Saflaştırılmış Su

Saflaştırılmış su; mekanik olarak filtrelenmiş, damıtılmış veya başka bir şekilde işlenerek kimyasallar, mikroorganizmalar ve çözünmüş katılar gibi safsızlıklardan arındırılmış, böylece farmasötik üretim, laboratuvar kullanımı ve şişelenmiş içme suyu dahil olmak üzere yüksek saflık gerektiren uygulamalar için uygun hale getirilmiş sudur.^[1]^[2] Bu işlem tipik olarak, mineraller ve kirleticileri daha yüksek seviyelerde içerebilen normal musluk suyundan ayıran, milyonda 10 parça (ppm) veya daha az ile sınırlandırılmış toplam çözünmüş katılara sahip su ile sonuçlanır.^[2]

Saflaştırılmış su için yaygın üretim yöntemleri arasında; iyonları ve partikülleri dışlamak için suyu yarı geçirgen bir membran boyunca zorlayan ters osmoz, saf buharı safsızlıklardan ayırmak için kaynatma ve yoğunlaştırmayı içeren damıtma (distilasyon) ve yüklü partikülleri gidermek için iyon değiştirici reçineler kullanan deiyonizasyon yer alır.^[3] Bu süreçler genellikle, nihai ürünün katı kalite kriterlerini karşılamasını sağlamak amacıyla organik bileşikleri hedefleyen aktif karbon filtrasyonu ve tortu giderme gibi ön arıtma adımlarıyla birleştirilir.^[1] Farmasötik bağlamlarda, saflaştırılmış su sistemleri, mikrobiyal büyümeyi kontrol etmek ve yeniden kontaminasyonu önlemek için 65–80°C’de sıcak su sirkülasyonu gibi sanitizasyon özellikleri içermelidir.^[4]

Saflaştırılmış su standartları uygulamaya göre değişiklik gösterir ancak güvenlik ve etkinliği sağlamak için yetkili kurumlar tarafından titizlikle tanımlanmıştır. Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi (USP), saflaştırılmış suyun, 500 µg/L’nin altındaki toplam organik karbon (TOC) ve belirlenmiş protokollere göre ölçülen iletkenlik dahil olmak üzere kimyasal saflık sınırlarına uyması gerektiğini belirtir; mutlak mikrobiyal sınırlar bulunmamakla birlikte, kullanıma uygunsuzluğu belirtmek için mililitre başına 100 koloni oluşturan birim (cfu) seviyesinde eylem sınırları önerir.^[4] Şişelenmiş sular için, ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), saflaştırılmış suyun kirleticiler için Çevre Koruma Ajansı (EPA) standartlarını karşılamasını veya aşmasını gerektirir; şişeleyiciler için haftalık mikrobiyolojik testler ve yıllık kimyasal analizler zorunludur.^[2] Dünya Sağlık Örgütü (WHO), pürüzsüz yüzeylere sahip 316L paslanmaz çelik gibi malzemeler kullanan onaylanmış depolama ve dağıtım sistemleri aracılığıyla mikrobiyal çoğalmadan korunmayı vurgulayarak farmakope yönergeleriyle uyum sağlar.^[3]

Saflaştırılmış su, parenteral olmayan farmasötiklerin hazırlanmasında yardımcı madde olarak kullanıldığı veya analitik laboratuvarlarda reaktif seyreltme gibi eser miktardaki safsızlıkların bile ürün kalitesini veya güvenliğini tehlikeye atabileceği endüstrilerde kritik bir rol oynar.^[1] Damıtma ve daha katı mikrobiyal sınırlar (10 cfu/100 mL) gibi ek sterilite önlemleri gerektiren enjeksiyonluk sudan (WFI) farklı olarak, saflaştırılmış su parenteral ilaçlar için uygun değildir ancak daha geniş steril olmayan uygulamalar için gereklidir.^[4] Üretimi ve izlenmesi, küresel olarak iyi üretim uygulamalarının (GMP) temel taşı olan su sistemlerinin validasyonu ile saflığı pratik uygulanabilirlikle dengeleme çabalarını vurgular.^[3]

Giriş

Tanım ve Standartlar

Saflaştırılmış su, safsızlıkları ve kirleticileri gidermek için uygun mekanik, kimyasal veya diğer işlemlerle elde edilen, birincil içme suyu yönetmeliklerine uygun tipik musluk veya kaynak suyuna kıyasla daha yüksek bir saflık seviyesiyle sonuçlanan su olarak tanımlanır.^[4] Bu işlem; çözünmüş katıların, mikroorganizmaların, organik bileşiklerin ve partiküllerin azaltılmasını hedefler ve temel içilebilirliğin ötesinde kontrollü kalite gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir.^[4]

Saflaştırılmış su, insan tüketimi için güvenli olan ancak yararlı mineralleri ve içme suyu için düzenleyici standartlara göre kabul edilebilir seviyelerde zararsız safsızlıkları barındırabilen içme suyundan farklıdır.^[5] Buna karşılık, 25°C’de 18 MΩ·cm’yi aşan son derece yüksek özdirence ulaşan ve elektronik üretimi ile yarı iletken üretimi gibi hassas kullanımlar için ayrılan ultra saf suyun gerisinde kalır.^[6]

Saflaştırılmış su için temel standartlar uygulama ve bölgeye göre değişir. İlaç endüstrisinde, Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi (USP), saflaştırılmış suyun 25°C’de 1.3 µS/cm’yi aşmayan bir iletkenliğe, toplam organik karbon limitlerine (TOC <500 ppb) ve mikrobiyal sayımlar için 100 CFU/mL eylem seviyelerine sahip olmasını belirtir.^[4] Laboratuvar kullanımı için, Amerikan Test ve Malzeme Derneği (ASTM) D1193, reaktif suyunu analitik ihtiyaçlara göre uyarlanmış saflık seviyelerine dayalı olarak Tip I’den IV’e kadar sınıflandırır; Tip I >18 MΩ·cm, Tip II >1 MΩ·cm, Tip III >0.056 MΩ·cm ve Tip IV >0.001 MΩ·cm özdirenç gerektirir.^[6] Dünya Sağlık Örgütü (WHO), mikrobiyal tehlikelerden güvenliği sağlamak için E. coli için <1 CFU/100 mL gibi sınırlara vurgu yaparak, saflaştırılmış su üretimini etkileyen içme suyu kalitesi için yönergeler sağlar.^[5] 2025 yılında, Avrupa Farmakopesi Komisyonu, küresel uyumu artırmak için farmasötik su standartlarında revizyonları kabul etti.^[7] Avrupa Birliği’nde, İçme Suyu Direktifi 2020/2184, insan tüketimi amaçlı sudaki kirleticiler için parametrik değerler belirler; buna kurşun (<5 µg/L) gibi ağır metaller ve saflaştırılmış suyun son kullanıma bağlı olarak karşılaması veya aşması gereken 100 mL’de hiç koliform bulunmaması gibi mikrobiyolojik parametreler dahildir.^[8]

Tarihsel Gelişim

Bilinen en eski su arıtma yöntemleri, içme ve diğer kullanımlar için su kalitesini iyileştirmek amacıyla temel tekniklerin kullanıldığı eski uygarlıklara kadar uzanır. MÖ 2000 civarında eski Mısır’da uygulamalar arasında suyu ateş üzerinde kaynatmak, ısıtmak için güneş ışığına maruz bırakmak, çakıl ve kumdan süzmek ve tortu ve safsızlıkları gidermek için toprak kavanozlarda bekletmek yer alıyordu.^[9] Bu yöntemler, Nil Nehri suyundaki kirlenme risklerinin bir anlayışını yansıtan yazıtlar ve eserlerde belgelenmiştir. Benzer şekilde, MÖ 400 civarında Yunan hekim Hipokrat, görünür partikülleri süzmek ve bulanık kaynaklardan kaynaklanan sağlık risklerini azaltmak için suyu kaynattıktan sonra daha sonra “Hipokrat kılıfı” olarak bilinen bir bez torbadan süzmeyi önerdi.^[9]

17. ve 19. yüzyıllardaki gelişmeler, bilimsel sorgulama ve halk sağlığı krizleriyle yönlendirilen daha sistematik saflaştırma çalışmalarının temelini attı. 1670’lerde Robert Boyle, tuzdan arındırma üzerine deneyler yaparak, deniz suyundan tatlı su üretmek için damıtmayı kullandı; bu çalışmalar 1674’te Observations and Experiments about the Saltness of the Sea adıyla yayımlandı ve 1680’lerde gösterimler yapıldı.^[10] 19. yüzyılın ortalarında, kirli su ile hastalık arasındaki bağlantı pratik yenilikleri teşvik etti; 1854 Londra kolera salgını sırasında hekim John Snow, salgının izini kirli bir pompaya kadar sürdü ve patojen bulaşmasını önlemek için yavaş kum filtreleri gibi filtrasyon sistemlerini savundu. Bu yöntem ilk olarak 1804’te İskoçya’da büyük ölçekte uygulanmış olsa da Snow’un bulgularından sonra geniş çapta benimsendi.^[11]

20. yüzyıl, kimyasal ve membran teknolojileri aracılığıyla endüstriyel ölçekte saflaştırmaya geçişi işaret etti. 1905’te Alman kimyager Robert Gans, endüstriyel uygulamalarda sertlik giderimini sağlamak amacıyla kalsiyum ve magnezyum iyonlarını sodyum ile değiştirerek suyu yumuşatmak için sentetik zeolitler kullanan ilk ticari iyon değiştirme işlemini icat etti.^[12] Bu, 1930’larda Adams ve Holmes tarafından sentetik organik reçinelerin geliştirilmesiyle tam deiyonizasyona evrildi ve ultra saf su üretimi için hem katyonları hem de anyonları gideren ilk ticari deiyonizörlere yol açtı.^[13] II. Dünya Savaşı sonrasında, ters osmoz 1960’larda ticarileşti; DuPont, 1969’da Permasep içi boş elyaf membran sistemini tanıtarak, suyu yüksek saflıkta çıktı elde etmek için basınç altında yarı geçirgen bariyerlerden zorlayarak tuzdan arındırma işleminde devrim yarattı.^[14]

2000 yılından bu yana yapılan yenilikler, verimliliği artırmak ve ortaya çıkan kirleticileri ele almak için gelişmiş malzemeleri ve hesaplama araçlarını entegre etti. Ozon ve hidrojen peroksit gibi kombinasyonlar yoluyla hidroksil radikalleri üreten ileri oksidasyon prosesleri (AOP’ler), atık sudaki inatçı organik maddeleri ayrıştırmak için 2000 sonrası önem kazandı; optimize edilmiş uygulamalar belediye tesislerinde arıtma maliyetlerini %30’a kadar düşürdü.^[15] 2010’larda nanoteknoloji, %97 tuz giderimi sağlayan laboratuvar ölçekli prototiplerde gösterildiği gibi, yüksek akı oranlarını korurken seçici iyon reddi için mikron altı gözenekler sunan grafen oksit membranlar aracılığıyla filtrasyonu geliştirdi.^[16] 2020 sonrası dönemde, kirletici seviyelerini tahmin etmek ve süreçleri gerçek zamanlı olarak ayarlamak için makine öğrenimini kullanan AI (yapay zeka) optimize sistemler su arıtma tesislerinde benimsendi ve enerji verimliliğini %20-30 oranında artırarak operasyonel güvenilirliği iyileştirdi.^[17]

Saflık Parametreleri

Safsızlık Türleri

Su saflaştırma işlemlerini gerektiren sudaki safsızlıklar çeşitlidir ve hem doğal hem de insan kaynaklıdır. Bu kirleticiler suyun fiziksel özelliklerini, kimyasal bileşimini ve biyolojik güvenliğini değiştirerek estetik sorunlara, ekipman hasarına veya sağlık risklerine yol açabilir. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik türler olarak geniş kategorilere ayrılan bu safsızlıklar; jeolojik süreçler, atmosferik birikim, endüstriyel deşarjlar, tarımsal akış ve tesisat korozyonu yoluyla su kütlelerine girer. Düzenlenmemiş safsızlıklar altyapıda kireçlenmeye, korozyona, hoş olmayan tat veya kokuya ve akut veya kronik sağlık etkilerine neden olabileceğinden, güvenlik standartlarını karşılamak için bunların giderilmesi esastır.^[18]

Fiziksel safsızlıklar, örneğin asılı partiküller; bulanıklığa ve renk bozulmasına neden olan tortu, silt, kil ve organik kalıntılardan oluşur. Bunlar öncelikle toprak ve kayaların doğal erozyonundan ve ayrıca inşaat, kentsel yağmur suyu akışı ve tarımsal sürüm gibi antropojenik faaliyetlerden kaynaklanır. Varlıkları su berraklığını azaltır ve diğer kirleticileri barındırabilir; potansiyel olarak mikroorganizmaları arıtmadan koruyabilir ve filtreleri tıkayarak saflaştırma sistemlerinde operasyonel zorluklara katkıda bulunabilir.^[18]^[19]

Kimyasal safsızlıklar; çözünmüş katıları, inorganik iyonları, organik bileşikleri ve çözünmüş gazları içerir. Su sertliğine neden olan sodyum klorür (NaCl) ve kalsiyum karbonat (CaCO₃) gibi tuzlar dahil olmak üzere çözünmüş katılar, kireç taşı gibi jeolojik oluşumlardan çözünür ve deniz suyu karışmasından buharlaşır veya yol tuzlama gibi insan girdilerinden kaynaklanır. Borularda ve kazanlarda kireçlenmeye yol açarak tadı değiştirir ve sabun verimliliğini düşürür. Kurşun ve arsenik gibi ağır metaller dahil olmak üzere inorganik iyonlar, doğal mineral çözünmesinden veya madencilik akışı ve paslanan tesisat gibi antropojenik kaynaklardan kaynaklanır; kurşun maruziyeti nörolojik riskler oluştururken, arsenik kanserle ilişkilendirilmektedir. Pestisitleri, uçucu organik bileşikleri (VOC’ler) ve ortaya çıkan farmasötikleri kapsayan organik bileşikler; tarımsal akış, endüstriyel atıklar ve atık su yoluyla girer; bazıları endokrin bozucular veya kanserojenler olarak hareket ederek kötü tat ve koku verirler. Özellikle karbondioksit (CO₂) olmak üzere çözünmüş gazlar, atmosferik değişimden veya organik ayrışmadan girerek pH’ı düşürür ve dağıtım sistemlerinde korozyonu teşvik eder.^[18]^[19]

Biyolojik safsızlıklar veya mikroorganizmalar; bakterileri (örneğin Escherichia coli), virüsleri ve protozoaları (örneğin Giardia ve Cryptosporidium) içerir. Bu patojenler, kanalizasyondaki dışkı kirliliğinden, hayvan atıklarından veya septik sistemlerden kaynaklanır ve genellikle tarımsal akış ve yetersiz sanitasyon ile artar. Su yoluyla bulaşarak ishal, kolera ve hepatit A gibi gastrointestinal hastalıklara neden olarak ciddi sağlık riskleri oluştururlar.^[18]^[20]

Per- ve polifloroalkil maddeler (PFAS), mikroplastikler ve farmasötikler gibi ortaya çıkan kirleticiler, kalıcılıkları ve su kaynaklarında yaygın olarak tespit edilmeleri nedeniyle 2010’lardan bu yana dikkat çekmiştir. Endüstriyel uygulamalarda ve yangın söndürme köpüklerinde kullanılan PFAS, üretim sahalarından ve tüketici ürünlerinden sızarak potansiyel olarak bağışıklık sistemi etkilerine ve artan kolesterol seviyelerine yol açar. 2025 itibarıyla ABD EPA, içme suyunda PFOA ve PFOS için trilyonda 4 parça (ppt) maksimum kirletici seviyelerini (MCL’ler) korumaktadır ancak uyumluluğu 2031’e ertelemiş ve PFHxS, PFNA, GenX ve karışımlar gibi diğer PFAS’lar için sınırları iptal etmiştir.^[21]^[22] Plastik bozunmasından ve atık sudan türetilen mikroplastikler, diğer toksinleri adsorbe edebilir ve sucul yaşamı etkileyebilir; insan sağlığı üzerindeki etkileri araştırılmaktadır. İnsan boşaltımı ve uygunsuz bertaraftan kaynaklanan farmasötikler, kanalizasyon arıtma verimsizlikleri yoluyla girerek antibiyotik direnci ve hormonal bozulmalar konusunda endişelere yol açmaktadır.^[23]^[24]

Ölçüm ve Spesifikasyonlar

Saflaştırılmış su kalitesi, safsızlıkların varlığını ve konsantrasyonunu nicelendiren bir dizi temel metrik aracılığıyla değerlendirilir. Toplam Çözünmüş Katılar (TDS), suda çözünen inorganik ve organik maddelerin birleşik içeriğini ölçer, tipik olarak milyonda bir parça (ppm) olarak ifade edilir ve saflaştırılmış su genellikle 10 ppm’nin altındaki seviyeleri hedefler. Santimetre başına mikrosiemens (µS/cm) cinsinden ölçülen iletkenlik, iyonik içeriği gösterir; daha düşük değerler daha yüksek saflığı ifade eder; farmasötik saflaştırılmış su için Birleşik Devletler Farmakopesi (USP) 25°C’de 1.3 µS/cm’den fazla olmamasını belirtirken, ultra saf su (örneğin ASTM Tip I) 0.056 µS/cm’nin altında iletkenlik sergiler. Saflaştırılmış suyun pH’ı genellikle 5 ile 7 arasındadır ve çözünmüş iyonlardan veya gazlardan kaynaklanan minimum tamponlamayı yansıtır. Toplam Organik Karbon (TOC), karbon bazlı kirleticilere duyarlı uygulamalar için çok önemli olan organik kalıntıları milyarda bir parça (ppb) cinsinden nicelendirir; spesifikasyonlar farmasötik saflaştırılmış su (USP) için 500 ppb’den fazla olmamalı ve ultra saf laboratuvar uygulamaları (ASTM Tip I) için 50 ppb’den az gibi daha katı sınırlar gerektirir. Mililitre başına koloni oluşturan birim (CFU/mL) olarak ifade edilen mikrobiyal sayımlar, biyolojik saflığı sağlar; saflaştırılmış su standartları eylem seviyesi olarak 100 CFU/mL’den azını talep eder.

Bu metrikler, belirli safsızlık türlerine göre uyarlanmış özel analitik teknikler kullanılarak belirlenir. İletkenlik ölçerler, suyun elektriksel iletkenliğini ölçmek için elektrotlar kullanır, doğrudan iyon konsantrasyonuyla ilişkilidir ve genel iyonik saflığın hızlı bir göstergesi olarak hizmet eder. Spektrofotometri, kimyasal türevlendirmeden sonra belirli dalga boylarında ışık emilimini analiz ederek iz metalleri tespit eder ve milyarda bir parçaya kadar nicelendirme sağlar. Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC), organik bileşikleri ayırır ve ölçer; pestisitler veya farmasötikler gibi potansiyel kirleticilerin ayrıntılı profillerini sağlar. Bulanıklık ölçerler, ışık saçılımı yoluyla partikül maddeyi değerlendirir ve Nefelometrik Bulanıklık Birimleri (NTU) cinsinden rapor verir; saflaştırılmış su 0.1 NTU’nun altında değerler göstermelidir. Farmasötik uygulamalar için, Limulus Amebosit Lizat (LAL) deneyi, mililitre başına femtogram seviyelerine duyarlılıkla bakteriyel kaynaklardan gelen endotoksinleri tespit eder. 2020’lerde giderek daha fazla benimsenen modern hat içi TOC analizörleri, oksidasyon ve dağılmayan kızılötesi algılama yoluyla gerçek zamanlı izleme sağlayarak sürekli saflaştırma sistemlerinde süreç kontrolünü geliştirir. Ek olarak, saflaştırılmış suda PFAS tespiti, nanogram/litre konsantrasyonlarında per- ve polifloroalkil maddeleri tanımlamak için katı faz ekstraksiyonunu takiben sıvı kromatografisi-tandem kütle spektrometresini kullanan EPA Yöntemi 533 gibi yöntemlere dayanır.

Saflaştırılmış su spesifikasyonları bağlama göre değişir ve amaçlanan kullanımlar için uygunluğu sağlayan eşikler belirler. ASTM D1193 standardı, laboratuvar reaktif suyunu tiplere ayırır; Tip I, analitik kimyadaki en yüksek saflık ihtiyaçları için 18 MΩ·cm’den (0.056 µS/cm’nin altındaki iletkenliğe eşdeğer) büyük özdirenç gerektirir. Genellikle yarı iletken üretiminde kullanılan ultra saf su, 25°C’de 18.2 MΩ·cm’lik bir özdirence ulaşır ve yalnızca suyun otoiyonizasyonu ile sınırlı teorik saflığa yakındır. Şişelenmiş saflaştırılmış su için, ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), buharlaşma ve gravimetrik analizle doğrulanan 10 ppm’nin altında TDS zorunluluğu getirir. Farmasötik kullanım için USP <645>, iletkenliği ≤1.3 µS/cm ve <643>, TOC ≤500 ppb olarak belirtir. Bu standartlar, iletkenlik (σ) ve özdirenç (ρ) gibi temel ilişkilerle birbirine bağlıdır ve aşağıdaki denklemle tanımlanır:

$$ \sigma = \frac{1}{\rho} $$

Burada σ S/cm cinsinden ve ρ Ω·cm cinsindendir, bu da saflık değerlendirmesi için metrikler arasında dönüşüme izin verir. TDS, aşağıdaki ampirik ilişki kullanılarak iletkenlikten yaklaşık olarak hesaplanabilir:

$$ \text{TDS (ppm)} \approx 0.5 \times \text{iletkenlik (µS/cm)} $$

Ancak faktör, iyonik bileşime bağlı olarak 0.5 ile 0.7 arasında değişebilir ve bu da bağlama özgü kalibrasyon ihtiyacını vurgular.

Metrik	Birim	Tipik Saflaştırılmış Su Eşiği	Ölçüm Tekniği	Örnek Standart
TDS	ppm	<10	Gravimetrik buharlaştırma	FDA şişelenmiş su
İletkenlik	µS/cm	≤1.3 (USP saflaştırılmış su)	İletkenlik ölçer	USP <645>
pH	–	5-7	pH elektrodu	USP
TOC	ppb	≤500 (USP saflaştırılmış su)	Hat içi TOC analizörü veya yanma	USP <643>
Mikrobiyal Sayım	CFU/mL	<100 (eylem seviyesi)	Membran filtrasyonu/kültür	USP <1231>

Saflaştırma Yöntemleri

Damıtma (Distilasyon)

Damıtma, su ve çoğu safsızlık arasındaki kaynama noktası farklarından yararlanarak suyu saflaştırmak için kullanılan termal bir ayırma işlemidir. Yöntem, suyu 100°C kaynama noktasına kadar ısıtarak buharlaşmasını ve buhar haline gelmesini sağlarken; buharlaşmayan tuzlar, mineraller ve ağır metaller gibi uçucu olmayan kirleticileri geride bırakmayı içerir. Buhar daha sonra soğutulur ve ayrı bir haznede tekrar sıvı suya yoğunlaştırılır, böylece bu uçucu olmayan maddelerden arındırılmış saflaştırılmış distilat elde edilir.^[25]^[26]

Tek etkili damıtma, tipik olarak çözünmüş tuzlar ve mikroplar dahil olmak üzere uçucu olmayan safsızlıkların %99,9’undan fazlasının giderilmesini sağlar ve bu da onu genel saflaştırma ihtiyaçları için uygun hale getirir. Laboratuvarlar ve ilaç endüstrisi gibi daha yüksek saflık gerektiren uygulamalar için, ilk damıtmadan elde edilen çıktının ikinci bir döngü için girdi olarak kullanıldığı çift damıtma kullanılır; bu işlem, karbondioksit gibi artık uçucu maddeleri daha da azaltır ve endotoksinleri ve bakteriyel kirleticileri ortadan kaldırarak pirojen içermeyen su üretir.^[26]^[27]

Damıtma ekipmanları; kaynama haznesi, buhar tüpü ve kondenserden oluşan ev tipi ünitelerde kullanılan basit imbiklerden, verimlilik için ısıyı birden fazla buharlaşma aşamasında geri dönüştüren gelişmiş endüstriyel çok etkili damıtıcılara kadar çeşitlilik gösterir. Farmasötik üretimde yaygın olan çok etkili sistemler, kontaminasyonu en aza indirmek ve enjeksiyonluk su için USP gibi standartları karşılamak amacıyla dikey doğal sirkülasyonlu evaporatörler ve çift tüplü kondenserler kullanır. Buharlaşma için temel enerji gereksinimi şu şekilde verilir:

$$ Q = m \times L_v $$

Burada Q kJ cinsinden ısı girdisi, m kg cinsinden su kütlesi ve Lv 100°C’de yaklaşık 2260 kJ/kg olan buharlaşma gizli ısısıdır; tek etkili ev tipi damıtma için pratik sistemler litre başına yaklaşık 0.8 kWh tüketirken, endüstriyel çok etkili sistemler ısı geri kazanımı nedeniyle m³ başına 100-200 kWh elde eder.^[28]^[29]

Damıtma; tuzları, mikropları ve uçucu olmayan organik maddeleri %99,9’un üzerinde verimlilikle gidermede mükemmeldir ve kaynatma adımıyla patojenlere karşı güvenilir bir bariyer sağlar. Ancak, ters osmoz gibi alternatiflere kıyasla enerji yoğundur ve tek etkili sistem için enerjinin kabaca 3.000 katını gerektirir (800 kWh/m³’e karşılık RO için 0.2-0.3 kWh/m³), ancak çok etkili sistemler bu farkı azaltır. Amonyak veya suyun sıcaklığında veya altında kaynayan belirli organik kimyasallar gibi uçucu bileşikleri taşıyabilir. Bu dezavantajlara rağmen damıtma, kirletici içermeyen suyun gerekli olduğu yüksek saflıktaki laboratuvar uygulamaları için tercih edilen bir yöntem olmaya devam etmektedir.^[26]^[25]^[30]

Deiyonizasyon ve İyon Değişimi

İyon değişimi yoluyla deiyonizasyon, istenmeyen iyonları seçici olarak hidrojen (H⁺) ve hidroksit (OH⁻) iyonlarıyla değiştiren sentetik reçine boncukları kullanarak sudan iyonize safsızlıkları gideren kimyasal bir işlemdir; bu iyonlar birleşerek saf su (H₂O) oluşturur.^[31] Katyon değişim reçineleri kalsiyum (Ca²⁺), magnezyum (Mg²⁺) ve sodyum (Na⁺) gibi pozitif yüklü iyonları hedeflerken, anyon değişim reçineleri klorür (Cl⁻) ve sülfat (SO₄²⁻) gibi negatif yüklü iyonları giderir.^[32] Karışık yataklı (mixed-bed) bir sistemde, katyon ve anyon reçineleri tek bir kapta birleştirilerek yüksek saflıkta uygulamalar için %99’u aşan iyon giderme verimliliği elde edilir.^[33]

İyon değişim süreçleri akış konfigürasyonuna ve amaca göre değişir. Eş yönlü sistemler hem besleme suyunu hem de rejenerant çözeltilerini reçine yatağından aynı yönde yönlendirir, basitlik ve daha düşük ekipman maliyetleri sunar ancak daha az tam rejenerasyon nedeniyle verimlilik azalır.^[34] Karşı akım sistemleri, rejenerantı besleme suyunun tersine akıtarak daha kapsamlı iyon yer değiştirmesi sağlar ve eş yönlü yöntemlere kıyasla rejenerasyon döngüsü başına %20-30 daha yüksek işletme kapasitesi sunar. Özelleşmiş bir uygulama olan su yumuşatma, tam deiyonizasyon olmadan öncelikle kireçlenmeyi önlemek için tuzlu su rejenerantından Na⁺ karşılığında Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarını değiştirmek için katyon reçineleri kullanır.^[33]

Operasyonel süreç, iyonlar kaçmaya başladığında atık su iletkenliğindeki bir artışla işaretlenen tükenmeye kadar suyun reçine yatağından geçmesini içerir.^[31] Rejenerasyon daha sonra partikülleri gidermek için geri yıkama ve ardından H⁺ iyonlarını yenilemek için katyon reçinelerine hidroklorik asit (HCl) veya OH⁻ iyonlarını geri yüklemek için anyon reçinelerine sodyum hidroksit (NaOH) gibi rejenerantların verilmesiyle reçineyi eski haline getirir.^[35] Bu döngüsel süreç, döngü zamanlamasını ve reçine ömrünü optimize etmek için iletkenliğin izlenmesini gerektirir.

Demineralizasyon, hem iyonik hem de iyonik olmayan safsızlıkları gidermek için genellikle filtrasyon veya diğer yöntemlerle birleştirilen iyon değişimi yoluyla deiyonizasyonu kapsayan daha geniş bir terimdir; oysa deiyonizasyon özellikle iyonları hedefler.

İyon değişimi, arıtılmış suyun metreküpü başına yaklaşık 0.5 kWh gibi tipik olarak düşük enerji tüketimi dahil olmak üzere avantajlar sunar ve bu da onu büyük ölçekli operasyonlar için uygun maliyetli hale getirir.^[36] Ancak rejenerasyon, bertaraf veya arıtma gerektiren konsantre atık tuzlu su üretir ve süreç organik bileşiklere veya mikrobiyal kirleticilere karşı etkisizdir, bu da ön arıtma veya tamamlayıcı yöntemler gerektirir.^[37]

Temel performans metrikleri arasında, reçinenin tükenmeden önce iyon değiştirme yeteneğini nicelendiren ve litre reçine başına milieşdeğer (meq/L) olarak ifade edilen iyon değişim kapasitesi yer alır; standart reçineler için tipik değerler 1.2 ila 2.0 meq/mL arasında değişir.^[38] Teorik saf su, deiyonizasyon etkinliği için referans noktası olarak hizmet eden 25°C’de ρ = 18.2 MΩ·cm özdirence ulaşır.^[39]

İlgili bir gelişme, kimyasal rejenerantlar olmadan iyon göçünü sağlamak için iyon değişim reçinelerini iyon seçici membranlar ve doğru akım elektriği ile entegre eden, 1980’lerde geliştirilen sürekli bir işlem olan elektrodeiyonizasyondur (EDI).^[40] 1980’lerin sonlarında ticarileşen EDI, sürdürülebilir operasyon için geleneksel reçine değişimini elektrokimyasal prensiplerle hibritleyerek ultra saf su üretir.^[41]

Membran Bazlı Yöntemler

Suyu saflaştırmak için membran bazlı yöntemler, öncelikle safsızlıkları sudan ayırmak için yarı geçirgen membranlar kullanan basınç tahrikli filtrasyon işlemlerini içerir. Bu teknikler, membranın bir bariyer görevi gördüğü, çözünenleri ve partikülleri reddederken su moleküllerinin doğal osmotik basıncı aşan uygulanan hidrolik basınç altında geçmesine izin verdiği fiziksel eleme mekanizmasından yararlanır.^[42] En belirgin yöntem olan ters osmoz (RO), yüksek ret oranlarına ulaşmak için tipik olarak 10 ila 100 bar arasında basınç uygular ve tuzlar, ağır metaller ve organikler dahil olmak üzere toplam çözünmüş katıların (TDS) %95’inden fazlasını giderir.^[43]^[44] Bu basınç osmotik basıncı yener (π = iCRT ile ilişkilidir, burada i van’t Hoff faktörü, C konsantrasyon, R gaz sabiti ve T sıcaklıktır), saflaştırılmış suyu permeat olarak membran boyunca sürerken safsızlıkları reddedilen akışta konsantre eder.^[42]

Membran bazlı yöntemlerin temel varyantları arasında, membran gözenek boyutu ve seçiciliği bakımından farklılık gösteren nanofiltrasyon (NF) ve ultrafiltrasyon (UF) bulunur. 200-1000 Da moleküler ağırlık sınırına (MWCO) sahip NF membranlar, öncelikle iki değerlikli iyonları (örneğin kalsiyum ve magnezyum) ve daha büyük organik molekülleri hedefler, tek değerlikli iyonları daha az ölçüde tutarken RO’dan daha düşük basınçlarda (5-20 bar) çalışır.^[45] 1-100 nm gözenek boyutlarına sahip UF membranlar, partikülleri, kolloidleri, bakterileri ve makromolekülleri (MWCO tipik olarak 1.000-100.000 Da) gidermeye odaklanır ve bu da onları çözünmüş tuzları önemli ölçüde etkilemeden suyu berraklaştırmak için uygun hale getirir.^[46] Bu varyantlar, çok aşamalı sistemlerde ön veya son arıtma adımları olarak hizmet ederek RO’yu tamamlar ve belirli saflık seviyeleri gerektiren uygulamalar için genel safsızlık giderimini artırır.^[47]

Membran bazlı saflaştırma ekipmanları yaygın olarak, düz tabaka membranların ara parçalarla katmanlandığı ve kompakt, yüksek yüzey alanlı çalışma için merkezi bir permeat tüpü etrafına sarıldığı spiral sargılı modüller kullanır.^[48] Ön arıtma, kireçlenmeyi ve kirlenmeyi (fouling) azaltmak için esastır; genellikle asit/baz dozajı veya multimedya filtrasyonunun yanı sıra membran yüzeyinde mineral çökelmesini engellemek için antiskalantlar içerir.^[49] Permeatın besleme suyuna oranı olarak tanımlanan sistem geri kazanım oranları tipik olarak %50-80 arasında değişir ve kalan hacim bertaraf veya daha fazla arıtma gerektiren konsantre bir atık akışı oluşturur.^[50]

Bu yöntemlerin avantajları arasında enerji verimliliği (acı su için RO metreküp başına yaklaşık 0.5-2 kWh tüketir) ve kimyasal katkı maddeleri olmadan mikropların, organiklerin ve inorganiklerin geniş spektrumlu giderimi yer alır.^[51]^[52] Ancak, partiküllerden, biyofilmlerden veya kireçlenmeden kaynaklanan membran kirlenmesi gibi zorluklar devam etmektedir ve akıyı geri kazandırmak için kimyasal çözümler kullanılarak her 3-6 ayda bir periyodik temizlik gerektirir.^[53] Ayrıca, oldukça etkili olmalarına rağmen, bu süreçler kısmi mineral tutulmasıyla (orijinal içeriğin %1-5’i) sonuçlanır ve içilebilir kullanımlar için potansiyel olarak yeniden mineralizasyon gerektirir.^[44]

Son gelişmeler membran performansını ve sürdürülebilirliğini artırmıştır. 2010’larda belirgin bir şekilde ortaya çıkan ileri osmoz (FO), suyu yüksek basınç olmadan membran boyunca çekmek için beslemeden daha yüksek osmotik potansiyele sahip bir çekme çözeltisi kullanır, kirlenme eğilimlerini azaltır ve RO’ya kıyasla akı geri kazanımını iyileştirir.^[54] 2000’lerden bu yana poliamid katmanların arayüzey polimerizasyonu yoluyla geliştirilen ince film kompozit (TFC) membranlar, klor bozunmasına ve sıkışmaya direnç gösterirken geliştirilmiş tuz reddi (%99,5’e kadar) ve geçirgenlik sunar.^[55] Bu yenilikler, enerji kısıtlı ve kirlenmeye yatkın ortamlarda membran uygulamalarını genişletmiştir.

Diğer Teknikler

Aktif karbon filtrasyonu, oldukça gözenekli yüzeyine adsorpsiyon yoluyla sudaki organik bileşikleri, kloru ve kokuları gidermek için temel bir varyant olarak hizmet eder. Malzeme, 2 nm’den küçük mikro gözeneklere, 2 ila 50 nm arasındaki mezo gözeneklere ve 50 nm’den büyük makro gözeneklere sahip bir yapıya sahiptir ve uçucu organik bileşiklerin ve pestisitlerin etkili bir şekilde yakalanmasını sağlar.^[56] Bu işlem, mineral içeriğini önemli ölçüde değiştirmeden tadı ve güvenliği iyileştirerek birincil arıtmalardan sonra bir parlatma adımı olarak özellikle yararlıdır.^[57]

Seramik filtreler, özellikle gelişmekte olan bölgelerde yaygın olan kullanım noktası sistemlerinde mikrobiyal giderim için uygun olan başka bir filtrasyon varyantını temsil eder. Genellikle 0.2 ila 1 µm gözenek boyutlarına sahip kil ve diyatomlu topraktan yapılan bu yerçekimi beslemeli filtreler, fiziksel süzme ve elektrostatik etkileşimler yoluyla Escherichia coli gibi bakterilerde %95-99 azalma sağlar.^[58] Düşük maliyetli üretimleri ve yerel üretim kolaylıkları, onları merkezi altyapıdan yoksun kırsal alanlar için ideal hale getirir ve potansiyel olarak ishal hastalığı insidansını %60-70 oranında azaltır.^[59]

İleri oksidasyon prosesleri (AOP’ler), organik kirleticileri ayrıştırmak ve patojenleri dezenfekte etmek için hidroksil radikalleri oluşturmak üzere ultraviyole (UV) ışığı ozon veya hidrojen peroksit (H₂O₂) gibi oksidanlarla birleştirir. UV/ozon sistemlerinde, 254 nm UV dalga boyu ozonu karmaşık organikleri parçalamak için aktive ederken, UV/H₂O₂ kurulumları E. coli gibi bakterilerin %99.99 inaktivasyonunu sağlamak için tipik olarak 40 mJ/cm² doz kullanır.^[60] Bu yöntemler, yan ürün oluşumunu en aza indirmek için dikkatli kontrol gerektirmelerine rağmen, farmasötikler gibi geleneksel filtrasyona dirençli iz kirleticileri ortadan kaldırmada mükemmeldir.^[61]

Kireç yumuşatma, pH’ı yükseltmek için kalsiyum hidroksit (Ca(OH)₂) ekleyerek su sertliğini giderir, kalsiyumu karbonat ve magnezyumu hidroksit olarak çökeltir, böylece borularda ve cihazlarda kireçlenmeyi azaltır. Bu kimyasal çökelme işlemi, soda külü ile birleştirildiğinde karbonat olmayan sertliği hedefler ve belediye kaynaklarında %90’a kadar sertlik giderimi sağlar. Ortaya çıkan bir alternatif olarak elektrot yumuşatma, titanyum elektrotlarla elektrokoagülasyon gibi elektrokimyasal yöntemleri kullanarak yerinde pıhtılaştırıcılar üretir ve geleneksel kireç yöntemlerine kıyasla daha düşük çamur üretimi ve atık sunar.^[62] Bu sistemler daha düşük enerji maliyetlerinde çalışır ve kimyasal dozajlamadan kaçınır, bu da onları merkezi olmayan uygulamalar için umut verici hale getirir.^[63]

Hibrit teknikler, iyonları gidermek ve mikrobiyal güvenliği sağlamak için şişelenmiş su üretiminde yaygın olarak kullanılan ters osmoz (RO) ile UV dezenfeksiyonu gibi gelişmiş saflık için birden fazla işlemi entegre eder. Elektrodeiyonizasyon (EDI), kimyasal rejenerasyon olmadan suyu sürekli olarak deiyonize etmek için iyon değiştirici reçineleri doğru akımla birleştiren ve ultra saf sistemlerde 16 MΩ·cm’nin üzerinde özdirençlere ulaşan başka bir hibrit yaklaşımı temsil eder.^[64] EDI tipik olarak, atıkları en aza indirirken iyonize türlerin %99’unu gidererek besleme suyunu parlatmak için RO’yu takip eder.^[65]

Bu tamamlayıcı teknikler, litre başına yaklaşık 0.01 $ maliyetli ev tipi aktif karbon veya seramik filtrelerle kullanım noktası senaryoları için maliyet etkinliği sunar, bu da endüstriyel alternatiflerin çok altındadır. Ancak, karbon adsorpsiyonu gibi membran olmayan yöntemler için genellikle %90’ın altında olan sınırlı bağımsız toplam çözünmüş katı (TDS) giderimi sağlarlar ve kapsamlı saflaştırma için entegrasyonu gerektirirler.^[66]

2020’lerin trendlerinde güneş enerjili damıtma, suyu buharlaştırmak ve yoğunlaştırmak için pasif veya aktif güneş imbikleri kullanarak şebeke dışı saflaştırma için ilgi görmüştür; son tasarımlar gece çalışması için ısıyı geri dönüştürmekte ve 5 L/m²/gün’e varan verim sağlamaktadır. Elektrokimyasal oksidasyon, 10 ppm girişten 100 ppt altı seviyelere ulaşan sistemlerde gösterildiği gibi, bor katkılı elmas elektrotlar kullanarak konsantre akışlarda %99’dan fazlasını yok ederek per- ve polifloroalkil maddeler (PFAS) gibi kalıcı kirleticileri hedeflemek için ortaya çıkmıştır. ABD Çevre Koruma Ajansı, 2024 PFAS İmha ve Bertaraf Ara Rehberinde bu teknolojileri gelişmekte olan teknolojiler olarak vurgulamıştır.^[67]^[68] Son gelişmeler arasında, 2024 çalışmalarında incelendiği üzere, düşük tuzlu beslemeler için 0.1-0.5 kWh/m³ elde eden kapasitif deiyonizasyon (CDI) varyantları yer almaktadır.^[69]

Uygulamalar

Laboratuvar Kullanımı

Laboratuvar ortamlarında, saflaştırılmış su, deneylerin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini sağlamak için esastır; kalite standartları öncelikle reaktif suyu için ASTM D1193 spesifikasyonu tarafından yönetilir. En yüksek saflık derecesi olan Tip I su, kütle spektrometrisi ve moleküler biyoloji teknikleri gibi iz seviyesindeki analizler için gereklidir; 25°C’de maksimum 0.056 µS/cm elektriksel iletkenliğe, en az 18 MΩ·cm özdirence ve 10 ppb’nin altında toplam organik karbon (TOC) seviyelerine sahiptir; ayrıca hassas uygulamalarda bozulmayı önlemek için RNaz ve DNaz içermemelidir. 1.0 µS/cm’ye kadar iletkenliğe ve 50 ppb’nin altında TOC’ye sahip Tip II su, tampon hazırlama ve otoklavlama gibi genel laboratuvar prosedürleri için yeterlidir. Bu sular tipik olarak, ilk kirletici giderimi için ters osmozu (RO), iyonik saflık için deiyonizasyonu (iyon değişimi) ve TOC’yi azaltmak ve mikroorganizmaları ortadan kaldırmak için ultraviyole (UV) ışınlamayı birleştiren entegre saflaştırma sistemleri kullanılarak yerinde üretilir.^[70]^[6]

Spesifik uygulamalar, uyarlanmış saflık seviyelerine olan ihtiyacı vurgular. Reaktif hazırlamada, Tip I su, kimyasal reaksiyonları veya elektrokimyasal ölçümleri saptırabilecek iyonik veya organik interferansları (karışan maddeleri) önler. Hücre kültürü için, pirojen içermeyen Tip I su, memeli hücrelerinde bağışıklık tepkilerini tetikleyen endotoksinlerden kaçınmak ve medya formülasyonlarında canlı büyümeyi sağlamak için kritiktir. İndüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) veya yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) gibi spektroskopi tekniklerinde, ultra saf su interferanslardan kaynaklanan arka plan gürültüsünü en aza indirerek trilyonda bir parça aralığında tespit sınırlarına olanak tanır. 2020’lerde, CRISPR-Cas9 düzenleme gibi gelişmiş genomik uygulamalar, kılavuz RNA bütünlüğünü korumak ve transfeksiyon veya sekanslama iş akışları sırasında hedef dışı etkileri önlemek için genellikle 5 ppb’nin altında TOC’ye sahip nükleaz içermeyen Tip I su talep etmektedir.^[71]^[72]

Elektriksel iletkenlik, laboratuvar suyundaki iyonik saflığı değerlendirmek için birincil metrik olarak hizmet eder, doğrudan iyon konsantrasyonuyla ilişkilidir ve saflaştırma sistemlerinde gerçek zamanlı bir gösterge görevi görür. Tip I su için, 25°C’de <0.056 µS/cm’lik katı sınır, kendi kendine iyonlaşma hariç teorik saf su değerlerine eşdeğer olan neredeyse tam iyon giderimini yansıtır. Ancak, ölçümler sıcaklık değişimlerini hesaba katmalıdır, çünkü iletkenlik °C başına yaklaşık %2 artar; düzeltilmiş değer şu şekilde hesaplanır:

$$ \sigma_T = \sigma_{25} \times (1 + \alpha (T – 25)) $$

Burada σT, T (°C) sıcaklığındaki iletkenliktir, σ25 25°C’deki değerdir ve α seyreltik sulu çözeltiler için ≈ 0.02 /°C’dir. Bu telafi, ortam koşulları genelinde tutarlı saflık değerlendirmesi sağlar.^[73]^[74]

Bu standartlara rağmen, laboratuvarlardaki saflaştırılmış su, kararlılık ve kontaminasyonla ilgili önemli zorluklarla karşı karşıyadır. Havaya maruz kaldığında, Tip I su hızla atmosferik CO₂’yi emer ve iletkenliği ~0.056 µS/cm’den saatler içinde 1–3 µS/cm’ye kadar yükselten karbonik asit oluşturur, bu da iyon duyarlı deneylerde hemen kullanım için uygunluğunu tehlikeye atar. Ek olarak, su sirküle edilmezse veya düzenli olarak sterilize edilmezse, depolama rezervuarlarında veya dağıtım hatlarında bakteriyel yeniden büyüme meydana gelebilir ve biyofilm oluşumu endotoksin salınımına yol açar; kılavuzlar, suyun üretimden sonraki 24 saat içinde kullanılmasını veya mikrobiyal sayımları 1 CFU/mL’nin altında tutmak için dağıtımdan önce sistemlerin yıkanmasını önerir. Bu sorunlar, su bütünlüğünü korumak için kullanım noktasında üretim ve minimum depolamanın önemini vurgulamaktadır.^[75]^[73]^[76]

Endüstriyel Uygulamalar

Saflaştırılmış su, büyük ölçekte ürün kalitesini, ekipman bütünlüğünü ve operasyonel verimliliği korumak için gerekli olduğu çeşitli endüstriyel sektörlerde kritik bir rol oynar. İlaç endüstrisinde, Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi (USP) standartlarını karşılayan saflaştırılmış su, parenteral olmayan ilaçların hazırlanması için kullanılırken; yüksek saflık ve düşük endotoksin ve mikrobiyal kirletici seviyeleri elde etmek için damıtma veya eşdeğer işlemlerle üretilen Enjeksiyonluk Su (WFI), enjekte edilebilir ilaçlar için gereklidir.^[1] Elektronik sektöründe, özellikle yarı iletken üretiminde, 25°C’de 18 MΩ·cm’yi aşan özdirence sahip ultra saf su, iyonik veya partikül kontaminasyonundan kaynaklanan kusurları önlemek için levha (wafer) durulamada kullanılır.^[77] Enerji üretimi için, kazan besleme suyu, yüksek basınçlı sistemlerde kireçlenmeyi ve korozyonu en aza indirmek için 0.2 µS/cm’nin altında iletkenliğe sahip olmalıdır.^[78]

Ek endüstriyel süreçler belirli işlevler için saflaştırılmış suya dayanır; örneğin soğutma kulelerinde mineral birikintilerini azaltmak ve ekipman ömrünü uzatmak için takviye olarak 50 ppm’den az sertliğe sahip yumuşatılmış su kullanılır.^[79] Yiyecek ve içecek endüstrisinde, ters osmoz (RO) sistemleri, hijyen standartlarına uyumu ve lezzet nötralliğini sağlamak için şişeleme ve işleme amacıyla 10 ppm’nin altında toplam çözünmüş katı (TDS) içeren su üretir.^[80] Bu uygulamalar, RO ve deiyonizasyon gibi saflaştırma yöntemlerinin üretim genelinde yüksek hacimli operasyonları desteklemedeki çok yönlülüğünü vurgular.

Endüstriyel saflaştırma tesisleri tipik olarak günde binlerce metreküp üretim yapan ölçeklerde çalışır ve işletme maliyetleri teknolojiye ve besleme suyu kalitesine bağlı olarak m³ başına 0.50 ila 2 dolar arasında değişir.^[81] Küresel çip kıtlığının yönlendirdiği yarı iletken üretimindeki 2020 sonrası artış, ultra saf suya olan talebi artırarak sektörün büyüyen su ihtiyaçlarını vurgulamıştır.^[82] Ancak zorluklar arasında; iletkenlik ve TOC gibi parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek için çevrimiçi sensörler kullanarak sürekli izleme ihtiyacı ve RO sistemlerinin çevresel etkiyi en aza indirmek için arıtma veya yeniden kullanım gerektiren %20-50 oranında atık su ürettiği etkili atık yönetimi yer almaktadır.^[83]^[84]

Tüketici ve Tıbbi Kullanımlar

Tüketici uygulamalarında, saflaştırılmış su, içme suyu kalitesini iyileştirmek için ev tipi filtrasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Genellikle günde 50-100 galon (GPD) olarak derecelendirilen tezgah altı ters osmoz (RO) sistemleri, ağır metaller, klor ve çözünmüş katılar dahil olmak üzere kirleticilerin %90’ından fazlasını giderme yetenekleri nedeniyle popülerdir ve haneler için daha güvenli su sağlar.^[85] Brita gibi sürahi tipi sistemler gibi kullanım noktası filtreleri de belirli kirleticileri hedefler; örneğin, bazı modeller kurşunu %99’a kadar ve per- ve polifloroalkil maddeleri (PFAS) %66’ya kadar azaltarak belediye kaynaklarındaki yaygın endişeleri giderir.^[86] Bu tür ev tipi saflaştırma sistemlerinin benimsenmesi, artan hijyen bilinciyle birlikte COVID-19 sonrası hızlanmıştır; anketler, 2022 itibarıyla Amerikalıların %77’sinin evde içme sularını filtrelediğini ve bunun önceki yıllara göre arttığını göstermektedir.^[87]

Şişelenmiş saflaştırılmış su, Uluslararası Şişelenmiş Su Birliği (IBWA) standartları kapsamında, minimum safsızlık sağlamak için toplam çözünmüş katı (TDS) seviyelerini milyonda 10 parçanın (ppm) altına düşürmek amacıyla damıtma veya RO gibi yöntemlerle işlenmiş su olarak tanımlanan bir diğer önemli tüketici yolunu temsil eder.^[88] Saflaştırılmış varyantları içeren küresel şişelenmiş su pazarı, kentleşme ve sağlık trendlerinin ortasında uygun, hareket halindeyken hidrasyon seçeneklerine yönelik sürekli talebi yansıtarak 2025 yılına kadar 300 milyar doları aşmıştır.^[89]

Tıbbi bağlamlarda, enfeksiyonları veya komplikasyonları önlemek için yüksek saflık gerektiren prosedürler için saflaştırılmış su esastır. Hemodiyaliz için, Tıbbi Enstrümantasyonun Geliştirilmesi Derneği (AAMI) standartları, tedavi sırasında hasta güvenliğini korumak için diyaliz suyunun 10 µS/cm’nin altında iletkenliğe ve mililitre başına 100 koloni oluşturan birimin (CFU/mL) altında bakteri sayısına sahip olmasını zorunlu kılar.^[90] Benzer şekilde, intravenöz (IV) sıvılar, sterilite ve düşük endotoksin seviyeleri için farmasötik sınıf gereksinimleri karşılamak, ilaç formülasyonlarıyla uyumluluğu ve doğrudan kan dolaşımına uygulanmasını sağlamak amacıyla genellikle baz olarak damıtma yoluyla üretilen steril saflaştırılmış suya dayanır.^[91]

Doğrudan tüketim ve tıbbi kullanımın ötesinde, saflaştırılmış su akvaryumlar ve kozmetikler gibi niş tüketici uygulamalarını destekler. Akvaryumlarda, balıkları musluk suyu dezenfektanlarından korumak için klorsuzlaştırılmış saflaştırılmış su önerilir; su düzenleyiciler, kararlı bir sucul ortam sağlamak için kloru ve kloramini nötralize eder.^[92] Kozmetikte, düşük mineralli saflaştırılmış su, safsızlıkların formülasyonları bozabileceği veya dokuyu değiştirebileceği losyonlar ve serumlar gibi ürünlerde aktif bileşenlerle reaksiyonları önleyerek ürün stabilitesini artırır.^[93]

Sağlık ve Çevresel Yönler

Mineral İçeriği ve İnsan Sağlığı

Ters osmoz veya damıtma gibi yöntemlerle üretilen saflaştırılmış su, genellikle kalsiyum (Ca) ve magnezyum (Mg) için 10 mg/L’den daha az olmak üzere çok düşük seviyelerde mineraller içerir; bu durum, ortalama 52 mg/L Ca ve 20 mg/L Mg içeren doğal yeraltı suyu kaynakları veya 34 mg/L Ca ve 10 mg/L Mg içeren yüzey suları ile tezat oluşturur.^[94] Bu demineralizasyon işlemi ayrıca, diş sağlığı ve mine güçlendirilmesi için çok önemli olan florür gibi temel iz elementleri de giderir.^[95]

Dünya Sağlık Örgütü’nün içme suyundaki besin maddeleri hakkındaki 2005 raporuna göre, ılımlı miktarlarda demineralize su tüketiminden kaynaklanan önemli akut sağlık riskleri yoktur, ancak uzun süreli alım, iskemik kalp hastalığından ve ani kardiyak ölümden kaynaklanan daha yüksek morbidite ve mortalite ile ilişkili düşük magnezyum seviyeleri nedeniyle artan kardiyovasküler hastalık riskine katkıda bulunabilir.^[96] Rapor ayrıca, düşük mineralli suyun kalsiyum ve magnezyum gibi elektrolitlerin idrarla atılımını %20’ye kadar artırabileceği, vücuttan mineral sızması olasılığının tartışmalı olduğunu belirtmekle birlikte, bu etkinin yeterli diyet alımına sahip yetişkinlerde genel mineral dengesini %5’ten daha az etkilediği tahmin edilmektedir.^[96]

Çek Cumhuriyeti’nde 2000’lerin başında ev tipi ters osmoz sistemleri kullanan popülasyonları içeren çalışmalar, kalsiyum ve magnezyumdaki akut eksikliklerle bağlantılı yorgunluk, halsizlik ve kas krampları gibi kısa vadeli semptomlar bildirdi.^[97] 2023 tarihli bir anlatı incelemesi de dahil olmak üzere 2020’lerden daha yeni incelemeler, uzun süreli düşük mineralli su tüketiminden kaynaklanan yetişkinlerde ve çocuklarda azalmış kemik mineral yoğunluğu gibi potansiyel sağlık risklerini öne sürse de dengeli bir diyet bazı etkileri hafifletebilir; çocuklar bodur büyüme ve diş çürükleri riskleriyle karşı karşıya kalabilir.^[95] 2023 tarihli bir çalışma ayrıca, çok düşük mineralli su tüketiminin homosistein seviyelerini ve oksidatif stresi yükseltebileceğini, potansiyel olarak çocuklarda kardiyovasküler sağlığı tehdit edebileceğini öne sürdü ancak bu etkilerin evrensel olmadığını vurguladı.^[98] 2025 itibarıyla araştırmalar, önceki önerileri değiştiren güncel küresel standartlar olmaksızın, riskleri dengelemek için diyet yeterliliğini desteklemeye devam etmektedir.^[99]

Potansiyel eksiklikleri azaltmak için saflaştırmadan sonra yeniden mineralizasyon önerilir; tipik olarak 20-30 mg/L Ca ve 10 mg/L Mg hedef seviyelerine ulaşmak için 20-50 mg/L kalsiyum karbonat (CaCO3) eklenir ve bu, katı üst sınırlar olmaksızın optimal içme suyu bileşimi için WHO yönergeleriyle uyumludur.^[96] Gıda kaynaklarından mineraller açısından zengin dengeli bir diyet, mineralli doğal sularda bile günlük magnezyum gereksinimlerinin yalnızca %6-31’ini sağlayan saflaştırılmış sudan gelen düşük katkıyı genellikle telafi eder.^[94] WHO’nun 2005 pozisyonlarının 2023’te yeniden teyit edilmesi, zorunlu mineralizasyon sınırları yerine diyet yeterliliğine öncelik vererek bu yönergelerin önemini vurgulamaktadır.^[95]

Sürdürülebilirlik ve Çevresel Etki

Saflaştırılmış su üretim yöntemleri, enerji ve kaynak talepleri açısından önemli ölçüde farklılık gösterir ve sera gazı (GHG) emisyonlarına ve su tüketimine katkıda bulunur. Çok aşamalı flaş (MSF) damıtma gibi termal damıtma işlemleri enerji yoğundur ve yüksek termal enerji gereksinimleri nedeniyle üretilen suyun metreküpü başına tipik olarak yaklaşık 3.3 kg CO₂ yayar.^[100] Buna karşılık, ters osmoz (RO) ile tuzdan arındırma daha az elektrik kullanır (metreküp başına yaklaşık 3-5 kWh) ve ortalama şebeke elektriği ile güçlendirildiğinde metreküp başına 0.4-1.5 kg CO₂ eşdeğeri daha düşük GHG emisyonlarına neden olur, ancak bu enerji kaynağına göre değişebilir.^[101] Ancak RO, deniz suyu tuzluluğunun genellikle 1.5-2 katı olan bir yan ürün olarak aşırı tuzlu su (brine) üretir; bu su deniz ortamlarına boşaltıldığında bentik organizmaları boğabilir, ekosistemleri değiştirebilir ve oksijen tükenmiş bölgeler yaratarak mercanlar ve deniz çayırları gibi deniz yaşamına zarar verebilir.^[102]^[103]

Atık yönetimi, saflaştırılmış su üretiminde ek çevresel zorluklar yaratır. İyon değişim süreçleri, asidik veya bazik çözeltilerle periyodik rejenerasyon gerektirir; bu, arıtılan su hacminin %1-5’ini oluşturan ve uygun şekilde nötralize edilmezse toprak ve su asitlenmesi riski taşıyan konsantre asitler içeren atık akışları üretir.^[104]^[105] Değiştirilmeden önce tipik olarak 5-7 yıl dayanan RO membranları, dünya çapında atılan modüllerden yıllık 14.000 tonun üzerinde olduğu tahmin edilen önemli miktarda plastik atık üretir; bunlar genellikle depolama alanlarına gider ve biyolojik olarak parçalanamayan poliamid bileşimleri nedeniyle uzun vadeli çevre kirliliğine katkıda bulunur.^[106]^[107]

Bu etkileri azaltmak için, saflaştırılmış su üretiminde sürdürülebilirlik uygulamaları giderek daha fazla benimsenmektedir. Sıfır sıvı deşarjı (ZLD) sistemleri, neredeyse tüm tuzlu suyu katı veya yeniden kullanılabilir su olarak geri kazanmak için buharlaşma ve kristalleşmeyi entegre ederek deniz deşarjlarını ortadan kaldırır, ancak ölçek ve enerji entegrasyonuna bağlı olarak metreküp başına yaklaşık 1.7-3.5 dolar maliyet eklerler.^[108]^[109] Orta Doğu ve Kuzey Afrika gibi kurak bölgelerde güneş enerjili RO tesisleri gibi yenilenebilir enerji entegrasyonu, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltır; örneğin, fotovoltaik sistemler RO enerji ihtiyaçlarının %100’ünü karşılayarak operasyonel emisyonları düşürürken bol güneş ışığından yararlanabilir.^[110]^[111]

Küresel olarak, temel bir saflaştırılmış su kaynağı olan tuzdan arındırma, son yıllarda dünya elektrik tüketiminin yaklaşık %0.4-1’ini oluşturmuştur ve kapasite genişledikçe 2025 yılı için yıllık yaklaşık 500-600 TWh projeksiyonu yapılmaktadır.^[112] Dünya genelinde, kümülatif çevresel baskıları artıran, günde 100.000 metreküp kapasiteyi aşan yaklaşık 1.300 büyük tesis dahil olmak üzere 21.000’den fazla tuzdan arındırma tesisi faaliyet göstermektedir.^[113] Ek olarak, saflaştırma sistemlerindeki bozunan filtrasyon membranlarından ve kartuşlardan mikroplastik salınımı su kirliliğine katkıda bulunur; çalışmalar, atık sularda toksinleri adsorbe edebilen ve besin zincirlerine girerek okyanus kirliliğini şiddetlendiren mikroplastik partikülleri tespit etmektedir.^[114]^[115]