Su ve kirleticiler
Su kalitesi, kirleticilerin bileşimi tarafından belirlenir. Kirleticilerin varlığı ve konsantrasyonu, suyun özelliklerini çeşitli şekillerde etkileyebilir.
Kirletici bileşimi ayrıca suyun belirli bir kullanım amacı için uygun olup olmadığını da gösterebilir.
Su moleküllerinin polar yapısı, kendi aralarında ve diğer moleküller ile iyonlarla çok sayıda donör-akseptör bağı (hidrojen bağları dâhil) oluşturmalarına olanak tanır. Bu durum, maddelerin suda iyi çözünmesini ve elektrolitik ayrışmasını büyük ölçüde belirler. Bu nedenle, mutlak saf su yalnızca atomik hidrojen ve oksijenden sentez yoluyla ya da sulu çözeltilerin kirleticilerden çok aşamalı olarak arıtılmasıyla laboratuvar koşullarında elde edilebilir.
Suda bulunabilecek kirleticiler dört ana gruba ayrılabilir: mineral maddeler, organik bileşikler, mikrobiyolojik organizmalar ve gazlar.
Suda bulunabilecek kirleticiler dört ana gruba ayrılabilir: mineral maddeler, organik bileşikler, mikrobiyolojik organizmalar ve gazlar.
Mineraller, suda çözünebilen veya çözünmeyen inorganik bileşiklerdir. Bu tür bileşiklere örnek olarak asitler (HCl, H₂SO₄ vb.), bazlar (NaOH, Ca(OH)₂ vb.), tuzlar (NaCl, CaSO₄ vb.) ve oksitler (Fe₃O₄, Al₂O₃ vb.) verilebilir. Asitler, bazlar ve tuzlar sulu çözeltilerde geri dönüşümlü olarak katyon ve anyonlara ayrışabilir, yani dissosiye olurlar. Katyonlar ve anyonlar, su molekülleriyle donör-akseptör bağları oluşturur. Çözünürlük derecesi, yani bir maddenin belirli bir hacimdeki suda ne kadar çözünebileceği; maddenin iyonları ile su molekülleri arasındaki bağların, iyonların kendi aralarındaki bağlardan ne kadar daha güçlü olduğuna bağlıdır. Elbette yukarıda açıklanan mekanizma oldukça basitleştirilmiştir; örneğin çözünürlük aynı zamanda sıcaklığa ve çözünen maddenin özelliklerine de bağlıdır.
Organik bileşikler, bileşiminde ve yapısında karbon atomu bulunan maddelerdir (karbon atomu içeren ancak inorganik kabul edilen bazı maddeler – karbonik asit ve türevleri gibi – bu tanımın istisnasıdır). Organik bileşikler; şekerler (glikoz, fruktoz, sakaroz vb.), organik asitler (asetik asit, formik asit), yüzey aktif maddeler gibi suda çözünebilen; ya da çeşitli hidrokarbonlar (yağlar, parafinler, benzen) ve bunların türevleri (kloroform, dikloroetan) gibi az çözünen veya çözünmeyen maddeler olabilir. Organik bileşiklerin çözünürlüğü, donör-akseptör bağlarının oluşumuna bağlıdır: bir molekül başına düşen bağ sayısı arttıkça çözünürlük de artar. “Benzer benzeri çözer” ilkesi geçerlidir; yani molekül ne kadar polar ise (içindeki yük ayrımı ne kadar fazlaysa) suda o kadar kolay çözünür ve bunun tersi de geçerlidir.
Su, mikroorganizmalar için bir yaşam alanı ve onlara besin sağlayan bir substrattır. Ayrıca, su, birçoğu için kelimenin tam anlamıyla hayati bir öneme sahiptir. Birçok mikroorganizma, insanlar ve hayvanlarla birlikte yaşar; bunlardan bazıları simbiyotik bağlar kurarken, diğerleri patojeniktir, yani hastalıklara neden olabilir. Ayrıca, mikroorganizmalar yaşam süreçleri ve/veya ayrışmaları sırasında zararlı maddeler üretebilirler.
Gazlar, su yüzeyinin üzerindeki kısmi basınçla orantılı olarak suda çözünür. Bazı gazlar su molekülleriyle hidrojen bağı oluşturabilir veya kimyasal reaksiyona girebilir (örneğin karbondioksit, amonyak). Gazların çözünürlüğü basınca ve sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle basınç ne kadar yüksek ve sıcaklık ne kadar düşükse çözünürlük de o kadar yüksek olur.
Su kalitesinin temel parametreleri
Mineralizasyon (tuzluluk), suda çözünmüş inorganik ve organik tuzların toplam miktarıdır. Su kaynakları, tuz içeriğine bağlı olarak tatlı, acı, tuzlu ve salamura olarak sınıflandırılabilir.
Kuru kalıntı bir maddenin buharlaştırılıp 110°C'de sabit bir kütleye kadar kurutulduktan sonra bilinen bir su hacmi için kuru ağırlığıdır. Mineralizasyonun aksine, uçucu organik maddeler ve bazı karbondioksit bileşikleri içermez. Bazı tuzların higroskopik yapısı nedeniyle abartılı değerler üretebilir.
Suyun sertliği, sudaki alkali toprak elementlerinin, özellikle kalsiyum ve magnezyum iyonlarının (Ca2+, Mg2+) varlığıyla tanımlanan bir dizi özelliktir.
pH, sulu çözeltinin asitliğinin bir ölçüsüdür. Bir çözeltideki hidrojen iyonlarının aktivitesinin negatif ondalık logaritması olarak hesaplanır: pH=- lg a(H+). Bu, bir çözeltideki H+ iyonlarının konsantrasyonu ne kadar yüksekse, çözeltinin pH'ının o kadar düşük olacağı anlamına gelir. pH değerleri 1 ile 14 arasında değişir ve pH=7 nötr bir değer olarak kabul edilir. pH değeri indikatörler veya potansiyometrik yöntemle ölçülür.
Elektriksel iletkenlik, çözeltiden geçen elektrik akımının bir ölçüsüdür. Fiziksel anlamda iletkenlik, Ohm cinsinden elektrik direncinin tersidir. Çözünmüş tuzlar suyun iletkenliğinde artışa neden olur, bu nedenle iletkenliğin ölçülmesi, tuz içeriğinin dolaylı olarak belirlenmesine olanak tanır (yönteme kondüktometri denir). Bu nedenle iletkenlik ölçerler, suyun saflığını tahmin etmek için kullanılır. Ancak farklı iyonların farklı iletkenlik değerleri ürettiği unutulmamalıdır. Ayrıca, hidratlı CO2 gibi bazı çözünmüş gazlar çözeltinin iletkenliğini artırabilirken, organik kirleticiler akımı çok zayıf bir şekilde geçirir.
Suyun özdirenci, iletkenliğin tersidir. Suyun saflığının bir ölçüsü olan özdirenç, neredeyse saf su için kullanışlıdır. Wilhelm Kohlrausch, ultra saf suyu ilk olarak 45 kat vakum damıtmasıyla üretmiştir. Suyun ölçülen direnç değeri 18°C'de 23,8 Mohm ve 25°C'de 16,4 Mohm'dur. Saf suyun teorik maksimum elektrik direnci 25°C'de 18,18Mohm*cm'dir.
Toplam Organik Karbon (TOC), organik maddelerde bulunan karbon atomlarının toplam miktarını ifade eder. İsminden de anlaşılacağı üzere bu parametre, sudaki organik kirlenme derecesini gösterir. Tipik bir ölçüm sırasında, organik bileşiklerin parçalanmasından önce ve sonra su numunesinin iletkenliği arasındaki fark kaydedilir ve ardından kalibrasyon eğrilerine göre yeniden hesaplama yapılır. Organik bileşiklerin parçalanması için foto-oksidasyon yöntemi kullanılır; bu durumda karbon oksitlerin ve diğer maddelerin suya salınması nedeniyle iletkenlik artar. Güncel yöntemler TOC’nin sürekli modda ölçülmesine olanak tanır; bu da mikrobiyolojik kontaminasyonun dolaylı olarak değerlendirilmesi açısından faydalıdır.
Kuru kalıntı bir maddenin buharlaştırılıp 110°C'de sabit bir kütleye kadar kurutulduktan sonra bilinen bir su hacmi için kuru ağırlığıdır. Mineralizasyonun aksine, uçucu organik maddeler ve bazı karbondioksit bileşikleri içermez. Bazı tuzların higroskopik yapısı nedeniyle abartılı değerler üretebilir.
Suyun sertliği, sudaki alkali toprak elementlerinin, özellikle kalsiyum ve magnezyum iyonlarının (Ca2+, Mg2+) varlığıyla tanımlanan bir dizi özelliktir.
pH, sulu çözeltinin asitliğinin bir ölçüsüdür. Bir çözeltideki hidrojen iyonlarının aktivitesinin negatif ondalık logaritması olarak hesaplanır: pH=- lg a(H+). Bu, bir çözeltideki H+ iyonlarının konsantrasyonu ne kadar yüksekse, çözeltinin pH'ının o kadar düşük olacağı anlamına gelir. pH değerleri 1 ile 14 arasında değişir ve pH=7 nötr bir değer olarak kabul edilir. pH değeri indikatörler veya potansiyometrik yöntemle ölçülür.
Elektriksel iletkenlik, çözeltiden geçen elektrik akımının bir ölçüsüdür. Fiziksel anlamda iletkenlik, Ohm cinsinden elektrik direncinin tersidir. Çözünmüş tuzlar suyun iletkenliğinde artışa neden olur, bu nedenle iletkenliğin ölçülmesi, tuz içeriğinin dolaylı olarak belirlenmesine olanak tanır (yönteme kondüktometri denir). Bu nedenle iletkenlik ölçerler, suyun saflığını tahmin etmek için kullanılır. Ancak farklı iyonların farklı iletkenlik değerleri ürettiği unutulmamalıdır. Ayrıca, hidratlı CO2 gibi bazı çözünmüş gazlar çözeltinin iletkenliğini artırabilirken, organik kirleticiler akımı çok zayıf bir şekilde geçirir.
Suyun özdirenci, iletkenliğin tersidir. Suyun saflığının bir ölçüsü olan özdirenç, neredeyse saf su için kullanışlıdır. Wilhelm Kohlrausch, ultra saf suyu ilk olarak 45 kat vakum damıtmasıyla üretmiştir. Suyun ölçülen direnç değeri 18°C'de 23,8 Mohm ve 25°C'de 16,4 Mohm'dur. Saf suyun teorik maksimum elektrik direnci 25°C'de 18,18Mohm*cm'dir.
Toplam Organik Karbon (TOC), organik maddelerde bulunan karbon atomlarının toplam miktarını ifade eder. İsminden de anlaşılacağı üzere bu parametre, sudaki organik kirlenme derecesini gösterir. Tipik bir ölçüm sırasında, organik bileşiklerin parçalanmasından önce ve sonra su numunesinin iletkenliği arasındaki fark kaydedilir ve ardından kalibrasyon eğrilerine göre yeniden hesaplama yapılır. Organik bileşiklerin parçalanması için foto-oksidasyon yöntemi kullanılır; bu durumda karbon oksitlerin ve diğer maddelerin suya salınması nedeniyle iletkenlik artar. Güncel yöntemler TOC’nin sürekli modda ölçülmesine olanak tanır; bu da mikrobiyolojik kontaminasyonun dolaylı olarak değerlendirilmesi açısından faydalıdır.