Su ve Atık Sularda Mikroplastiklerin Giderimi

1972 yılında Sargasso Denizi yüzey suyunda çok sayıda yüzen küçük plastik partiküllerine rastlanınca, dünya ilk kez sucul ortamda mikro boyutlarda plastik parçacıkların bulunduğundan haberdar olmuştur. Plymouth Üniversitesinde deniz biyolojisi profesörü olan Richard Charles Thompson, 2004 yılında yazdığı bir makalesinde, tespit ettiği küçük plastik parçalarına “mikroplastikler” ismini vererek bu terimi ilk kullanan kişi olmuş ve bu küçük parçacıklar mikroplastik olarak tanımlanmıştır.¹

Mikroplastikler, 5 mm ile 1 µm arasındaki boyutlarda olan küçük plastiklerdir. Birincil (primer) ve ikincil (sekonder) olmak üzere iki kategoriye ayrılmaktadırlar.²

Birincil mikroplastikler, 5 mm ve daha küçük boyuttaki plastikler olup genellikle yüz temizleyicilerinde, kozmetik ürünlerde, ilaç endüstrisinde, temizlik malzemelerinde ve endüstriyel tesislerdeki hava püskürtme uygulamalarında kullanılmaktadır.³

İkincil mikroplastikler, fiziksel, biyolojik ve kimyasal faktörlerin de yardımıyla büyük atık plastiklerin suda veya toprakta bozunmasıyla oluşan küçük plastik parçalardır. Güneş ışığındaki ultraviyole radyasyonuna maruz kalmanın sonucunda, plastik atıkların yapısal bütünlüğü zamanla azalarak mikroplastik boyutuna parçalanmaktadır.⁴ İkincil mikroplastikler; büyük ölçekli plastik atıkların parçalanması, kişisel bakım ürünlerindeki mikroboncuklar, tekstil ürünlerindeki sentetik lifler ve endüstriyel süreçler gibi çeşitli kaynaklardan oluşabilmektedir.

Çok sayıda araştırma, mikroplastiklerin deniz ve tatlı su sistemlerinde, sedimentte, toprakta ve yüzey katmanları dâhil olmak üzere, tüm çevresel bölmelerde bulunduğunu göstermektedir.⁵ Peki, mikroplastikler bu bölmelere nasıl ulaşmaktadır? Araştırmalar doğrultusunda mikroplastiklerin kirlilik kaynakları 4 kategoride toplanmıştır.

1. Akıntı Kaynaklı: Genellikle araba lastiklerinden, yol malzemelerinden ve dış mekanlara yapılan kaplamalardan gelen tozlara bağlı olarak şehir alanlarından gelen yağmur suyu akıntısı mikroplastik içerebilmektedir.⁶
2. Atık Su Kaynaklı: Mikroplastikler atık su sistemlerine çeşitli evsel ve endüstriyel faaliyetler yoluyla girebilmektedir. Evsel kaynaklar arasında sentetik çamaşırların yıkanması, mikroboncuk içeren kişisel bakım ürünlerinin kullanılması ve plastik atıkların uygunsuz şekilde bertaraf edilmesi gibi faaliyetler yer almaktadır. Bir tek tekstil ürünü, yıkama başına yaklaşık 2000 lifin salımına yol açabilmektedir.⁷ Çok küçük boyutlu olan mikroplastikler, atık su arıtma sistemlerinden ve filtreleme işlemlerinden kaçabilmektedirler. Bu durumda, atık su arıtma tesislerinden veya atık su deşarjlarından kaynaklanan mikroplastikler doğrudan su kaynaklarına, nehir ve denizlere karışabilmektedir.⁸
3. Sanayi Kaynaklı: Tekstil, plastik, ambalaj ve otomotiv sanayii ile kimyasal işleme gibi sektörlerin faaliyetleri sonucunda da mikroplastikler ortaya çıkmaktadır. Endüstriyel faaliyetler sırasında atık su deşarjı, plastik ürünlerin kullanımı ve atıklarının bertarafı gibi nedenlerle, çevreye mikroplastiklerin salımı gerçekleşmektedir. Özellikle atık su arıtma sistemlerinin yetersiz olması veya atık su arıtma tesislerinin mikroplastikleri filtreleme kapasitesinin olmaması gibi durumlarda, sanayi kaynaklı mikroplastikler doğrudan su kaynaklarına veya toprağa karışmaktadır.⁹
4. Hava Yoluyla Taşınan Mikroplastiklerin Kaynakları: Hava yoluyla taşınan mikroplastiklerin en önemli nedenlerinin tekstil malzemeleri, sentetik polimer lastiklerin korozyonu ve deformasyonu, şehir ve ev tozu partikülleri olduğu bilinmektedir.¹⁰ Atmosferik mikroplastiklerin sayısız farklı kaynağı arasında bina malzemeleri, atık için yakma tesisleri, sanitasyon amaçlı depolama sahaları, endüstriyel deşarjlar, yol yüzeyi partikülleri, bahçe topraklarında kullanılan PS turba gibi sentetik partikülleri, açık çöp alanlarından veya atık depolama tesislerindeki plastik kırıntıları, atık su çamurlarının gübre olarak kullanımı sayılabilir.¹¹ Mikroplastikler atmosfere salındıktan sonra, yağmur, kar veya rüzgâr gibi doğal olaylarla yere inebilmektedir. Bu şekilde hava yoluyla taşınan mikroplastikler, çevresel yüzeylere ve su kaynaklarına çökerek çevresel kirliliğe sebep olmaktadır.

Biyolojik olarak parçalanamayan mikroplastikler, doğaya bir kez karıştıktan sonra birikmekte ve kalıcı hale gelmektedirler. Endişe verici olan, mikroplastiklerin su ve atık sulardaki varlığının, sadece çevre için değil, aynı zamanda insan sağlığı için de bir tehdit oluşturmasıdır. Araştırmalar, mikroplastiklerin sucul organizmalar ve bitkiler tarafından alınıp besin zincirine girebileceğini göstermektedir. Küçük ölçeğinden bağımsız olarak, besin ağındaki mikroplastiklerin bitkiler ve hayvanlar için biyolojik olarak kullanılabilir olduğu kabul edilmektedir. Mikroplastiklerin sucul organizmalar ve bitkiler tarafından alınması, toksinlerin besin zincirinin tabanına enjekte edilmesine ve burada biyolojik birikme meydana gelmesine sebep olmaktadır.¹²

Mikroplastiklerin insan üzerindeki olası sağlık riskleri ve toksisite oranı, maruz kalma süresine bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Toksisite, üç ana faktörden kaynaklanabilmektedir: mikroplastiğin sunduğu fiziksel parçacık tehlikesi, monomerlere bağlı kimyasallar veya katkı maddeleri ve mikroplastiklerin yüzeyinde oluşan biyofilm tabakaları. Bu kaynakların toksisite düzeyleri hakkında sınırlı kanıt/bilgi bulunmaktadır.

İçerilen toksisite, yutma yoluyla ve deri yoluyla emilerek de alınabilmektedir, ancak bu konuda yeterince çalışma yapılmamıştır. Araştırmalara göre, 150 μm’den büyük çaplı parçacıkların insan vücudu tarafından alınması beklenmemektedir.¹³ Çok küçük parçacıkların alımının daha yüksek olabileceği değerlendirilmekle birlikte farklı mikroplastik boyutları için insanlar ve hayvanlar üzerinde alım oranları için çalışmalar yapılmamıştır. Sınırlı sayıda çalışma fareler üzerinde gerçekleştirilmiş olup çok yüksek konsantrasyondaki mikroplastiklerin etkisi izlenmiştir, ancak düşük konsantrasyondaki etki istenilen güvenilirlikte ölçülememiştir. Bu noktada, mikroplastiklerin insan sağlığı üzerindeki etkisi henüz tam anlamıyla belirlenememiştir.

Arıtma Tesislerinde Mikroplastiklerin Giderim Verimliliği

Mikroplastik kirliliği ile başa çıkmadaki zorluklardan birisi de arıtma işlemlerinden sonra bu küçük partiküllerin ne kadarının kaldığıdır. Su ve atık su arıtma tesisleri, sulardaki kirleticileri giderseler de mikroplastikleri uzaklaştırmak için tasarlanmadıklarından giderim etkinlikleri değişkenlik göstermektedir. Çökeltme, filtrasyon ve biyolojik arıtma gibi geleneksel işlemler, bazı büyük mikroplastikleri yakalayabilmekte, ancak daha küçük partikülleri göz ardı edebilmektedir. Bunun bir sonucu olarak, mikroplastiklerin önemli bir kısmı, çevreye deşarj edilen arıtılmış atık sularda hâlâ bulunmaktadır. Bu nedenle, mikroplastiklerin arıtma sürecinde ne kadar etkin bir şekilde giderilebildiği üzerine yapılan araştırmalar büyük bir önem taşımaktadır.

Gündoğdu ve ekip arkadaşlarının araştırmalarına göre, hızlı kum filtreleme, kazık bezi medya filtreleme, çözünmüş hava flotasyonu ve disk filtreleme gibi gelişmiş son aşama atık su arıtma teknolojilerinin kullanılması, atık su arıtma tesislerinden deniz çevresine deşarj edilen mikroplastik konsantrasyonunu önemli ölçüde azaltmaktadır.¹⁴

Ön arıtma ve birincil arıtma süreçleri, mikroplastiklerin büyük bir kısmını toplayabilirken, ikincil ve üçüncül arıtma süreçlerinin etkinliği daha düşüktür. Bununla birlikte, gelişmiş arıtma teknolojilerinin kullanılmasıyla mikroplastiklerin giderilme oranlarının artırılabileceği umulmaktadır. Membran tabanlı teknolojiler, özellikle üçüncül arıtma sürecinde mikroplastiklerin etkin bir şekilde uzaklaştırılmasında büyük bir potansiyele sahiptir.

Ön ve Birincil Arıtma Giderimi

Sun ve ekip arkadaşları tarafından yapılan çalışmalara göre, ön arıtma ve birincil arıtma, atık sulardaki çoğu mikroplastiği büyük ölçüde azaltabilmektedir. Mikroplastiklerin, yaklaşık olarak %35-59’unun ön arıtma sırasında, %50-98’inin de birincil arıtma sonrasında toplanabileceği belirtilmiştir (Şekil 1).¹⁶

İkincil Arıtma Giderimi

İkincil arıtma genellikle biyolojik arıtma tankları ve çöktürme tanklarından oluşmaktadır. Bu arıtma süreci mikroplastiklerin daha da azaltılmasını ve genellikle %0,2 ile %14 arasında giderimini sağlamaktadır (Şekil 1).¹⁷ Ayrıca, ikincil arıtmada kullanılan Fe₂(SO4)₃ gibi topaklaştırıcı kimyasallar, mikroplastiklerin azaltılması üzerinde faydalı bir etkiye sahip olabilmektedir.

Üçüncül Arıtma Giderimi

Üçüncül arıtma, mikroplastiklerin giderilmesinde önemli bir katkı sağlamaktadır. Genellikle, üçüncül arıtma sonrasında, atık sulardaki mikroplastikler, girişe göre %0,2 ile %2 arasında azalmaktadır (Şekil 1).¹⁸ Mikroplastiklerin giderilme performansında en yüksek sonuçlar genellikle membran tabanlı teknolojiler tarafından sağlanmaktadır.

Farklı Üçüncül Arıtma Yöntemlerinin Giderim Verimlilikleri

Talvitie ve arkadaşları, ikincil arıtmadan çıkan atık su ile disk filtresi (DC), hızlı kum filtresi (RSF) ve çözünmüş hava flotasyonu (DAF) gibi çeşitli üçüncül arıtma süreçlerinin performansını, birincil arıtmadan çıkan su ile de membran biyoraktör (MBR)’ün performansını değerlendirmiştir. Çalışmada MBR’nin en yüksek giderim performansına sahip olduğu (%99,9), onu RSF (%97) ve DAF’ın (%95) takip ettiği gözlenmiştir. Disk filtresinin (DC) giderim performansı ise %40 ile %98,5 arasında değişmektedir.¹⁹

Ziajahromi ve arkadaşları ise, yaptıkları çalışmalar sonucunda, ultrafiltrasyon (UF) ve ters ozmoz (RO) sonrası mikroplastik konsantrasyonunun önemli ölçüde azaldığını tespit etmiştir. RO sistemini Avustralya’nın Melbourne şehrinde bir atık su arıtma tesisinde uygulayan araştırmacılar, bu sistem ile 25 µm’den büyük mikroplastiklerin %90,45’ini gidermiştir.²⁰

Bahse konu yeni teknolojiler umut verici olsalar da bunların verimliliğini, maliyet etkinliğini ve yaygın kullanım için ölçeklenebilirliğini optimize etmek için daha fazla araştırma ve geliştirme gerekmektedir. Ayrıca, plastik atıkların çevreye girişini azaltmak üzere, iyileştirilmiş atık yönetimi uygulamaları ve düzenlemeleri yoluyla kök nedenle mücadele etmek, mikroplastik kirliliğinin üstesinden gelmek için çok önemlidir.

Sonuç olarak, su ve atık sulardaki mikroplastiklerin varlığıyla başa çıkmak için yenilikçi arıtma teknolojilerini kapsamlı atık yönetimi stratejileriyle birleştiren çok yönlü bir yaklaşım gerekmektedir. Hem yerel hem de küresel düzeyde kararlı adımlarla mikroplastiklerin etkilerini hafifletmek ve su kaynaklarımızı korumak mümkündür.

Dipnotlar:
1) Şu adresten erişilebilir: https://mikroplastik.org/mikroplastik-nedir/ . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
2) Matthew Cole, P. L. (2011). Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. Şu adresten erişilebilir: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.09.025 . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
3) Matthew Cole, P. L. (2011), a.g.m.
4) Matthew Cole, P. L. (2011), a.g.m.
5) Şu adresten erişilebilir: https://mikroplastik.org/mikroplastiklerin-kaynaklari-nelerdir/ . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
6) Carsten Lassen, S. F. (2015). Microplastics – Occurrence, effects and sources of releases to the environment in Denmark. Copenhagen K: The Danish Environmental Protection Agency.
7) Mark Anthony Browne, P. C. (2011). Accumulation of Microplastic on Shorelines Woldwide: Sources and Sinks. Environmental Science and Technology. Şu adresten erişilebilir:  https://doi.org/10.1021/es201811s . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
8) Ziajahromi, S., Neale, P. A., Leusch, F. D. L., & Khan, S. J. (2016). Wastewater treatment plants as a pathway for microplastics: Development of a new approach to sample wastewater-based microplastics. Şu adresten erişilebilir: https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.01.042 . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
9) Rhodes, Christopher J. (2019). Plastic Pollution and Potential Solutions. Şu adresten erişilebilir:  https://doi.org/10.3184/003685018X15294876706211 . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
10) Joana Correia Prata, J. P.-S. (2018). Methods for sampling and detection of microplastics in water and sediment: A critical review. Şu adresten erişilebilir: https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.10.029 . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
11) Joana Correia Prata, J. P.-S. (2018), a.g.m.
12) Matthew Cole, P. L. (2011), a.g.m.
13) World Health Organization. (2019). Microplastics in drinking-water. Şu adresten erişilebilir:  https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/326499/9789241516198-eng.pdf . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
14) Gündoğdu, S., Çevik, C., Güzel, E., & Kilercioğlu, S. (2018). Microplastics in municipal wastewater treatment plants in Turkey: a comparison of the influent and secondary effluent concentrations. Şu adresten erişilebilir:  https://doi.org/10.1007/s10661-018-7010-y . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
15) Jing Sun, X. D.-J. (2019). Microplastics in wastewater treatment plants: Detection, occurrence and removal. Şu adresten erişilebilir: https://doi.org/10.1016/J.WATRES.2018.12.050 . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
16) Jing Sun, X. D.-J. (2019), a.g.m.
17) Jing Sun, X. D.-J. (2019), a.g.m.
18) Jing Sun, X. D.-J. (2019), a.g.m.
19) Julia Talvitie, M. H.-P. (2017). Solutions to microplastic pollution e Removal of microplastics from wastewater effluent with advanced wastewater treatment technologies. Şu adresten erişilebilir: https://doi.org/10.1016/J.WATRES.2017.07.005 . Son erişim tarihi: Mayıs 2024.
20) Shima Ziajahromi, P. A. (2017). Wastewater treatment plants as a pathway for microplastics: Development of a new approach to sample wastewater-based microplastics. ELSEVIER (DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.01.042), 1-29. Son erişim tarihi: Mayıs 2024.