Çamaşır yıkama sularında oluşan mikroplastiklerin ve yüzey aktif maddelerin belirlenmesi ve su arıtımı
Determination of microplastics and surfactants occurring in laundry wastewaters and water treatment
Yazar: ZUHAL ÇETİNKAYA ATEŞÇİ
Danışman: DOÇ. DR. HATİCE İNAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Su ekosistemlerinin devamlılığı, deşarj edilen kirleticilerin etkin bir biçimde yönetilmesini gerektirir. Bu kirleticiler içerisinde, son yıllarda tüketim miktarlarındaki artış ve çevreye olan olumsuz etkileri nedeniyle mikroplastikler (MP), özellikle dikkat çekmektedir. Bu çalışma, sentetik giysi kullanımlarının artışı ile evsel çamaşır yıkama sularından suya salınan mikroplastik/nanoplastik lifler ve ayrıca anyonik yüzey aktif maddelerin karakterizasyonunu ve bu bileşenlerin yıkama sularından filtrasyon, adsorpsiyon ve UV oksidasyon prosesleri ile arıtımını araştırmayı hedeflemiştir. 
Deterjan varlığında, sentetik giysilerle ve her ikisinin bir arada kullanıldığı çeşitli yıkama senaryoları ile elde edilen su matrisleri ile çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneylerde, filtrasyon işleminin suyun kalitesindeki değişimi anlamak için 0.45 µm filtre ile tek süzme ve yıkama sularındaki partiküllerin dağılımı anlayabilmek için de 60, 5, 0.1 µm'lik filtrelerle sıralı süzme işlemleri gerçekleştirilmiştir. 0,1 µm'lik filtre ile gerçekleştirilen filtrasyon işlemiyle nano boyutu temsil edecek su numuneleri elde edilmiştir. Filtrasyon prosesi analizleri, filtrasyon sürecinin mikroplastik/nanoplastik lif (MPL/NPL) ve anyonik yüzey aktif madde (ANS) için etkili bir arıtım yöntemi olduğunu göstermiştir. Yıkamada deterjan kullanımının mikroplastik lif salınımını arttırıcı rol oynadığı belirlenmiştir.
Toz aktif karbon (PAC) adsorpsiyon deneyleri, nanoplastik liflerin mikroplastik liflerden daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu ve deterjanın da bu kapasiteyi arttırıcı etkisi olduğu ortaya koymuştur. Distile ve çeşme suyu kullanılarak yürütülen deneyler, suyun iyonik kompozisyonunun da adsorpsiyon kapasitesini artırdığını göstermiştir. Fotoliz (UV) ve fotokataliz (UV/H2O2, UV/TiO2, UV/H2O2/TiO2) kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalarda, en kompleks su matrisi olan deterjan ve MPL ve NPL'nin olduğu (ÇÇD) yıkama suyuna UV/H2O2 ileri oksidasyon prosesi uygulandığında en yüksek %48 TOK ve %77 ANS giderim verimlerine ulaşılmıştır. Aynı prosesin ham ve 0,1 µm süzüntü ÇÇD yıkama suyu deneylerinde TOK giderim veriminde %48'den %89'a yaklaşık %40'lık bir artış gözlenmiştir. UV prosesi organik moleküllerin daha kolay parçalanmasını sağlayarak proses sonrasında PAC adsorpsiyonu daha fazla kirleticinin adsorplanmasına olanak sağlamıştır.
Daphnia magna kullanılarak gerçekleştirilen akut toksisite deneylerinde başlangıçta hafif toksik özellik gösteren yıkama sularının UV/H2O2/PAC arıtma sonrası toksisitesini en düşük değerde olmasını sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Sustainability of aquatic ecosystems requires effective management of discharged pollutants. Among these pollutants, microplastics (MPs) have attracted particular attention in recent years due to their increasing consumption and negative impacts on the environment. This study aimed to investigate the characterization of microplastic/nanoplastic fibers and anionic surfactants released into water from domestic laundry wastewaters due to the increasing use of synthetic clothing and the treatment of these compounds from laundry wastewaters by filtration, adsorption and UV oxidation processes. 
Studies were carried out with water matrices obtained in the presence of detergent, with synthetic garments and with a combination of both in various washing scenarios. In the experiments, single filtration with a 0.45 µm filter was performed to examine the change in wastewater quality due to filtration and sequential filtration with 60, 5, 0.1 µm filters to determine the distribution of particles in the laundry wastewater. The filtration process with 0.1 µm filter resulted in water samples representative of the nano size. The filtration process analysis showed that the filtration process is an effective treatment method for microplastic/nanoplastic fiber (MPL/NPL) and anionic surfactant (ANS). The use of detergent in laundry washing was found to play a role in increasing microfiber release.
Powdered activated carbon (PAC) adsorption experiments revealed that nanofibers have a higher adsorption capacity than microfibers and detergent have an enhancing effect on this capacity. Experiments using distilled and tap water showed that the ionic composition of the water also increased the adsorption capacity. In the studies carried out using photolysis (UV) and photocatalysis (UV/H2O2, UV/TiO2, UV/H2O2/TiO2), 48% TOC and 77% ANS removal efficiencies were obtained when UV/H2O2 advanced oxidation process was applied to laundry wastewater containing detergent, microplastic fiber and nanoplastic fiber, the most complex matrix. In the raw and 0.1 µm filtrate laundry wastewater experiments of the same process, an increase of approximately 40% in TOC removal efficiency from 48% to 89% was observed compared to the raw sample.  The UV process provided easier degradation of organic molecules and PAC adsorption was able to adsorb more pollutants after the UV process. In acute toxicity experiments using Daphnia magna, it was determined that the laundry wastewater, which initially showed mild toxicity, had the lowest toxicity after UV/H2O2 /PAC treatment.