Kirlenmiş Suda Bulunan Maddelerin Etkileri ve Toksikolojisi
Kirli sulara çeşitli kaynaklardan karışması muhtemel kirleticilerin türleri ve canlılara olan sınır konsantrasyonları belirtilmiştir.
Oksijen eksikliğinin nedeni olarak kolay ayrışabilir organik maddeler
Kolay ayrışan organik maddece zenginleşmiş sularda oksijen yetmezliği ortaya çıkabilir. Asimilasyonun yetersiz kalması halinde alglerde solunum ile oksijen azalmasına neden olurlar. Oksijenin suda çözünürlüğü ve suda yaşayan canlıların oksijen gereksinimi sıcaklığa bağlıdır. Sazan için en az 4 mg/l, alabalık için 10 mg/l O2 nin suda bulunması gereklidir.
Oksidasyon zehirleri
Oksidasyon zehirleri arasında klorun büyük pratik önemi vardır. İçme suyunun 5-25 mg Cl2/l ile klorlanması, suların kendiliğinden temizlenmesine olumsuz yönde etki eder. Algler klora karşı çok hassastırlar. Bu nedenle alglerle mücadelede klor kullanılır. 1.4 mg Cl2/l tatlı suda yaşayan birçok algler için öldürücüdür. Öldürücü doz balık yavruları için 0.05 mg Cl2/l , büyük balıklar (alabalık) için 0.1 mg Cl2/ l, sazan için 0.4 mg Cl2/l dir.
Zehirli gazlar
Amonyak: 18 °C de 1 l suda 554 g NH3 çözünür. İçme suyunun NH3 içeriği 0.05 mg/l den az olmalıdır. Sazanlar 2 mg/l ye, alabalıklar 0.8 mg/l ye tahammül edebilir.
Hidrojen sülfür: Bu gaz suda çok iyi çözünür. Anaerobik şartlarda organik maddenin parçalanması sonucu oluşur. Kuvvetli bir solunum ve enzim zehiridir; pH yükseldikçe zehir etkisi azalır. Balıklar için zehirlilik sınırı 1 mg/l civarındadır (alabalıklar için 0.6 mg/l).
SO2, Kükürt dioksit (sülfüroz asidi): Balıklar için zehirlilik sınırı 16 mg SO2/l civarındadır. Suda ayrıca HCI varsa bu sınır 0.5 mg SO2/l ye kadar düşer.
Asitler ve bazlar
Kirlenmiş sularda görülen en önemli mineral asitler HCI, H2SO4 ve HNO3 tür. Bunların zehir etkisi, neden oldukları pH değişikliğinden ve anyonlarından ileri gelir. Düşük pH derecelerinde diğer zehirli maddelerin de etkisi artar. Ayrıca asitler, sudaki karbonatlara etki ederek CO2 in açığa çıkmasına ve dolaylı olarak balıkların ölmesine neden olurlar. Balıklar için öldürücü pH 4.5-5 arasındadır (derelerde yaşayan alabalıklar için pH = 4.8). Sazanlar için bu pH değeri öldürücüdür.
Bazlar olarak kirlenmiş sularda NaOH, KOH ve Ca (OH)2 bulunur. Bunların zararlı etkileri pH yükselmesinden ileri gelir. pH 9.2 den itibaren zararlı etki başlar. Sazanlar alkali pH’ ya çok az hassastır, pH 10.8 e dayanabilirler.
Ağır metaller
Çok küçük miktarlarda bile genellikle kuvvetli zehir etkisine sahip olan bu maddeler, kirlenmiş sularda metal, katyon, tuz ve kısmen anyon (örneğin kromat) şeklinde bulunurlar. Bunlar hem kirlenmiş suların kendiliğinden temizlenmesi engelleyebilir, hem de bu suların arıtılmamış veya arıtılmış halde sulamada kullanılmasını veya arıtma atıklarının gübre olarak kullanılmasını sınırlandırabilirler. Ağır metaller hücrelerde plasmanın sertleşmesine, şişme ve büzülmeye neden olur. Proteinleri de çöktürürler, bunun sonucu solunum intensitesi ve buna bağlı olarak oksijen tüketimi azalır.
Mangan
Mangan ve demir, ağır metaller arasında en zehirsiz metaller sayılırlar. Katyon olarak manganın zararlılık sınırı alabalık için 75 mg/l, sazanlar için 600 mg/l dir.
Litrede 0.5 demir veya mangan içeren içme suları mürekkep tadında olur (veya mürekkep kokusu hissedilir).
Nikel
Bu metalin zararlılık sınırı balıklar için 1-5 mg/l, küçük su canlıları için ise 3-4 mg/l dir. 6 mg Ni /l dozu sudaki mikrobiyolojik olayları engeller.
Krom
Bu metal kirlenmiş sularda hem katyon, hemde anyon (kromat, bikromat veya kromik asit) olarak bulunabilir. Anyon şekli katyon şeklinden daha etkilidir. Balıklar için toksisite sınırı 28-80 mg Cr/l veya 15 mg/l kromat veya bikromat, içme suyunda sınır değeri olarak 0.05 mg Cr /l verilmektedir.
Kurşun
Kirlenmiş sulardaki Pb konsantrasyonu 0.1 mg/l den az ise suda yaşayan canlılar bundan pek etkilenmezler. Hassas balıklar için 0.1 - 0.2 mg Pb/ l toksisite sınırını teşkil eder (sert sularda bu sınır 1 mg Pb/l dir). İçme sularında en fazla 0.05 mg Pb/l bulunmaktadır.
Demir
Demir de mangan gibi göreceli olarak zehirsiz sayılmaktadır. Buna rağmen sulardaki yüksek demir konsantrasyonu mikrofloranın büyük ölçüde değişmesine neden olur. Demiroksit, demirhidroksit ve iki değerlikli demir bileşikleri fazla zararlı değildirler. Çeşitli demir bileşikleri sert olmayan sularda pH yı düşürmek suretiyle balıklara zehir etkisi yaparlar. Demirhidroksit balıkların solungaçlarını tıkayarak ölmelerine sebep olur. 1 mg Fe/l (sert sularda 30 mg Fe/l ) balıklar için zararlıdır. İçme sularında 0.5 mg Fe/l renk ve tatla anlaşılabilir.
Çinko
Belirli konsantrasyonlarda çinko sulardaki mikroflorayı olumsuz yönde etkiler. Balıklar için toksisite sınırı 0.3 mg/l (sert olmayan sularda 0.15 mg/l) dir. Bakır ve nikel, çinkonun zehir etkisini arttırırlar. İçme suyunda 5 mg/l zararsız sayılmaktadır.
Bakır
Bakır küçük canlılar için de yüksek derecede zehirlidir. Hafif alkali sularda hidroksit, çürüyen organik madde içeren sularda sülfür şeklinde çökelir. Bakır balıklar için kuvvetli bir zehirdir. Alabalıklar için toksite sınırı 0.14 mg Cu/l dir (Cu çözünen tuz olarak suda bulunuyorsa). Sert sularda zehir etkisi daha azdır. Suda çözünmüş halde bulunan diğer tuzlar bakırın zehir etkisini azaltır. 2.5 mg Cu/l yüksek su bitkilerine zarar vermez. İçme sularında en fazla 0.05 mg Cu/l bulunmaktadır.
Civa
Bu metal ve bileşikleri hem endüstriyel kaynaklardan hem de tohumlarda kullanılan ilaçlardan sulara karışırlar. Civa mikrofloraya kuvvetli zehir etkisi yapar. 100 mg Hg/l mikrobiyal aktivitenin durmasına neden olur. Balıklar için letalite (ölüm) sınırları 0.25 mg Hg/l (alabalık) ile 0.80 mg Hg/l (sazan) arasında bulunur. Civanın organizmada birikmesi mümkündür. Turna balıklarının içinde, yaşadıkları suya nazaran 3000 misli fazla Hg içerdikleri saptanmıştır. Federal Almanya’da müsaade edilen sınır değerler: İçme sularında maksimum 40 μg/l, taze balık etinde 0.5 -1.0 ppm'in altında. Ren Nehrin'de 0.01 - 0.05 μg /l düzeyinde bulunmaktadır.
Nitrat ve nitritler
Bu bileşikler sadece belirli ve dar bir alanda zehirli sayılabilirler. Balıklar ve diğer su hayvanları için nitratın toksisite sınırı 3-13 g/l, nitritin 20-30 mg/l dir. İçme suyunda en fazla 45 mg NO3/l bulunmalıdır. Daha yüksek değerler methemoglobin hastalığına neden olur (bilhassa çocuklarda).
Fosfatlar
Fosfor bileşikleri önemli bitki besin maddeleridirler. Su hayvanlarına olan etkileri, ancak suda fazla miktarda bulunup pH değerini veya suyun tampon sistemini değişikliğe uğrattığı zaman göze çarpar. Temizlik malzemelerinde (deterjan ve benzeri) bulunan polifosfatlar veya fosfor bileşikleri, suyun yüzey gerilimini değiştirerek (köpük teşekkülü) biyolojik olayları olumsuz yönde etkileyebilirler. Kompleks fosfatlar ayrıca suya sertlik veren maddeleri inaktif hale getirerek suyun sertliğini bir ölçüde giderebilirler ve bu suretle diğer bazı zehirli maddelerin etkisinin artmasına neden olabilirler; ayrıca ağır metalleri kompleks bağlama ile bağlayabilirler. Sularda kompleks fosfatlar kısa zamanda bitkilerce kolay alınabilen ortofosfata parçalanırlar. İçme suyunda 7 mg P2O5 / l (üst sınır) zararsızdır.
Alıcı sularda fosfor artışının 4 nedeni vardır:
• İnsan ve besin atıkları
• Gübreler
• Endüstri atıkları
• Deterjanlar.
Fosfatın tarımda, endüstri ve evlerde kullanımı son 10 yılda üstsel bir artış göstermiştir.
Göllere besin (P) girdisi şu kaynaklardan olmaktadır:
• 1/2’si tarımsal yüzey akış
• 1/4’ü deterjanlar
• 1/4’ü diğer kaynaklar
Klorür, sülfat ve bor
Federal Almanya’da yapılan araştırmalara göre yeraltı suları ve nehir sularında 40- 200 mg Cl- /l klorür saptanmıştır. Bu klorür iyonları topraktan drenaj suları ve ayrıca kentsel atık suları ile su kaynaklarına ulaşmaktadır. Federal Almanya’da yemek tuzları nedeni ile kullanılan ve büyük miktarda atık sularına intikal eden klorür miktarı yılda 200 000 ton Cl- olarak tahmin edilmektedir. Ayrıca endüstri atık suları ile nehirlere yaklaşık 2500 mg/l değerinde klorür ilave olmaktadır. Klorür ve sülfatın toksisitesi, yüksek konsantrasyonlarda ozmotik etkilerinden ileri gelmektedir. Genel olarak içme suyunda Cl- ve SO4-2 için 350 mg/l altındaki konsantrasyonlar zararsızdır. ABD de 250 mg/l üst limit olarak kabul edilmektedir. Tatlı su balıkları için toksik sınır 6000 mg/l Cl- dür . Sülfatlar sulama sularında klorürden daha az toksittirler. Kaliteli sularda konsantrasyon 192-336 mg/l düzeyindedir. İzin verilebilir maksimum değer 336-576 mg/l düzeyindedir.
Bor, sularda borik asit (H3BO3) veya sodyum borat olarak bulunmaktadır. Boraksın toksik sınırı balıklar için 3-7 gB/l dir. Suların kendiliğinden temizlenmesi için gerekli mikrobiyal aktivite 10 g/l bor ile büyük ölçüde engellenir. 1-2 g/l borik asidin balıklara toksik olduğu belirtilmektedir. Sulama sularında 0.5 mg B/l den fazla konsantrasyonları bazı bitki türlerine zararlı olabilir. Orta ve dayanıklı tür bitkiler, sulama suyundaki 1-4 mg/l konsantrasyona dayanabilmektedirler. Drenaj sularındaki bor değeri 0.7 mg/l den fazla olmamalıdır.
Siyanürler ve zehirli organik bileşikler
Genel olarak siyanürün balıklar için toksisite sınırı 0.03-0.25 mg CN/l olarak verilmekte ise de bu, balık türü ve bileşik çeşidine bağlıdır. Örneğin tatlı su kefali için sodyum siyanat (NaOCN)'ın maksimum limiti 75 ppm dir. Buna karşılık alabalık için 0.05 ppm NaCN 24 saatte, 1 ppm ise 20 dakikada tamamen öldürücü olmaktadır. Su sıcaklığının artması ile zehir etkisi artmaktadır. İçme suyunda en fazla 0.05 mg CN- / l bulunmalıdır.
Petrol ve Türevleri: Petrol su yüzeyinde ince bir film oluşturarak gaz alışverişini engeller. Sulardaki normal bakteri florası petrol ve türevlerince engellenir. Bu arada naften asitleri, fenoller ve merkaptan özellikle toksiktir. Merkaptanın balıklar için toksik dozu 0.6 -1.5; naften asitlerinin 1-5 mg/l dir. Benzinin toksisite sınırı 50 mg/l , benzenin 5-20 mg/l dir. Bazı literatüre göre toksisite sınırı normal benzinde 10- 260 mg/l, süper benzinde 40-100 mg/l dir.
Fenoller
Fenoller su mikroflorası tarafından parçalanabilirler. Konsantrasyon 200 mg/l yi geçince mikropların sayısında azalma görülür. Bazı su bitkileri de (Scirpus Lacustris) fenolleri parçalayabilirler. 1μg/l fenol suyun tadını ve 20μg/l fenol balık etinin tadını bozar. Balıklar için toksisite sınırı 6-7 mg/l fenol'dur.
Poliklor- naftalinler ve bifeniller
Bu bileşikler teknikte hidrolik yağlar, plastik endüstrisinde yumuşatıcı ve elektroteknikte izolasyon materyali olarak kullanılır klor içeriği arttıkça bu bileşikler katı bir yapı kazanırlar. Bunlar yağda eriyen ve DDT gibi hayvansal organizmalarda biriken bileşiklerdir.
Bunlardan PCB (poliklor bifenil) hayvansal organizmalarda DDT den daha çok birikmiş bulunuyor. Bunların toksikolojisi henüz yeteri kadar araştırılmadığından bu konuda kesin bir şey söylemek mümkün değildir. Bu bileşiklerin havada ve suda bulunan miktarları mikrogram düzeyini aşmamalıdır. Bunların organizmalarda birikmesi sadece ortamdan değil, aynı zamanda besin zinciri vasıtasıylada olmaktadır. Bilhassa PCB nin mikrobiyolojik parçalanması hakkında birşey bilinmemektedir.
Deterjanlar
Kirlenmiş sularda bulunan deterjanların büyük kısmı evlerden gelmektedir. Deterjanlar hidrofil ve hidrofob gruplar içeren organik bileşiklerdir. Çözünmeyen kalsiyum sabunları teşkil etmezler ve düşük pH derecelerinde hidrolize olmazlar.
Deterjanların etki bakımından en aktif kısmı uzun bir zincir teşkil eden lipofil kısımdır; bu kısım protoplazmadaki; lipoidlerle reaksiyona girer. Balıklarda solungaç ve diğer organlarda kanama olur, ciğerlerde deterjanlar birikir. Ayrıca deterjanlar suda bulunan yağları emülsiyon haline getirerek organizmaya geçmesini kolaylaştırırlar. Balıklar için öldürücü doz 5-10 mg/l arasında bulunurken, (katyonik deterjanlarda 0.02-0.1 mg/l) 1.2-2 mg/l lik konsantrasyonlar sulardaki algleri yok etmeye yeterlidir.
Deterjanın içerdiği yüzey aktif bileşiklerin yanısıra içindeki katkı maddelerinden Na-tripol fosfatlar çöl sularında aşırı su bitkisi gelişimine, verim azalmasına ve gölde yaşlanma sürecinin (ötrofikasyon) hızlanmasına neden olmaktadır.
Bunun dışında deterjanlar, evsel ve endüstriyel atıksularla nehir, deniz ve göllere ulaşarak köpük oluştururlar. Köpükler su yüzeyini kaplayarak havalanmaya engel olurlar.
• Kısa sürede ayrışma özelliğindeki LAB (Lineer Alkil Benzen) aktif maddeli deterjanlar ayrışma sırasında sudaki C=O’ni hızla tükettiğinden suda ani O2 eksikliği yaratabilir.
• Sularda birleşme mg/l düzeyindeki deterjan (1-3 mg/l ABS (Alkil Benzen Sülfonat), 0,6-1,5 mg/l LAS (Lineer Alkil Sülfonat)) balıklara zararlı etki yapar.
0,1 mg/l deterjan aktif maddesi balık yumurtalarında anormalliğe neden olur.
1960’lı yılların başına kadar dünyada deterjan üretiminde aktif madde olarak petrol kökenli bir madde olan DDB (Dodesil Benzen) kullanılmıştır. Dallanmış zincirli bir yapısı olan alkil benzen sülfonat’ın biyolojik bozunabilirliğinin çok az ve yavaş olması nedeniyle, su ortamında, arıtım tesislerinde, yoğun köpük oluşumu ile suya O2 aktarımını engellediği, böylece hem su canlılarını, hem de suyun kendini arıtım özelliğine olumsuz etki yaptığı, saptanarak kullanımı yasaklanmıştır.
Bunun yerine 1964/65 yıllarında kolay ayrışabilen düz zincir yapılı alkil benzen süfonatlar kullanılmaya başlanmıştır. Ve tüm atıkların arıtıldıktan sonra çevreye verilmesi sıkı kontrole bağlanmıştır. 1982 yılında aktif maddelerin biyolojik bozunabilirliklerinin % 80’in üzerinde olması zorunluluğu getirilmiştir.
• Çevre kirlenmesi yönünden deterjan ele alındığında en önemli neden deterjanların su ortamında ayrışma veya ayrışmama durumudur.
• Ayrışma niteliği düşük, sert (DDB) deterjanlar yüzey sularından toprağa, kuyu ve kaynak sularına girmekte, düşük miktarlarda bile suyun koku ve tadını değiştirmekte ve içme suları ile insan bünyesine girmektedir.
Pestisidler ve herbisidler
Bu konuya toprak kirlenmesi bölümünde geniş yer verilecektir. Burada sadece suda ve içinde yaşayan canlılarda yapılan bazı gözlemler anlatılacaktır. Bu maddeler daha çok tarımsal alanlardan çıkan sularda, kültür topraklarından sızan sularda ve sebze-meyve işleyen fabrikaların kirlenmiş sularında bulunurlar. Uçaklarla yapılan tarımsal mücadele sonucunda da bu maddeler sulara karışabilirler. Pestisidlerden, klorlanmış hidrokarbonlar balıklar için son derece zehirlidirler. Organik fosfor bileşikleri balıklar için fazla zehirli değildir.
Tanınmış pestisidlerin su faunasına olan zehirli etkilerine dayanılarak şu gruplama yapılmıştır.
I. Çok zehirli maddeler: Suların yakınında kesinlikle kullanılmamaları ve artıklarının kesinlikle sulara karışmaması gerekir. Örnek: DDT emülsiyonu, azinphos, karbamatlar.
II. Zehirli maddeler: İçinde balıkların yaşadığı sulardan uzak tutulmaları gerekir.Örnek: Lindan, Chlordan, Heptachlor, Parathion, Chlorthion, Diazinon, Malathion, Nikotin Preparatları, Perris, Rotenon, Pyrethrum, Karbolineum (meyve ağaçları) ve DDT (püskürtme ve toz şeklinde)
III. Sığ sularda balıklar ve bunlara yem olan küçük canlılar için tehlikeli olabilecek maddeler: Trichlorphon, Demeton.
IV. Normal dozda kullanıldığı zaman az zehirli olan maddeler (uzman kişilere danışılarak kullanılmaları gerekir): Kloratlar, Dalapon, Simazin, Paraquat.