur. Yüzeye sabitlenme prensibine göre işletilen fotokataliz proseslerinin tercih edilmesi başlıca çözüm yöntemleri arasındadır (Chong ve ark. 2010). SODIS uygulamaları ile karşılaştırıldığında, fotokataliz prosesinin bakteri hücrelerinin tekrar büyüme davranışı

18

üzerindeki etkilerini değerlendiren çalışma sonuçlarına göre; DNA yapısında doğrudan etki eden mekanizması sonucu tekrar büyümenin önüne geçebilen örneklerine rastlanmaktadır (Faure ve ark. 2011; Rincón ve Pulgarin, 2007).