A comparative examination of trihalomethane and N-nitrosodimethylamine formation

İçme sularındaki hastalık yapıcı mikroorganizmaların etkisiz hale getirilmesi için kullanılan dezenfeksiyon işlemi, kullanılan dezenfektana ve suda bulunan öncü maddelerin cinsine bağlı olarak farklı dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluşmasına yol açabilir. Ancak, DYÜ öncü maddeleri ile DYÜ arasındaki ilişki tam olarak ortaya konulmuş değildir. Bu bağlamda, bu tez iki farklı DYÜ olan N-nitrosodimetilamin ve Trihalometanlar'ı öncü maddelerinin bir içme suyu havzasında varlığının ve bu iki DYÜ'nün bir içme suyu arıtma tesisinde karşılaştırmalı olarak oluşmasının incelenmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bu DYÜ'lerin oluşumu farklı dezenfeksiyon yöntemleri kullanılarak laboratuvar ölçekli testlerde karşılaştırılmıştır. Büyükçekmece Gölü Havzası Trakya Yarımadası'nın güneyinde ve Marmara Denizi'nin yanında bulunmaktadır. Havza Silivri Büyükçekmece ve Çatalca yerleşim alanlarını da içermekte olup, bu yerleşimlerden Büyükçekmece İçme Suyu Arıtma Tesisi'nde oluşan DYÜ'lerine katkıda bulunan öncü maddelerin geldiği düşünülmektedir. Numuneler hem Büyükçekmece Gölü ve ona dökülen derelerden hem de içme suyu arıtma tesisinden alınmıştır. THM, NDMA ve bu DYÜ'lerin öncü maddelerinin ölçümlerinin yanı sıra birçok su kalite parametresi de ölçülerek DYÜ'leri ile ilişkisi incelenmiştir. Laboratuvar ölçekli testler Büyükçekmece gölünden alınan su numuneleri ve iki NDMA öncü maddesinin enjekte edildiği göl numuneleri ile gerçekleştirilmiştir. Testler, dezenfeksiyon metotları, dezenfektan konsantrasyonları ve farklı DYÜ öncü maddelerinin DYÜ'lerinin oluşmasına etkisini incelemek üzere gerçekleştirilmiştir. Nitrosaminlerin çoğu kanserojen, mutajen ve teratojen etki gösterir (Loeppky, 1994). Nitrosaminler içinde en zararlı olanlarından olan N-Nitrosodimetilamin çevrede en çok rastlanılan nitrosamin türüdür. NDMA US EPA tarafından 'kanserojen olması muhtemel' olarak sınıflandırılmış olmasına rağmen NDMA'nın çok yakın bir zamana kadar DYÜ olarak bilinmemesi çoğu ülkede NDMA için içme suyu standardının daha mevcut olmamasına yol açmıştır. NDMA ile ilgili yeni ortaya çıkan verilerden ve halk sağlığı ile ilgili endişelerden dolayı ABD'de Kaliforniya Eyaleti'nde aksiyon/önlem seviyesi olarak 10 ppt konulmuştur (CDPH, 2006; CDPH, 2008). NDMA ile ilgili yürürlükte olan standartların olduğu diğer bir ülke de Kanada olup 1992'de maksimum izin verilebilir konsantrasyon olarak 9 ng/L belirlenmiştir (OME, 2003). Ayrıca, Arizona'da Arizona Department of Environmental Quality NDMA'yı deşarj izinleri için izlenen parametreler listesine almıştır. Kronik olarak solunum ve sindirim yoluyla maruz kalma durumunda NDMA'nın karaciğer ve böbrek tümörlerini arttırdığı tespit edilmiş ve NDMA ile ilgili hayvanlar üzerinde yürütülen çalışmalarda NDMA'nın kanserojen olduğu ortaya konulmuştur (USEPA Technology Transfer Network, 2003). İnsan sağlığı üzerindeki etkileri ile ilgili yeterli veri bulunmamakla birlikte USEPA Integrated Risk Information Services 1/1000000 kanser riski yaratacak NDMA konsantrasyonunu 0,7 ng/L (USEPA, 2008) olarak; The Office of Environmental Health Hazard Assessment ise 0.002 ppb (2 ng/L) (OEHHA, 2006) olarak belirlemiştir. Bu da NDMA'nın eskiden kanserojen olduğu düşünülen kloroform gibi diğer DYÜ'den farklı olarak içme sularında bulunduğu konsantrasyonda tehlike yaratacağını ortaya koymaktadır (USEPA, 2008, Charrois ve diğ., 2007). Çeşitli epidemiyolojik çalışmalar sonunda içme suyunda bulunan DYÜ'lere maruz kalma sonucunda mesane kanserine yakalanma (Villanueva ve diğ., 2004) ya da üreme yolları ile ilgili hastalıkların (Nieuwenhuijsen ve diğ., 2000) riskinin arttığı ortaya konmuştur. NDMA'nın etki mekanizmasının araştırıldığı çalışmalarda da insanlarda ve kemirgenlerde NDMA'nın etki bölgesinin mesane olduğu belirlenmiştir (IARC, 1978; Shank ve Magee, 1981). Mesane kanseri ve DYÜ arasındaki ilişki ile NDMA'nın mesaneyi etkiliyor olması DYÜ ve kanser arasındaki ilişkinin incelenmesi açısından NDMA'yı THM ve HAA gibi diğer DYÜ'den daha ilginç kılmaktadır. NDMA'nın DYÜ olarak tanımlanması yeni olmasına rağmen (Mitch ve Sedlak, 2002a, Mitch ve diğ., 2003a), NDMA'nın peynir, soya yağı, et ürünleri ve konserve meyvalar gibi gıda maddelerinde ve bira gibi içeceklerde de bulunduğu bilinmektedir (Mitch ve diğ., 2003a). Ayrıca NDMA sıvı roket yakıtı olan 1 ,1-dimethylhydrazine üretiminde ve bazı endüstriyel proseslerde antioxidan, yumuşatıcı ya da plastikleştirici olarak da kullanılmaktadır. NDMA ayrıca bu maddeyi içeren bromacil, benazolin, 2 ,4-D, dicamba, MCPA, ve mecoprop gibi pestisitlerin kullanılması sonucunda çevreye yayılabilmektedir (WHO, 2002). Bu çalışmada havzadaki bazı derelerde yüksek konsantrasyonda DYÜ öncü maddelerinin varlığının tespiti doğal kaynaklara antrapojenik kaynaklı DYÜ öncü maddelerin karıştığını göstermektedir. Bu kaynaklar arıtılmamış evsel veya endüstriyel atıksu deşarjları olabileceği gibi yayılı kirliliğe neden olan tarımsal yüzeysel akış da olabilir. Bazı derelerin ciddi olarak kirlenmesine karşın her iki DYÜ öncü maddeleri de gölde yeterli derecede düşük konsantrasyondadır, bu nedenle DYÜ'lerinin klorlama yapan su arıtma tesisi çıkışındaki konsantrasyonu önemli miktarda değildir. Yine de, laboratuvar ölçekli çalışmalarda incelendiği gibi, düşük konsantrasyonlarda dahi olsa DYÜ öncü maddelerinin varlığı kloraminleme yapılması durumunda NDMA oluşumuna neden olabilir. Laboratuvar ölçekli testlerde göl suyunda kısa temas süresinde (2 saat) NDMA oluşumu gözlenmemiştir. Özellikle klorlama ve kademeli kloraminlemede NDMA konsantrasyonu, yüksek (10 mg/L) ve çok yüksek (100 mg/L) dezenfektan konsantrasyonlarında bile düşük ölçülmüştür. THM oluşumu klorlama ve kademeli kloraminleme denemelerinde gözlenmiş olmakla birlikte, konsantrasyonu azami izin verilebilir konsantrasyon değerinin altında kalmıştır. Ranitidin ile yürütülen deneyler özellikle dağıtım sisteminde kloraminleme kullanılıyorsa, çok düşük konsantrasyonlarda bile NDMA öncü maddelerinin varlığının NDMA oluşumuna önemli ölçüde katkıda bulunabileceğini göstermiştir. Ayrıca NDMA öncü maddesinin yapısına bağlı olarak klorlama sırasında yüksek konsantrasyonda THM oluşumu da gözlenmektedir. Çalışmanın önemli sonuçlarından bir tanesi TOK ve DYÜ'leri arasındaki ilişkinin incelenmesidir. Göl suyunun TOK değeri 6 mg/L iken DMA'nin TOK değeri oldukça düşüktür 0.52 mg/L. Sonuçlar göstermiştir ki TOK değerinin % 8 .7'sini oluşturan DMA'in THM oluşumuna katkısı % 1 .5'dur. Bu sonuç DMA öncü maddesinin halihazırda göl suyunda bulunan doğal organik maddelerden farklı davranmadığını göstermektedir. Ranitidine TOK değeri 1.7 E-4 mg/L olup, THM oluşumuna katkısı % 23'tür. Demek oluyor ki THM'in %77'si 6 mg/L TOK değerinden oluşuyorken, %23'ü yalnızca 1.7 E-4 mg/L gibi çok düşük bir TOK değerinden oluşmaktadır. Böyle düşük bir TOK değerinin yüksek mertebede THM oluştuğunu göstermesi ranitidine maddesi hakkında daha çok bilgi vermiştir. Ranitidine sadece NMDA öncü maddesi değil aynı zamanda THM öncü maddesidir. Literatürde THM ve ranitidine, DMA arasında bir dönüşüm oranı bulunmamakla birlikte, çalışma sonucunda elde ettiğimiz dönüşüm oranları DMA için 147 mol THM/mol DMA iken ranitidine için 11765 mol THM/mol ranitidine'dir. NDMA dönüşüm oranları literatürde belirtilmiştir; DMA dönüşüm oranı % 0.76 iken ranitidine dönüşüm oranı % 62'dir. Bu değerlere karşılık olarak çalışma sonucunda elde edilen dönüşüm oranlar DMA için % 14 iken, ranitidine için % 57'dir. Kloraminleme şu an Türkiye'de kullanılmamakla birlikte, ileride içme suyu arıtma tesislerinde kloraminleme uygulanmasının irdelenmesi açısından bu çalışma önem taşımaktadır. THM konsantrasyonları her ne kadar mevcut standartların altında kalıyorsa da azami izin verilebilir konsantrasyonun düşürülmesi durumunda kloraminleme alternatif bir metot olabilir. Bununla ilgili karşılaşılması muhtemel tek problem düşük konsantrasyonda bulunan NDMA öncü maddelerinin varlığıdır. Ancak, en iyi yönetim uygulamaları ve daha iyi bir havza koruma planı uygulanması durumunda olası antropojenik NDMA öncü maddesi kaynaklarının giderilmesi mümkün olup, doğal organik maddelerin kloraminlenmesi sonucunda oluşan NDMA konsantrasyonunun da halk sağlığını etkileyecek düzeylerde olmayacağı tahmin edilmektedir.