Dünyada ve Ülkemizde Su Hakkında Bilinmesi Gereken Önemli Veriler

Semih Rüstem ÇALAPKULU

Makina Mühendisi

Kuzu Grup

Kullanma suyu temini önümüzdeki yüzyılın en büyük sorunu olacağı aşikardır. Gelişmiş toplumlarda “Sürdürülebilir Kentsel Su Yönetimi Araştırma Programları” ile ilgili ciddi çalışmalar yapılırken, Türkiye’mizde maalesef yeterli çalışmalar ve planlamalar yoktur.

%71 yeryüzü yüzeyinden; %97,5’ü deniz suyu ve %2,5 ‘u temiz sudur.

Dünyada her insan için ortalama yılda; 1,4 milyon litre su harcanıyor. Bu su miktarının %90’dan fazlasının ise tek başına gıda üretimi için yapılan tarım çalışmaları oluşturuyor.

Örneğin 1 kilogram kırmızı et üretilirken; 15 bin 455 litre su, 3,6 kilogram buğday ve 36 kilogram da kaba yem gerekiyor. Geleneksel tarım içerisinde yine bitkilerin büyümesi için de su kullanılmak zorunda.

Giysilerde kullanılan pamuktan temizlik için harcanan suya, fabrika soğutma sistemlerinden otellerdeki havuzlara kadar birçok alanda su olmazsa olmazlardandır.

Dünya’nın yaklaşık dörtte üçü su olmasına rağmen, içme ve kullanıma uygun tatlı su kaynakları oldukça kısıtlıdır. Dünya’nın toplam tatlı su kapasitesi yaklaşık 35 milyon km³(Kilometreküp) (Dünya’nın toplam su kapasitesinin %2,5’i) olup bunun sadece 105 bin km³(Kilometreküp) ^‘ü (%0,3’ü) doğal çevre ve insan kullanım ihtiyaçlarına elverişli tatlı su kaynaklarıdır.

Diğer tatlı su kaynakları ise kutuplarda ve yer altında kullanımı çok kısıtlıdır. Mevcut kullanılabilir tatlı su kaynakları (%0,3); Kuraklık, iklim değişikliği, sanayileşme, artan nüfus yoğunluğu, plansız şehirleşme gibi nedenlerle gün geçtikçe azalmaktadır. Su kaynaklarındaki yetersizlikler, sürekli artan su ihtiyacı, içme ve kullanma suyu temini için alternatif su üretme yöntemlerinin uygulanmasına neden olmuştur

Okyanuslarda ve denizlerde bulunan suyun geri kalanı, tuzluluk seviyesinden dolayı içilebilir değildir. Tuzdan arındırma çok fazla enerji gerektirir. Tuzdan arındırma maliyeti enerji maliyetine bağlı kalmaya devam ettiği sürece, bu teknolojiler kendilerine en çok ihtiyaç duyan, enerji açlığı olan, gelişmekte olan dünyanın çoğuna yardımcı olmaz. Tuzdan arındırmada, sadece enerji yoğunluğu haricinde ayrıca geride bıraktığı toksik çamur sorunu da var. 

İçme ve ev kullanımı için olduğu kadar, ayrıca ticari ve endüstriyel işlemlerde de için yeterli miktarda suya erişim sağlık ve refah için kritik öneme sahiptir. Dünya nüfusunun büyümesiyle sınırlı miktarda tatlı suyun mevcudiyeti azalmaktadır. 

Türkiye’miz, toplam yüz ölçümü 783.562 km² ‘dir ve üç tarafı denizler ile çevrili bir ülkedir. Türkiye,  su kaynakları açısından zengin bir ülke değildir. Türkiye ılıman, yarı-kurak ve sıcaklıklarda aşırılıkların olduğu bir iklim kuşağındadır.

Türkiye’de yapılan çalışmalara göre tatlı su kaynakları sınırlı ve gelecek için yapılan tahminlere göre su kıtlığı tehlikesi ile karşılaşması beklenmektedir. Türkiye’de yıllık ortalama yağış miktarı 643 mm olarak hesaplanmakta olup, bu miktar dünya ortalamasının (800 mm) aşağısında olduğu görülmektedir.

Ülkemizde toplam tüketilen su miktarı her yıl artmaktadır ve önümüzdeki yıllarda artışın devam edeceği tahmin edilmektedir. 2023 yılı Türkiye tatlı su tüketimi tahminlerine göre, mevcut tatlı su kapasitesinin tamamını kullanması beklenmektedir.

Ayrıca Türkiye’nin 25 havzasında birçok nedenlerden dolayı su kıtlığı sınırına yaklaşılmıştır. Türkiye’nin mevcut su durumu ve tahminlere göre, su temininde ciddi sorunlar oluştuğu ve alternatif su temin yöntemlerini uygulama çalışmalarına başlamıştır.

Türkiye’de yıllık ortalama yağış miktarı 643 mm’dir. Türkiye için bu yağış miktarı, yılda ortalama 501 milyar m³ suya karşılık gelmektedir. Yağışlarla gelen suyun 158 milyar m³’ü yüzey suyu olarak akarsulara ve göllere katılmaktadır.

Ekonomik ve teknik şartlar dikkate alındığında ise kullanılabilir su miktarı yıllık 112 milyar m³‘tür.

Özellikle su kıtlığı yaşanan, denize kıyısı olan bölgelerde deniz suyundan içme ve kullanma suyu temin edilebilir durumdadır.

Tahmin edilen miktar mevcut kullanılabilir su potansiyelinin %40 fazla olduğu görülmektedir. Su kaynaklarını etkileyen diğer faktörler de dikkate alındığında, 2030 yılına kadar gerekli önlemler alınmazsa içme ve kullanma suyu kaynakları yeterli olmayacaktır.

Dünya 2021 yılı nüfusu 7,8 milyar olarak açıklanmıştır. 2030 yılı Dünya nüfusu 8,6 milyar kişi olacağı tahmin edilmektedir. Artan nüfusun yaklaşık %60’ının kentlerde yaşayacağı tahmin edilmektedir. Bu durum mevcut tatlı su kaynaklarının miktarını ve kalitesini ve sağlıklı temin edilmesini zorlaştıracaktı.

Gıda, su ve enerji ihtiyaçları nüfus ve tüketimin artışlarının etkisiyle 2030 yılına kadar %50 artması beklenmektedir.

BM’nin (Birleşmiş Milletler) Dünya Nüfus Tahminleri Raporu’na göre, dünya genelinde 2040 yılında 9,3 milyara, 2050 yılında 9,8 milyara ve 2100 yılında 11,2 milyara ulaşacaktır.

İklim değişikliği sonucu oluşacak olumsuz durumlar bu kaynakların mevcut potansiyellerini daha da azaltacaktır. İklim değişikliği tahminlerinde genel olarak, hava değişimlerinin keskin olacağı, yağışların ve kuraklıkların artacağı beklenilmektedir. Kuraklıkların beklendiği yerlerde, Ortadoğu, Kuzey Afrika ve Güney Avrupa başta gelmektedir. Bu durumlar su kıtlığının daha da artacağının habercisidir. Özellikle Ortadoğu, Kuzey Afrika ve Güney Avrupa çevrelerinde alternatif su kaynakları üzerinde ciddi ve pahalı çalışmalar yapılmaktadır.

Deniz Suyu Özellikleri ve İçme Suyu Kalitesi Bakımından Tuzlu Su; içme suyu temini dünyanın giderek büyüyen bir sorunu olup, su sıkıntısının giderilmesinde kullanılan çeşitli yollar mevcuttur. Bunlar, tutumlu ve ölçülü bir su sarfiyatı, yağmur sularının biriktirilip kullanıma sunulması, su fazlası olan bölgelerden su kıtlığı çekilen bölgelere su naklinin sağlanması, deniz suyu veya az tuzlu yer altı sularının tuzlarının çeşitli metotlarla giderilmesi olarak sayılabilir. Gerek yaşamın ve gerekse kalkınmanın vazgeçilmez bir girdisi olan suyun kirletilmesinin ve gereksiz sarfiyatının önüne geçilmesi şarttır.

Böbrekler, idrarı deniz suyundaki tuzu vücuttan etkisiz hale getiremiyor ve içtiğiniz bir bardak sudaki tuzu atmak için bir bardaktan daha fazla idrar üretmeniz gerekiyor. Bu durumun çözümü desalinasyon, yani tuzdan arındırma. Bu işlem deniz suyunu tuzdan arındırarak içilebilir hale getiriyor ve bunun için de ya çok kademeli şok denen kaynatma tekniği ya da ters ozmos adlı filtreleme yöntemini kullanıyor.

Eski çağ denizlerinden ve yağmurlarından oluştuğu belirtilen fosil su rezervlerinin çıkarılarak dünya üzerinde yaşanan su sıkıntısına çözüm getirme fikri ise henüz bir tartışma ve araştırma konusudur. Magmaya çok yakın bölgelerdeki bu rezervlerin yüksek mineral içeriğinden dolayı, bu suların içilebilir hale getirilmesi için yüksek maliyetli tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durum ise fosil su rezervlerinin cazibesini azaltmaktadır. Buz dağlarının yük gemileri ile kutup bölgelerinden kurak bölgelere taşınması yoluyla su temini ise taşıma maliyetleri nedeniyle günümüzde olabilir görünmemektedir.

Deniz suyundan tatlı su elde edilmesi yüksek maliyetlere ihtiyaç duyduğu için, kullanılacak tekniğin fizibilite etüdünün ayrıntılı olarak yapılması gereklidir. Denizden denize tuz içeriği büyük ölçüde farklılıklar gösterir. Denizlere olan tatlı su akışına bağlı olarak tuz içeriği yüksek ya da az olabilmektedir. Karadeniz; Marmara, Ege ve Akdeniz’e göre daha az tuzlu bir denizdir. Bu, düşük tuzluluk oranlarında, Karadeniz’e dökülen Tuna, Bug, Dinyester, Dinyeper, Don, Kızılırmak gibi büyük akarsuların önemli payı vardır. İstanbul ve Çanakkale boğazları aracılığıyla Karadeniz ile Ege Denizi arasında su alışverişi sağlayan Marmara Denizi’nin yüzey suları Ege ve Akdeniz’e göre daha az Karadeniz’e göre ise daha tuzludur. 15-20 m derinlikte yüzey katmanında %2,2 olan tuzluluk oranı, 30 m’de %3,7’ye, 150 m’de ise %3,85’e ulaşmaktadır.  Ege Denizi’nin Karadeniz ve Marmara’dan daha tuzlu olmasının nedeni, Karadeniz ve Marmara’dan gelen yüzey sularının Ege Denizi’nde saatte 2 km’yi aşan bir üst akıntı oluşturmasıdır. Bu üst akıntı Yunanistan kıyılarını izleyerek güneyde Akdeniz’e ulaşır.

Ülkelere göre tatlı su çekimi ve kullanımı

Deniz suyunda 100’den fazla elementin varlığı belirlenmişse de bunların en önemlileri Çizelge3.1.’de verilmiştir.

Tuzdan suyu ayırmak için damıtma, membran ve kimyasal prosesler olmak üzere üç temel proses bulunmaktadır.

1-Damıtma Prosesleri:

Suyun (gaz ya da katı) hal değişimi özelliğini kullanarak değişen fazını ayırmak için termal araç kullanılan proseslerdir. Amaç, fiziksel olarak tuz çözeltisinden suyu buharlaştırarak ayırmak ve daha sonra tekrar sıvı forma dönüştürerek toplamaktır. Bu sistemler için termal enerji ya da güneş enerjisi kullanılmaktadır. 80’lerden önce damıtma tuzsuzlaştırması (DT) deniz suyu arıtımı için en popüler yöntem olmuştur. Ticari olarak kullanılan ilk deniz suyu arıtma prosesleri olmasının yanında dünyada deniz suyu arıtım proseslerinin %65’lik kısmını halen bu prosesler kullanılarak yapılmaktadır. Termal kısmına ek olarak damıtma prosesleri sık sık daha düşük sıcaklıklarda da buharlaştırmayı arttırmak için vakum uygulamasıyla birleştirilmiştir.

. Çok işlemli damıtma (multiple-effect distillation) 

. Çok kademeli şok damıtma (multi-stage flash distillation)

. Mekanik buhar sıkıştırma (mechanical vapour compression)

. Güneşle damıtma (solar distillation) 

2-Membran Prosesler:

Membran prosesler, fiziksel olarak bileşenlerin ayrılmasında membran sisteminin kullanıldığı proseslerdir. Deniz suyu arıtımında en çok kullanılan iki membran prosesi ters ozmos ve elektrodiyalizdir. Ayrıca membran distilasyon (MD) prosesi de kullanılmaktadır.  Ters ozmos yönteminde, suyun basınç altında tutulmasıyla açığa çıkan kimyasal potansiyel eğilimiyle çözünen madde membran boyunca geçer ve sudan fiziksel ayrımı gerçekleşir. Elektrodiyalizde, çözeltide iyonlar bir elektriksel alana karşılık anyon ve katyon seçici membranlar boyunca hareket ederler. Akış boyunca sudan çözünmüş iyonları ayırmak ve toplamak için bir elektriksel alan kullanılmaktadır. Her iki proses de büyük ölçekte ticarileştirilmiştir

. Ters Ozmos (Reverse Osmosis – RO)

. Elektrodiyaliz (Electrodialysis-ED)

. Membran Distilasyonu (Membran distillation- MD)

Uluslararası Desalinasyon Birliği’ne göre dünyada şu an 18.000’den fazla desalinasyon tesisi var ve bunlar her gün 150’den fazla ülkede 300 milyon insana 860 milyar litreden fazla su sağlıyor.

Ters Osmoz Nedir? Osmoz suyun az yoğun ortamdan çok yoğun ortama emilme sürecidir. Ters osmoz ise bu sürecin basınçla tersine döndürülerek çok yoğun ortamdan temiz su ayrıştırmak için kullanılır. Tamamıyla doğal, fiziksel bir yöntemdir. Isı, ışın veya kimyasal kullanılmaz.

Bir ters ozmos sistemi aşağıdaki ana bileşenlere sahiptir:

• Ön Arıtma

• Yüksek Basınç Pompası 

• Membran Sistemi 

• Son Arıtma

1-Kimyasal Prosesler:

Bu kategori damıtma ve membran proseslerinden daha değişkendir ve iyon değiştirme, sıvı-sıvı ekstraksiyonu veya diğer arıtım tasarımlarını kapsamaktadır. Tuzsuzlaştırma için damıtmanın ve membran proseslerinin verilen süresi kimyasal prosesler veya kimyasal ve diğer proseslerle birlikle bir hibrit sistem tanımıyla hemen hemen alışılmışın dışındadır.

Genel olarak, kimyasal prosesleri tatlı suyun üretimi için uygulamak oldukça pahalı bulunmuştur. Ancak kimyasal proseslerden biri olan iyon değiştirme özel uygulamalar için yüksek saflıkta de-iyonize su üretmek için kullanan özel bir prosestir. Bunun yanı sıra, iyon değiştirme çözünmüş katı madde miktarı yüksek olan sular için de pratik olmayan bir prosestir. Ancak deniz suyundan bor uzaklaştırmak için kullanılan en uygun teknoloji olduğu yapılan çalışmalarla desteklenmiştir. Aynı zamanda içme suyu kalitesinde deniz suyunun tuzluluğunu azaltmak için gerekli olan ters ozmos proses ile de birleştirilebilmektedir.

İdeal içme suyu nasıl olmalıdır?

İdeal içme suyu 0-50ppm’dir. 170ppm’e kadar olan sular kabul edilebilir düzey sayılırken, 170ppm’den daha fazla değeri olan su sert su diye tabir edilir.

Dünya içme suyu standartlarına göre içme suyu TDS değeri en fazla 500ppm olabilir.

500ppm üzerindeki su içilebilme özelliğini yitirmiştir.

Yine dünya standartlarına bakıldığında ortalama çeşme suyu değerleri 150ppm ile 400ppm arasında değişiklik göstermektedir.

Ters Osmoz cihazları ile arıtılan su ise; Giriş suyu değerlerine bağlı olarak 10ppm ila 18ppm gibi ideal değerlere sahiptir.

Dikkat edilmesi gereken bilgiler;

Yaşamımızın kaynağı olan suyun; Birleşmiş Milletler Genel Kurulu’ 1993’te 22 Mart’ı Dünya Su günü olarak kabul etti.  Birleşmiş Milletler ve üye ülkeler, dünyadaki su kaynakları ile ilgili somut çalışmaları ödüllendirmek ve Birleşmiş Milletler tavsiyelerini uygulamaya ayırmışlardır. Her yıl Birleşmiş Milletlerin su alanında çalışmalar yapan farklı bir kuruluşu Dünya Su Günü’nde yapılacak uluslararası etkinlikleri destekleyip koordine etmektedir. UN-Water, kurulduğu yıl olan 2003’ten bu yana Dünya Su Günü etkinliklerine öncülük edecek BM kuruluşunu, etkinlik konusunu ve verilecek mesajları belirleme sorumluluğunu üstlenmektedir.

• Yetişkin bir insan yılda ortalama 1,000 litre su tüketir.
• Damlayan bir musluk, 1 yılda ortalama 11.000 litre su kaybına neden olur.
• Dünyada kirli su nedeniyle her saat başı 200 çocuk ölüyor.
• Anne karnındaki bir fetüsün %95’ini su oluşturur. Doğumdan sonraki bebeklik döneminde ise bu oran %77 iken, yetişkinlik döneminde ortalama 70 kilo olan bir insanın vücudundaki su miktarı 42 litredir.
• Kemiklerinizin de %31’i sudan oluşmaktadır.
• Pamuklu bir tişörtün üretilebilmesi için gerekli olan pamuğu yetiştirmek için kullanılan su miktarı ortalama 10.000 litredir.
• Dünya üzerindeki donuk halde olmayan suyun %20’si tek bir yerde toplanmıştır: Rusya’da bulunan Baykal Gölü’dür. 25 milyon yaşındadır. Rusya, gölün araştırılması için göle özel denizaltı yapmıştır. Derinliği 1,5 km’dir. Gölde sadece buraya özel endemik balık türleri yaşamaktadır. Göl, kendine özgü bir ekosistem oluşturmuştur.
• Dünya nüfusunun %85’i, yerkürenin en kurak bölgelerinde yaşamını sürdürmeye çalışmaktadır.

İyi bir içme suyunun 11 özelliği:

• Hastalık yapıcı mikroorganizmalar içermemelidir.
• Kokusuz, renksiz, berrak ve içimi hoş olmalıdır.
• Sularda fenoller, yağlar gibi suya kötü koku ve tat veren maddeler bulunmamalıdır.
• Yeterli derecede yumuşak olmalıdır.
• Hidrojen sülfür, demir ve mangan gibi elementleri ihtiva etmemelidir.
• Suda sağlığa zararlı kimyasal maddeler bulunmamalıdır. Bazı kimyasal maddeler zehirli etki yapabilir; arsenik, kadmiyum, krom, selenyum, kurşun, cıva gibi. Bunun yanında baryum, nitrat, florür, radyoaktif maddeler, amonyum, klorür gibi maddeler sınır değerlerinin üzerinde sağlığa olumsuz etkileri olan maddelerdir.
• Nitrit, amonyak bulunmamalıdır. Bunlar, suyun organik maddelerle kirlendiğini gösterir. Nitrat ise kirlenmenin aşırı düzeylere yükseldiğini gösterir. Bu maddelerin içme suyunda bulunmaları tehlikelidir. Hele çocuklar için daha tehlikelidir.
• Suda 200 miligramdan fazla klorür bulunması kirlenme işareti sayılabilir.
• Flour 1 litrede 1 miligramdan az, 2 miligramdan fazla olmamalıdır.
• Demir 1 litrede 1-2 miligram bulunmalıdır.
• Suya sertlik veren en önemli maddeler kalsiyum, magnezyum ve klorür bileşikleridir.

ÖZETLE; 

Önümüzdeki yüzyıllar insanlık adına üç ana konu çok daha önemli olacağı aşikar; 

1. Kullanma suyu,
2. 2- Gıda,
3. 3- Enerji

Ana konusu kullanmasuyu; hızla artan nüfus, su kirliliği ve çölleşme tarafından yüksek kaliteli su kaynaklarının tüketimi, artan ihtiyacın başlıca nedenleri olmaktadır.

Su tüketim kontrolü, korunması, dağıtımı ve depolanmasının iyileştirilmesi, arazi iyileştirme, arıtma ve yeniden kullanma, daha az su kullanan ürün vermek, yeni kaynakları kullanmaya başlamak gibi konuları kapsayan su probleminin pek çok çözümü vardır.

Üç tarafı denizlerle çevrili ülkemizde; deniz suyundan tatlı su elde etmek için kullanılan tuzsuzlaştırma teknolojileri ülkemizin önümüzdeki yıllar için olmazsa olmazdır. Bu konuyu şimdiden üzerine düşerek, gerekli bilimsel çalışmaları da yürütmek gerekmektedir.

( Magic Mechanic Meetings^© yazı dizisi devam edecek… )

Kaynaklar;

• Su Araştırmaları Vakfı (2006) Güncel Bilginin Gözden Geçirilmesi: Su Temini Tuzdan Arındırma . Marlow, İngiltere.
• TÜRKİYE’DE DENİZ SUYUNDAN İÇME SUYU ÜRETİMİNİN MALİYET DEĞERLENDİRMESİ (Hazırlayan: Yusuf BAŞARAN, Tez Danışmanı: Prof.Dr. Mehmet ÇAKMAKCI)
• Boyson, JE, Harju, JA, Rousseau, C., Solc, J. ve Stepan, DJ (1999) Grand Dakotalara Su Sağlamak İçin Kuzey Dakota Akiferinden Yeraltı Suyunun Tuzdan Arındırılması İçin Doğal Donma-Çözülme Sürecinin Değerlendirilmesi, Kuzey Dakota. ABD Islah Su Arıtma Teknolojileri Programı Bürosu Rapor No. 23 .
• Desalination.com (2012). Hangi teknolojiler kullanılıyor? .
• DHV Water BV, Hollanda ve BRL Ingénierie (2004) Orta Doğu, Kuzey Afrika ve Orta Asya’da Deniz Suyu ve Acı Su Tuzdan Arındırma: Altı Ülkede Kilit Sorunların ve Deneyimlerin İncelenmesi . Dünya Bankası Raporu.
• Filtreler Fast LLC (2005). “Su filtrasyonu için basit bir rehber.”
• İyi bir içme suyu https://www.sozcu.com.tr/hayatim/yasam-haberleri/bugun-dunya-su-gunu-22-mart-dunya-su-gunu-nedir/