TRM211U-BİTKİ SU İLİŞKİLERİ
Ünite 7: Temel Kavramlar
Giriş
Kirlilik, doğal dengeye sahip hava, su ve toprak gibi temel kaynaklara; canlıların ve ekosistemlerin taşıyabileceği seviyenin üzerinde kirletici maddelerin girmesi sonucu oluşan olumsuzlukları ifade eder. Endüstrileşme, kentleşme, nüfus artışı ve bilinçsiz tüketim kirliliğin temel kaynaklarıdır. Kirleticiler; çöpler, egzoz gazları, fabrikalardan çıkan emisyonlar, kimyasal gübreler, pestisitler, atık sular, plastikler, petrol atıkları, piller ve radyoaktif maddeler gibi farklı formlarda çevreye karışır.
Kirlilik ve Çevre
Çevre; canlıların yaşamlarını sürdürdükleri biyolojik, kimyasal, fiziksel ve sosyo-ekonomik koşulların tümüdür. Ekoloji (Doğa Bilimi), canlıların birbirleri ve çevreleriyle olan ilişkilerini inceleyen bilim dalıdır. Ekosistem ise canlı ve cansız çevrenin tamamını ifade eder. Doğal dengenin bozulması, çevre sorunlarının temelini oluşturur.
İnsan dışındaki canlılar doğaya uyum sağlamaya çalışırken, insan çevreyi değiştirerek denetim altına almaya çalışır. Bu nedenle çevre tahribatı hızla artmış; atmosfer, hidrosfer ve pedosfer birçok bölgede yaşama elverişsiz hale gelmiştir. Kirlenme özellikle sanayi devrimi sonrası hızla yaygınlaşmış; modern teknoloji, kimyasal maddeler ve yoğun üretim süreçleri kirliliğin ölçeğini genişletmiştir. Doğadaki canlı ve cansız varlıklar arasındaki dengeye Ekolojik Denge (Doğal Denge) denir. Doğanın kendini temizleme özelliği olsa da, kirlilik yükü aşırı olduğunda bu denge bozulur.
Kirleticiler temel olarak üç ana başlıkta sınıflandırılır:
• Fiziksel Kirleticiler: Isıl kirlilik, iyonlaştırıcı ışınım. • Kimyasal Kirleticiler: Hidrokarbonlar, plastikler, pestisitler, deterjanlar, ağır metaller, kükürt ve nitrat türevleri. • Biyolojik Kirleticiler: Patojen mikroorganizmalar, ölü organik maddeler.
Çevre sorunları genelde dört grupta toplanır: Ekonomik sektörlerden kaynaklananlar, nüfus ve kentleşmeye bağlı altyapı eksiklikleri, doğal kaynakların rasyonel kullanılmaması ve sınır ötesi global sorunlar.
Hava Kirliliği ve Sonuçları
Kirliliğin temel bileşenlerini, sokaklara bırakılan gıda atıkları dahil çöpler, bacalardan ve taşıt egzozlarından çıkan gazlar, lavabodan akıp giden atık sular, madeni yağ ve petrol atıkları, tarımda kullanılan kimyasal gübre ve ilaçlar, kullanılmış piller ve radyoaktif madde atıkları oluşturur. Hava kirliliği, bir veya birden fazla kirletici maddenin, atmosferde doğal konsantrasyonundan daha fazla miktarda bulunarak canlı sağlığını ve cansız varlıkların yapısını etkilemesidir. Kirleticiler birincil ve ikincil olarak sınıflandırılır. Birincil kirleticiler doğrudan atmosfere karışır; ikincil kirleticiler, atmosferde kimyasal reaksiyonlarla oluşur.
Kirleticiler:
Birincil Kirleticiler: Kaynaktan atmosfere doğrudan gönderilen bileşenlerdir.
İkincil Kirleticiler: Atmosferdeki kimyasal reaksiyonlar sonucu ortaya çıkan bileşiklerdir.
Başlıca hava kirleticiler:
• Kükürt içeren bileşikler
• Azot içeren bileşikler
• Karbon içeren bileşikler
• Halojen içeren bileşikler
• Toksik madde içeren bileşikler
• Radyoaktif madde içeren bileşikler
Kükürt dioksit (SO2), azot oksitler (NO), partikül madde (PM), karbon monoksit (CO), kurşun (Pb) ve ozondur (O3). O2 ve NO gibi gazlar, atmosferde su buharı ile reaksiyona girerek asit yağmurlarına neden olur.
Bölgesel ve Küresel Olarak Yaşanan Hava Kirliliği Problemleri
Atmosferik İnversiyon ve Fotokimyasal Sis
Soğuk hava tabakasının sıcak hava altında sıkışması sonucu kirleticiler yere yakın bölgede hapsolur. Bu durum 1952’deki kömür yakıtlı SO2 ve partikül kirliliğine bağlı oluşan Londra Smog’u örneğinde olduğu gibi binlerce kişinin ölümüne yol açmıştır.
Ozon Tabakası İncelmesi
Stratosferdeki ozon (O3) tabakası, canlıları zararlı UV ışınlarından korur. Başta soğutucularda ve aerosollerde kullanılan Kloroflorokarbonlar (CFC) olmak üzere çeşitli kimyasallar, stratosfere ulaştıklarında ozonla reaksiyona girerek ozonun bozunmasına neden olurlar. Bir tek klor atomu binlerce ozon molekülünü yok edebilir. CFC'ler, ozon tabakasını tahrip etme konusunda en büyük suçlu olarak ilan edilmiş ve üretimleri yasaklanmıştır.
Sera Gazları ve Küresel İklim Değişikliği
Atmosferdeki CO2, su buharı, metan ve CFC gibi sera gazlarının miktarının artması, Dünya’dan yansıyan güneş ışınlarını tutarak sera etkisine ve yeryüzü sıcaklığının artmasına neden olur. Bu durum, iklim değişikliğine yol açar. Geçtiğimiz yüzyıl Dünya ortalama sıcaklığı 0,6°C artmıştır. Bu değişim devam ederse buzulların erimesi, deniz seviyesinin yükselmesi ve salgın hastalıkların artması beklenmektedir.
Asit Yağmurları
Fosil yakıt kullanımından kaynaklanan SO2 ve NOx emisyonlarının atmosferde oksitlenerek sülfürik asit (H2SO4) ve nitrik asit (HNO3) içeren asidik birikimler (yağmur veya kuru birikim) şeklinde yeryüzüne
dönmesidir. Asit yağmurları ormanlara, tarımsal alanlara, su kaynaklarına, binalara ve tarihi anıtlara ciddi zarar verir.
Hava Kirliliğinin Kontrolü
Hava kirliliği kontrolü, öncelikle kirliliğin kaynağında engellenmesi olarak tanımlanır. Bu strateji, kirletici kömür ve petrol ürünleri yerine doğal gaz veya güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının tercih edilmesini, sera gazı salınımlarına yönelik yasal düzenlemeleri, egzoz kirliliğini azaltmak için toplu taşımacılığın teşvik edilmesini ve binalarda yalıtım gibi enerji verimliliği sağlayan yüksek standartların uygulanmasını kapsar. Kirlilik oluştuktan sonra ise, katı partikülleri tutmak için siklonlar, elektrostatik filtreler ve torba filtreler; gaz formundaki kirleticileri gidermek için ise absorbsiyon, adsorbsiyon ve yakma gibi teknikler kullanılır.
Absorpsiyon ve Islak Yıkama
Gaz absorbsiyonu, kirli gazların bir sıvıyla temas ettirilerek zararlı maddelerden arındırılması işlemidir. Çoğunlukla su kullanılan bu yöntemde gaz, sıvı içinden geçirilir veya sıvı gaz akımına püskürtülerek kirleticiler sıvı içinde çözündürülür. Islak tutucular hem partikül hem gaz gideriminde etkilidir ve yağmurun havadaki kokuları temizlemesine benzer şekilde çalışır. Özellikle suda çözünebilen bileşiklerin uzaklaştırılmasında yüksek verim sağlar. Bu amaçla püskürtmeli, dolgulu ve tepsili kuleler gibi ekipmanlar kullanılır; dolgulu kuleler geniş temas yüzeyi sayesinde daha yüksek verim sunar.
Adsorpsiyon
Adsorpsiyon, gaz veya sıvı içindeki kirleticilerin aktif karbon gibi geniş yüzey alanına sahip bir katı yüzeye tutunarak giderilmesidir. Bu işlem fiziksel ya da kimyasal şekilde gerçekleşebilir. Aktif karbon doyduğunda ısı veya buharla temizlenip yeniden kullanılabilir. Verim; sıcaklık, akış hızı ve kirletici miktarı gibi faktörlere bağlıdır. Adsorpsiyon özellikle petrol ve petrokimya tesislerinde uçucu organik maddeleri uzaklaştırmak için yaygın olarak kullanılan etkili bir yöntemdir.
Bez Filtreler
Bez veya torbalı filtreler, baca gazındaki tozları tutmak için kullanılır. Gaz, çorap şeklindeki torbalardan geçerken partiküller filtre yüzeyine yapışır. Biriken tabaka kalınlaşınca verim düşer; bu yüzden filtreler ters hava üfleme veya sallama ile temizlenir. Torbalar pamuk, polyester, cam yünü, teflon gibi malzemelerden yapılabilir.
Katalitik Reaktörler Siklonlar
Katalitik reaktörler, özellikle fosil yakıt kaynaklı NOx gibi zararlı gazları kimyasal tepkimelerle zararsız hâle getirir. SCR sisteminde amonyak eklenerek NOx, azot ve suya dönüştürülür. Modern araçlardaki üç yollu katalitik dönüştürücüler ise CO, NOx ve HC’yi Pt, Pd ve Rh katalizörleriyle CO₂, su buharı ve N₂’ye çevirir. Bu sayede emisyonlar önemli ölçüde azaltılır.
Siklonlar, gaz içindeki iri partikülleri merkezkaç kuvvetiyle ayıran mekanik sistemlerdir. Gaz, siklon içine hızla girdirilip döndürülür; bu hareket partiküllerin duvara çarpıp aşağıdaki toplama haznesine düşmesini sağlar. 10–50 mikron boyutundaki taneciklerde verim çok yüksektir (%90+). Ancak tıkanma, erozyon ve korozyon gibi sorunlar görülebilir. Siklonlar; çimento, un, kereste, pamuk, kömür ve diğer tozlu endüstrilerde yaygın olarak kullanılır.
Siklonlar Elektrostatik çöktürücüler
Siklonlar, gaz içindeki iri partikülleri merkezkaç kuvvetiyle ayıran mekanik sistemlerdir. Gaz, siklon içine hızla girdirilip döndürülür; bu hareket partiküllerin duvara çarpıp aşağıdaki toplama haznesine düşmesini sağlar. 10–50 mikron boyutundaki taneciklerde verim çok yüksektir (%90+). Ancak tıkanma, erozyon ve korozyon gibi sorunlar görülebilir. Siklonlar; çimento, un, kereste, pamuk, kömür ve diğer tozlu endüstrilerde yaygın olarak kullanılır.
Elektrostatik çöktürücüler Yakıcılar
Elektrostatik çöktürücüler, partikülleri elektriksel alanla tutan büyük verimli cihazlardır. Yüksek voltajla oluşturulan elektrik alan, gazdaki taneciklerin yüklenip toplama plakalarına yapışmasını sağlar. Plakalar düzenli olarak titretilerek temizlenir; bazı sistemlerde su kullanılarak “ıslak çöktürme” yapılır. Çimento, çelik, kâğıt ve termik santral bacalarında yaygın kullanılır ve %99’un üzerinde partikül giderimi sağlayabilir.
Yakıcılar Biyofiltreler
Yakıcılar, tehlikeli organik gazları ve atıkları yüksek sıcaklıkta yakarak zararsız hâle getiren sistemlerdir. Organik kirleticiler oksijenle tepkimeye girerek CO₂ ve suya dönüşür. Gerekirse doğal gaz gibi ek yakıt kullanılır. Termal oksitleyiciler, özellikle toksik veya kokulu uçucu organik bileşikleri %99,9’a varan verimle yok eder. Ancak çok yüksek sıcaklık gerektiği için maliyetli olabilir.
Yakıcılar Biyofiltreler
Biyofiltreler, uçucu organik ve kokulu bileşikleri bakterilerin yardımıyla parçalayan sistemlerdir. Kirli hava, nemli ve mikroorganizma taşıyan bir yataktan geçirilir; kirleticiler önce suda çözünür, sonra bakteriler tarafından biyolojik olarak parçalanır. Suda çözünebilen maddeleri gidermede oldukça etkilidir ve %98’in üzerinde giderim verimi sağlayabilir.
Su Kirliliği ve Sonuçları
Dünya suyunun çok küçük bir kısmı kullanılabilir tatlı sudur ve insan faaliyetleri nedeniyle bu kaynaklar hızla kirlenmektedir. Endüstriyel atıklar, kanalizasyon, tarımda kullanılan gübre ve pestisitler, gıda sanayi atıkları, patojenler ve kimyasallar suya karışarak suyun fiziksel, kimyasal ve biyolojik yapısını bozar. Arıtılmadan nehir ve denizlere dökülen bu atıklar oksijen azalmasına, alg patlamalarına, balık ölümlerine, toksik madde birikimine ve ekosistem çöküşüne yol açar. Fosfor, azot, deterjanlar, ağır metaller ve petrol ürünleri başlıca kirleticilerdir. Su
kirliliği; hastalıklar, ölümler, biyolojik çeşitliliğin azalması, besin zincirinin bozulması ve içme suyu kaynaklarının yok olması gibi ciddi sonuçlar doğurur. Büyük ölçekli fabrikalar tek başına bir şehir kadar kirlilik yaratabilir. Kirli sular içme, tarım ve sanayi için kullanılamaz; ötrofikasyon, ekosistem çöküşü ve canlı türlerinin yok olmasına neden olur. Su kirliliği, atıkların azaltılması ve etkili arıtma sistemlerinin kullanılmasıyla önlenebilir.
Su Kirliliği Kaynakları
Su kirliliği kaynakları alana göre noktasal ve noktasal olmayan olarak ikiye ayrılır:
Noktasal Kaynaklar: Belirli bir deşarj noktasından gelir. Enerji santrallerinden boşaltılan sıcak suyun neden olduğu termal kirlilik de bu gruba girer; ısınan su daha az çözünmüş oksijen tutar ve canlı yaşamı tehlikeye atar.
Noktasal Olmayan Kaynaklar: Belirli bir kaynağı olmayan, geniş alanlara yayılmış kirliliktir.
Su Kaynaklarında Kirlilik
Akarsu Kirliliği
Ana kaynağını arıtım olmaksızın yapılan endüstri ve kanalizasyon deşarjları, tarımsal alanlardaki organik maddeler ve ağır metaller oluşturur. Termal kirlilik, suyun sıcaklığını artırarak çözünmüş oksijen miktarını düşürür ve canlı yaşamı tehlikeye sokar.
Göl Kirliliği
Akarsuların getirdiği veya doğrudan deşarj edilen azot, fosfor ve karbon bileşikleri nedeniyle alglerin hızla çoğalması sonucu ötrofikasyon meydana gelir. Ötrofikasyon, gölün biyolojik dengesini bozarak suyun kullanılamaz hale gelmesine yol açar. Göller, kirlilik durumlarına göre Oligotrofik (berrak, oksijenli), Ötrofik (organik madde ve alg patlaması fazla) ve Mezotrofik olarak sınıflandırılır.
Yeraltı Suyu Kirliliği
Plansız kentleşme, kontrolsüz tüketim, endüstriyel ve septik tank sızıntıları ile tarımsal kirlenmeler (gübre ve pestisitler) temel nedenlerdir. Kirlenmiş yeraltı sularının kullanımı zehirlenmelere, kansere ve ölümlere neden olabilir.
Deniz ve Okyanus Kirliliği
Petrol sızıntıları (tanker kazaları), plastik atıklar (Kuzey Pasifik Girdabı'nda devasa çöp alanları oluşmuştur), endüstriyel, tarımsal ve kanalizasyon atıkları başlıca nedenlerdir. Atmosferdeki artan CO2 miktarı, deniz ve okyanus suyunun asitlenmesine yol açar.
Su Kalitesinin Belirlenmesi
Su kalitesi, alınan su örneklerinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemlerle analiz edilmesiyle belirlenir. Fiziksel ölçümler sıcaklık, bulanıklık ve katı madde miktarını; kimyasal ölçümler ise pH, BOİ, KOİ, besin elementleri
(azot–fosfor), metaller, petrol ürünleri ve pestisitleri içerir. Biyolojik ölçümler, su ekosisteminin bitki, hayvan veya mikroorganizmalar üzerinden değerlendirilmesini kapsar. Bu göstergeler suyun temizliğini, oksijen düzeyini, organik madde yükünü ve kirletici varlığını belirlemede kullanılır.
Su Kirliliğinin Kontrolü
Su kirliliğini kontrol etmek için atık sular fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemlerle arıtılır; amaç suya kaybettiği özellikleri geri kazandırmak ve alıcı ortamlara zarar vermesini önlemektir.
Fiziksel Arıtma: Izgaralar, kum tutucular ve çöktürme havuzları ile kaba katı maddeler ayrılır.
Kimyasal Arıtma: Koagülasyon ve flokülasyon gibi işlemlerle (kimyasal madde ekleyerek) çözünmüş veya askıdaki maddelerin çökeltilmesi sağlanır.
Biyolojik Arıtma: Çözünmüş organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından parçalanmasıdır.
• Aerobik (Havalı) Arıtma: Oksijenli ortamda çalışır. En yaygın örneği Aktif Çamur sistemidir; burada atık su havalandırılarak bakterilerin (aktif çamur) organik maddeleri tüketmesi sağlanır. • Anaerobik (Havasız) Arıtma: Serbest oksijenin olmadığı ortamda çalışır64. Bakteriler bağlı oksijeni kullanır. Aerobik arıtmaya göre daha az enerji gerektirir ve sonuçta metan (CH4) gazı (biyogaz) üretir.
İleri Arıtma: Filtrasyon, iyon değiştirme, ultrafiltrasyon ve ters ozmoz gibi ek işlemlerdir.
Petrol Sızıntıları: Petrol döküntüleri gibi deniz kirliliklerinde bariyerler, sıyırıcılar ve adsorban malzemeler kullanılarak yayılma ve zarar azaltılır.
Toprak Kirliliği ve Sonuçları
Toprak, yerleşim, tarım ve sanayi için vazgeçilmez, bitkilere besin kaynağı olan ve pek çok canlıyı barındıran doğal bir varlıktır. Toprak kirliliği, toprağın normal konsantrasyonlarından daha yüksek seviyelerdeki kimyasal ve radyoaktif maddelerle kirlenerek doğal dengesinin bozulmasıdır.
Toprak, yerine konulamayan bir doğal kaynaktır. Başlıca kirlilik nedenleri; tarıma elverişli arazilere plansız sanayi ve kentleşme, aşırı kimyasal gübre ve pestisit kullanımı, evsel ve endüstriyel atıkların toprağa bırakılması (çöp depolama alanları) ve erozyondur. Hava kirliliğinin aksine daha çok kırsal kesimi etkileyen toprak kirliliği, ormansızlaşmayla birleştiğinde erozyona ve verimli toprak kaybına yol açar. Üretilmesi mümkün olmayan bu kaynak, hava ve sudaki kirleticiler için son toplanma noktasıdır ve bu kirleticiler toprakta uzun süre parçalanmadan kalabilir.
Toprak Kirleticilerin Sınıflandırılması Toprak Kirliliğinin Kontrolü
Toprak kirleticileri, organik ve inorganik olarak iki ana Toprak kirliliğinin kontrolü, öncelikle yeşil alanları ve gruba ayrılır. tarım arazilerini korumak, erozyonu önlemek ve verimli A. Organik kirleticiler toprakların amaç dışı kullanımını engellemekle başlar.
• Pestisitler Tarımda, kimyasal gübrelemeden kaçınmanın söz konusu olamayacağı gerçeği dikkate alındığında kimyasal gübreler 1. İnsektisitler (Böcek öldürücüler), zararlı hayvansal toprak analizine göre bilinçli kullanılmalıdır. Türkiye canlılara karşı topraklarının eksikliğini çektiği organik gübre kullanımı artırılmalı ve damla sulama gibi verimli yöntemler tercih 2. Fungisitler (Mantar öldürücüler), zararlı mantarlara edilmelidir. Pestisit kullanımı ise uzman gözetiminde ve karşı reçeteyle yapılmalıdır. 3. Herbisitler (Yabancı ot öldürücüler), zararlı bitkisel Kentsel atık yönetiminde, atıkların kaynağında azaltılması, canlılara karşı geri dönüştürülmesi ve çöp depolama alanlarının yeraltı 4. Rodentisitler (Kemirici hayvan öldürücüler) suyunu kirletmemesi için zemininin geçirimsiz hale getirilmesi ve metan gazı tahliyesinin sağlanması şarttır. 5. Nematositler (Nematod öldürücüler) Kirlenmiş topraklar, biyolojik veya fiziko-kimyasal ıslah • Petrol Atıkları yöntemleriyle temizlenebilir. Bu mücadelenin temelinde B. İnorganik Kirleticiler toplumsal duyarlılığı artırmak da yer alır.
• Ağır Metaller
• Azot ve fosfor içeren maddeler
• Radyoaktivite içeren maddeler
Kirliliğin başlıca nedenleri tarımsal faaliyetlerdir; verim için kullanılan kimyasal gübrelerin aşırı kullanımı topraklarda tuzlanma, çoraklaşma ve ağır metal birikimine yol açar. Zararlılar için kullanılan pestisitler ise son derece zehirlidir ve besin zinciri yoluyla birikerek kanser veya kronik zehirlenmelere neden olabilir.
Ayrıca, arıtılmamış sanayi ve kanalizasyon atıkları, hava kirliliğinden kaynaklanan asit yağmurları, madencilik, nükleer kazalar ve özellikle katı atıkların depolandığı çöp alanlarından sızan zehirli "çöp sızıntı suları" da toprağı ve yeraltı sularını kirleten önemli faktörlerdir.