TDS

Toplam çözünmüş katı maddeler (TDS), suda çözünmüş inorganik ve organik maddelerin toplam konsantrasyonunu ifade eder; bu kapsamda mineraller, tuzlar ve az miktarda organik madde yer alır ve tipik olarak litre başına miligram (mg/L) cinsinden ölçülür.^[1] Bu çözünmüş maddeler, standart bir filtreden geçer ve süzüntünün buharlaştırılması ve 180°C’de kurutulmasının ardından kalıntı olarak kalır.^[2] TDS seviyeleri doğal sularda büyük farklılıklar gösterir; bozulmamış tatlı sulardaki düşük değerlerden tuzlu veya acı ortamlardaki yüksek konsantrasyonlara kadar değişerek suyun iletkenlik ve yoğunluk gibi fiziksel özelliklerini etkiler.^[1]

TDS, bir numunenin filtrelenmesini, ardından buharlaştırılmasını ve kurutulmuş kalıntının tartılmasını içeren gravimetrik yöntemlerle nicelendirilir; ancak iyonik içerik ile elektriksel iletkenlik arasındaki korelasyon nedeniyle iletkenlik tabanlı tahmin, hızlı bir vekil (proxy) olarak hizmet eder.^[3][2] su-kalitesi/" class="wiki-link" title="Su Kalitesi">Su kalitesi değerlendirmesinde TDS, doğrudan bir sağlık metriğinden ziyade genel mineral içeriğinin bir göstergesi olarak hizmet eder; yüksek seviyeler potansiyel olarak kalsiyum, magnezyum, sodyum gibi belirli iyonların veya arsenik ve kurşun gibi kirleticilerin varlığına işaret edebilir.^[4][5]

ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) gibi düzenleyici kurumlar, tat ve koku gibi estetik sorunları azaltmak için içme suyunda 500 mg/L’lik ikincil bir maksimum kirletici seviyesi belirlemiştir; ancak tipik konsantrasyonlarda olumsuz etkilerin doğrudan kanıtı sınırlı olduğundan, uygulanabilir bir sağlık standardı mevcut değildir.^[6] Yüksek TDS, lezzet sorunlarına, sülfatlardan kaynaklanan laksatif etkilere, tesisatta kireçlenmeye ve kazanlarda veya sulama sistemlerinde verimlilik düşüşüne neden olabilirken, çok düşük TDS düz bir tat verebilir veya aşındırıcılığı artırabilir.^[1][7] Çevresel bağlamlarda, tarımsal yüzey akışı veya endüstriyel deşarjlar gibi kaynaklardan gelen aşırı TDS, organizmalardaki ozmotik dengeyi değiştirerek sucul ekosistemlere zarar verebilir.^[8]

Temel İlkeler

Tanım ve Prensipler

Toplam çözünmüş katı maddeler (TDS), suda çözünmüş inorganik ve organik maddelerin toplam kütlesini oluşturur. Bu, numunenin askıda katı maddeleri (>0.45 μm) dışlamak için 0.45 μm gözenek boyutlu bir membrandan süzülmesi, süzüntünün buharlaştırılması ve 180°C’de sabit ağırlığa kadar fırında kurutulmasıyla elde edilen kuru, susuz kalıntı olarak nicelendirilir. Su yoğunluğunun 1 g/mL’ye yakın olduğu varsayılarak mg/L veya eşdeğer olarak milyonda bir (ppm) cinsinden ifade edilen TDS, tek atomlu ve çok atomlu iyonları (örneğin \(Na^+\), \(Ca^{2+}\), \(SO_4^{2-}\)), nötr molekülleri ve filtre kesiminden daha küçük ultra ince partikülleri içerir; böylece toplam askıda katı maddelerden veya toplam katılardan (filtrelenmemiş kalıntı) ayrılır.^[2][9]

Bu çözünme süreci, az çözünen tuzlar için çözünürlük çarpımı sabiti (\(K_{sp}\)) tarafından tanımlandığı gibi, suda bir çözünenin doygunluk konsantrasyonunun çökelme ve yeniden çözünme oranlarını dengelediği temel çözünürlük dengelerine bağlıdır. Temel nedensel faktörler şunları içerir: çoğu iyonik katı için endotermik çözünme yoluyla çözünürlüğü artıran sıcaklık (Le Chatelier ilkesine göre dengeyi çözünmüş türlere kaydırarak); protonasyon durumlarını ve dolayısıyla türleşmeyi değiştiren pH (örneğin artan \(H^+\), karbonat minerali çözünürlüğünü artırır); ve Debye-Hückel teorisi aracılığıyla iyon yüklerini perdeleyerek aktivite katsayılarını mütevazı bir şekilde artıran ancak ortak iyon etkisiyle paylaşılan türlerin daha fazla çözünmesini kısıtlayan çözelti iyonik kuvveti. İyon-dipol hidrasyonu ve çözücü kohezyonunu aşan kafes enerjisi gibi moleküller arası kuvvetlere dayanan bu fiziksel-kimyasal etkileşimler, kaynak kayaç ayrışmasını ve akifer dinamiklerini yansıtan, filtre boyutlarını aşan kolloidal dispersiyonlardan bağımsız TDS profilleri verir.^[10][11]

Laboratuvar türevi ampirik aralıklar doğal suları TDS’ye göre sınıflandırır: tatlı su tipik olarak 1.000 mg/L’nin altında kaydedilir; düşük mineralli akışlar genellikle nehir ve göl numunelerinin buharlaştırılmış kalıntı analizlerinden 500 mg/L’nin altındadır; acı sular 1.000–10.000 mg/L arasındadır ve yeraltı suyu envanterlerinde geçiş tuzluluk gradyanlarını yansıtır. Bu eşikler, estetik veya faydacı örtüşmeler olmaksızın fizikokimyasal rejimleri tanımlayan küresel hidrolojik veri setleri genelindeki standartlaştırılmış gravimetrik belirlemelerden türetilir.^[12]

Kimyasal Bileşim

Sudaki toplam çözünmüş katı maddeler (TDS) ağırlıklı olarak inorganik iyonlardan oluşur; ana katyonlar kalsiyum (\(Ca^{2+}\)), magnezyum (\(Mg^{2+}\)), sodyum (\(Na^+\)) ve potasyum (\(K^+\)) iken, ana anyonlar bikarbonat (\(HCO_3^-\)), sülfat (\(SO_4^{2-}\)), klorür (\(Cl^-\)) ve daha az oranda nitratı (\(NO_3^-\)) kapsar.^[13][7] Bu bileşenler tipik olarak, katyonların ve anyonların elektriksel olarak dengelenerek çözünmüş maddenin büyük kısmını oluşturduğu doğal sularda analiz edilen sekiz birincil iyonun toplamını verir.^[14] Çürüyen bitki örtüsünden türetilen hümik ve fülvik asitler gibi organik maddeler, kirlenmemiş sistemlerde genellikle toplam TDS’nin %5-10’undan daha azını oluşturan küçük bir kısmına katkıda bulunur, ancak organik açıdan zengin yüzey sularında artabilir.^[7][15]

TDS’nin iyonik profili, katyon-anyon eşleşmelerinin mineral çözünürlüklerini yansıttığı su kimyası dengelerine bağlı değişkenlik gösterir. Örneğin, kalsiyum-bikarbonat baskın sularda sertlik, \(CO_2\)’nin kısmi basıncının karbonat çözünmesini etkilemesiyle (25°C’de \(K = [Ca^{2+}][HCO_3^-]^2 / P_{CO2} \approx 10^{-7.8}\)) \(CaCO_3\) eşdeğerleri olarak 100 mg/L’yi aşan \(Ca^{2+}\) ve \(HCO_3^-\)’den kaynaklanır.^[15] Evaporit etkili ortamlarda sülfat-klorür profilleri baskındır; burada \(Na^+\) veya \(Ca^{2+}\), \(SO_4^{2-}\) veya \(Cl^-\) ile eşleşerek 1.000 mg/L veya daha fazla TDS verir, çünkü çözünürlük sınırları (örneğin jips \(K_{sp} = 10^{-4.58}\)) konsantrasyonları kısıtlar.^[15] \(MgSO_4^0\) veya \(NaCO_3^-\) gibi iyon eşleşmeleri, serbest iyon aktivitesini azaltır ve iletkenlik-kütle dönüşüm faktörlerini (tipik olarak 0.5-0.8) değiştirerek görünür TDS ölçümlerini etkiler.^[14]

Ampirik analizler, TDS’nin ölçülen konsantrasyonların toplamı olarak hesaplandığı ana iyon dengeleri aracılığıyla bu profilleri doğrular: \(TDS \approx \Sigma[katyonlar] + \Sigma[anyonlar] + silika (SiO_2, 5-30 mg/L)\) gibi küçük nötrler. Düşük TDS’li tatlı sularda (<500 mg/L), bikarbonat genellikle anyonların %50-80’ini oluştururken, daha yüksek tuzluluk rejimlerinde (>%30) klorür-sülfat baskınlığına kayar.^[13] Eser organikler veya ligandlarla kompleksleşme çözünürlüğü daha da modüle edebilir, ancak inorganik iyonlar TDS değişkenliğinin nedensel faktörleri olmaya devam eder.^[15]

Tarihsel Bağlam

Erken Analiz ve Ölçüm

Sudaki toplam çözünmüş katı maddelerin (TDS) nicelendirilmesi, 19. yüzyılın ortalarında analitik kimyadaki daha geniş gelişmelerin bir parçası olarak doğal sulara ve tarımsal çözeltilere uygulanmasıyla ortaya çıktı. Kimyagerler, bilinen hacimdeki bir su örneğini buharlaştırarak ve kurutmadan sonra kalan inorganik ve organik maddeyi tartarak çözünmüş mineral içeriğini tahmin eden gravimetrik teknikler kullandılar. Bu yöntemler, nicel organik ve inorganik analizdeki temel çalışmalara dayanıyordu; erken uygulamalar, ürünler üzerindeki verimlilik ve tuzluluk etkilerini değerlendirmek için toprak özlerine ve sulama sularına odaklanıyordu. 1840’lara gelindiğinde, bu tür analizler tarım kimyasını bilgilendirdi ve çözünmüş tuzların bitki beslenmesini nasıl etkilediğini, gerçekten çözünmüş olanı partikül maddeden ayırt etmek için standartlaştırılmış protokoller olmadan ortaya koydu.^[16]

İlk pratik kullanımlar halk sağlığı değerlendirmelerinde, özellikle kentsel su kaynaklarında ortaya çıktı. 1850’lerin Londra’sında, Thames kaynaklı sulara yönelik soruşturmalardan gelen raporlar, sodyum ve magnezyum klorürleri, kalsiyum sülfat ve karbonatlar gibi yüksek çözünmüş tuzları, içilebilirlik risklerinin göstergeleri olarak vurguladı; yüksek mineral yüklerini sindirim rahatsızlıklarına ve yukarı akıntı kirliliğine bağladı. Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri’ndeki benzer araştırmalar (ABD Jeolojik Araştırmalar Kurumu öncüleri dahil), belediye kaynaklarını değerlendirmek için buharlaşma bazlı kalıntı ölçümlerini kullandı ve genellikle 500 mg/L’yi aşan TDS seviyelerini tat ve laksatif etkiler nedeniyle içmeye uygunsuzlukla ilişkilendirdi. Bu çabalar, dönemin tuzluluğu sağlıklılığın bir vekili olarak görme odağını yansıtarak, iyonik türleşmeden ziyade ampirik kalıntı ağırlıklarına öncelik verdi.^[17][18]

1950’den önce, tutarsız numune işleme ve tek tip filtreleme kriterlerinin olmaması gibi metodolojik sınırlamalar devam etti; bu da sıklıkla askıda partiküllerin kalıntıya dahil edilmesiyle TDS’nin olduğundan fazla tahmin edilmesine neden oldu. Analizler genellikle ön filtreleme olmadan veya bez gibi kaba ortamlar kullanılarak ilerledi ve çözünmüş bileşenleri kolloidal veya ince tortularla karıştıran toplam katı metriklerini harmanladı. II. Dünya Savaşı sonrası iyileştirmeler, gelişmekte olan standardizasyon kuruluşları tarafından yönlendirilerek, sadece süzüntünün buharlaştırılması için cam elyaf veya standartlaştırılmış filtrelere doğru kaydı; bu durum doğruluğu artırdı ancak daha önceki verilerin hassas çözünmüş nicelendirme için güvenilmezliğini vurguladı.^[19][20]

Önemli Dönüm Noktaları ve Standardizasyon

Dünya Sağlık Örgütü, toplam çözünmüş katı maddeleri, 1958 tarihli Uluslararası İçme Suyu Standartları ile başlayan erken içme suyu kalitesi kılavuzlarına dahil etti; bu standartlar, TDS’yi lezzet ve kabul edilebilirliği etkileyen diğer parametrelerle birlikte ele aldı. 1971 baskısı da dahil olmak üzere sonraki revizyonlar, sağlığa dayalı sınırlar oluşturmadan tat bozukluklarını önlemek için maksimum 1.000 mg/L gibi eşikleri vurguladı.^[7] Buna paralel olarak, ABD Jeolojik Araştırmalar Kurumu (USGS), 1960’lar ve 1970’ler boyunca doğal sularda TDS nicelendirmesi için 180°C’de buharlaştırma kalıntısı yöntemini bir standart olarak resmileştirdi; hidrolojik değerlendirmelerde tutarlı raporlamayı sağlamak için suyun kimyasal özelliklerine ilişkin 1959 ve 1970 yayınlarında özetlenen analitik protokollere dayandı.^[16][21]

1970’lere gelindiğinde, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), 1972 Temiz Su Yasası değişiklikleri aracılığıyla TDS’yi düzenleyici izlemede yükseltti; bu yasa, kirletici deşarj izinlerinin ve kalite kriterlerinin bir parçası olarak yüzey sularındaki çözünmüş katıların değerlendirilmesini zorunlu kıldı ve 1976’da estetik nitelikleri korumak için içme suyunda 500 mg/L’lik ikincil maksimum kirletici seviyeleri belirledi.^[22][23] 1980’lerdeki diğer iyileştirmeler, TDS’yi Yasa’nın genişletilmiş çerçevesi altındaki ülke çapında nokta kaynaklı olmayan değerlendirmelere entegre etti ve havza çapındaki eğilimler için buharlaşma ve iletkenlik tabanlı vekillere öncelik verdi.^[22]

Uluslararası uyumlaştırma, 20. yüzyılın sonlarında standartlaştırılmış analitik protokoller aracılığıyla ilerledi, ancak birincil güven USGS ve WHO gibi ulusal yöntemlerde kaldı; 2000’lerdeki sonraki güncellemeler, değişen hidroloji ve girdilerden kaynaklanan ampirik tuzluluk artışlarını yansıtarak TDS’yi savunmasız havzalar için iklimden etkilenen izleme protokollerine dahil etti.^[2]

Ölçüm ve Analitik Yöntemler

Gravimetrik ve Buharlaştırma Teknikleri

Gravimetrik yöntem, toplam çözünmüş katı maddelerin (TDS) nicelendirilmesi için kesin referans tekniğini temsil eder. Operasyonel olarak, bir su numunesinin 0.45 μm gözenek boyutlu bir filtreden geçirilmesi, ardından süzüntünün buharlaştırılması ve 180°C’de sabit ağırlığa kadar kurutulmasından sonra kalan kalıntının kütlesi olarak tanımlanır.^[24] Bu yaklaşım, buharlaşma sonrası uçucu olmayan kütlenin korunumuna dayanan ampirik kesinlik sağlar, ancak ısıtma sırasında kaybedilen uçucuları hariç tutar.^[25] Ölçülen bir numune hacmi (tipik olarak optimum sinyal-gürültü oranı için 2.5–200 mg kalıntı verecek şekilde seçilir), önceden tartılmış, ateşlenmiş bir buharlaştırma kabında buharlaştırılır, 180°C’de bir mufla fırınında sabit ağırlığa ulaşılana kadar (birbirini izleyen iki tartımın önceki ağırlığın 0.5 mg veya %4’ünden daha az farklılık göstermesi olarak tanımlanır) kurutulur ve bir desikatörde soğutulduktan sonra analitik bir terazide tartılır.^[24][26] TDS konsantrasyonu (kalıntı kütlesi (mg) / numune hacmi (L)) olarak hesaplanır, mg/L cinsinden rapor edilir; 100 mg/L’nin altındaki değerler iki anlamlı basamağa, daha yüksek değerler üçe yuvarlanır.^[24]

180°C’de buharlaştırarak kurutma, suyun ve hapsedilmiş nemin uzaklaştırılmasını sağlar ancak bikarbonat iyonlarından (\(HCO_3^- \rightarrow CO_3^{2-} + CO_2 + H_2O\)) ve daha az oranda belirli organiklerden veya amonyum tuzlarından türetilen karbondioksitin uçuculaşmasından kaynaklanan sistematik kütle kaybına neden olur; bu durum, yüksek alkaliliğe sahip sularda başlangıçtaki çözünmüş kütleyi birkaç yüzdeye kadar eksik tahmin eder.^[25] Bu sınırlama, düzeltme yapılmadan eksik dönüşüm veya uçucuların hapsolmasının meydana gelebileceği termal bozunma kinetiğinden kaynaklanır; buharlaşmadan önce mineral asit (örneğin pH < 2’ye kadar HCl) ile ön işlem \(CO_2\)’yi yerinde (ex situ) serbest bırakır ve “gerçek” uçucu olmayan kalıntının ilkeler kütle dengesine daha yakın bir şekilde nicelendirilmesine izin verir, ancak standart protokoller rutin TDS için bunu zorunlu kılmaz.^[27] Doğruluk, hassas hacim ölçümü, filtre bütünlüğü ve terazi kalibrasyonuna bağlı olarak 100 mg/L’yi aşan TDS seviyeleri için kontrollü laboratuvar koşullarında ±%5 bağıl standart sapma sağlar.^[3]

Laboratuvarlar arası doğrulamalar, 50–500 mg/L konsantrasyonlarında doğal sular için tipik olarak %10 veya yaklaşık 10 mg/L içindeki uyumu teyit eder; bu, kaplarda silika kabuklanması gibi matris etkilerine rağmen operatör değişkenliğini en aza indiren standartlaştırılmış kurutma ve tartma protokollerine atfedilebilir.^[28] Bu çalışmalar, yöntemin düzenleyici uyum için sağlamlığını vurgular, ancak terazi hassasiyeti sınırları ve kullanım sırasında potansiyel analit kaybı nedeniyle hassasiyet 10 mg/L’nin altında bozulur.^[29]

İletkenlik Tabanlı Tahmin

25°C’ye normalize edilmiş elektriksel iletkenlik olarak tanımlanan özgül iletkenlik, \(TDS (mg/L) \approx k \times \kappa_{25} (\mu S/cm)\) ampirik ilişkisi aracılığıyla su numunelerindeki toplam çözünmüş katı maddeleri (TDS) tahmin etmek için hızlı bir vekil sağlar; burada \(k\), iyonik bileşime bağlı olarak 0.5 ile 0.9 arasında değişen bir dönüşüm faktörüdür.^[30] Bu yaklaşım, iletkenliğin seyreltik seviyelerde iyon konsantrasyonuna doğrusal bağımlılığından kaynaklanır; iletkenlik, doğrudan kütleden ziyade çözünmüş iyonların kolektif hareketliliğini ve yükünü yansıtır.^[30]

Dönüşüm faktörü \(k\), baskın iyonlarla değişir; örneğin, yüksek iyonik hareketlilik nedeniyle NaCl baskın tuzlu sular için 0.5’e yakın değerler uygulanırken, akarsular ve göller gibi karışık iyonlu doğal tatlı sular için 0.6 ila 0.7 tipiktir.^[30][31] Alana özgü kalibrasyon, iletkenlik verilerini gravimetrik olarak belirlenen TDS ve ana iyon analizlerine karşı gerileterek \(k\)’yi iyileştirir ve değişen kimyasallardan kaynaklanan tutarsızlıkları azaltır.^[32] Kalibrasyon olmadan, heterojen iyon karışımlarındaki tahminler %10 ila %30 hata verebilir.^[33]

Bu yöntem, gerçek zamanlı saha izlemesinde üstündür ve pH 4–11 ve 5–35°C sıcaklıkları içindeki doğal sular için USGS protokollerinde özetlendiği gibi taşınabilir veya yerinde sensörler aracılığıyla sürekli değerlendirme sağlar.^[30] İletkenlik ölçerlerin kalibrasyonu, 100 μS/cm üzerindeki değerler için ±%3 dahilinde doğruluk sağlamak üzere potansiyel klorür standartlarını kullanır.^[30] Sınırlamalar, \(H^+\) hareketliliği gibi telafi edilmemiş iyon etkileri nedeniyle aşırı pH (<4 veya >11) değerlerinde artan hataları içerir.^[30]

Gelişmiş ve Vekil Yöntemler

Kütle spektrometrisi (IC-MS) ile birleştirilmiş iyon kromatografisi (IC) ve indüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) gibi gelişmiş enstrümantal teknikler, ana iyonların ve eser elementlerin ayrıntılı türleşmesini sağlayarak, TDS’nin toplu buharlaşmaya güvenmek yerine nicelleştirilmiş çözünmüş bileşenlerin toplamı olarak hesaplanmasına olanak tanır.^[34][35] Bu yöntemler, karmaşık matrisler için yüksek hassasiyet sağlar; ICP-MS elementleri trilyonda bir seviyelerinde tespit eder, ancak matris girişimlerini önlemek için %0.2 katı maddeyi aşan yüksek TDS’li sular için genellikle numune seyreltmesi gerekir.^[36]

2023 tarihli bir Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırmalar Kurumu (USGS) vekil modeli, doğal sularda TDS ve tuzluluğu tahmin etmek için özgül iletkenliği ana iyon su tipiyle (örneğin kalsiyum-bikarbonat veya sodyum-klorür baskınlığı) birleştirir ve Yukarı Colorado Nehri Havzası’ndaki 66 izleme sahasında ±%10 dahilinde doğruluk elde eder.^[2][37] Bu yaklaşım, tam iyon analizi olmadan hızlı tahmin için gerçek zamanlı iletkenlik verilerinden yararlanır ve çeşitli hidrolojik ortamlarda laboratuvar ölçümlü TDS’ye karşı doğrulanmıştır.^[37]

Hibrit destek vektör makinesi (SVM) optimizasyonları dahil olmak üzere makine öğrenimi modelleri, nehirlerdeki uzay-zamansal TDS tahmini için uygulanmıştır. İran’ın Babolrood Nehri üzerine yapılan 2023 tarihli bir çalışmada, kültürel algoritma (SVM-CA), harmoni araması (SVM-HS) ve öğretme-öğrenme tabanlı optimizasyon (SVM-TLBO) ile optimize edilen SVM varyantları, TDS’yi tahmin etmek için aylık hidrolojik girdileri kullandı ve meta-sezgisel ayarlama yoluyla ortalama karesel hatayı azaltarak bağımsız SVM’den daha iyi performans gösterdi.^[38] Bu modeller deşarj ve yağış gibi değişkenleri entegre ederek, geleneksel yöntemlerin geride kaldığı dinamik sistemler için gelişmiş doğruluk gösterir.^[38]

Landsat 8 Operational Land Imager gibi uydular aracılığıyla uzaktan algılama, görünür ve yakın kızılötesi bantlardaki spektral yansıma yoluyla yüzey suyu tuzluluğunu ve TDS’yi tahmin eder ve büyük ölçekli izleme için yerinde ölçümlerle ilişkilendirilir.^[39] Genellikle rastgele ormanlar (random forests) gibi makine öğrenimi ile eşleştirilen doğrulanmış modeller, tuzluluk endekslerini zemin gerçeği verilerine karşı tersine çevirerek nehirlerdeki ve kıyı bölgelerindeki TDS eğilimlerini tahmin eder ve yoğun saha örneklemesi olmadan uzay-zamansal varyasyonların tespit edilmesini sağlar.^[40][39]

Kaynaklar ve Dağılım

Doğal Jeolojik ve Hidrolojik Kaynaklar

Doğal sulardaki toplam çözünmüş katı maddeler, ağırlıklı olarak su ile jeolojik malzemeler arasındaki jeokimyasal etkileşimlerden kaynaklanır; buna kayaçların ve toprakların ayrışması ve çözünmesi dahildir. Silikat minerallerinin karbonik asit (yağışta çözünen atmosferik CO₂’den oluşan) tarafından kolaylaştırılan kimyasal hidrolizi gibi doğal ayrışma süreçleri, çözeltiye \(Ca^{2+}\), \(Mg^{2+}\), \(Na^+\), \(K^+\), \(HCO_3^-\), \(SO_4^{2-}\) ve \(Cl^-\) gibi iyonlar salar.^[16][1] Örneğin, birincil silikatları içeren reaksiyonlar bikarbonat baskın sular üretir: ortoklaz feldispat (\(KAlSi_3O_8\)) + \(2H^+\) + \(9H_2O \rightarrow Al(OH)_3\) + \(K^+\) + \(3H_4SiO_4\); burada \(H^+\), \(H_2CO_3\)’ten kaynaklanır ve ilişkili \(HCO_3^-\) verir.^[16] Halit (NaCl) ve jips (\(CaSO_4 \cdot 2H_2O\)) gibi çözünür evaporit birikintileri, tortul oluşumlarda bulunduğunda klorür ve sülfat iyonlarına katkıda bulunur; bu durum özellikle az çözünen minerallerin jeolojik zaman ölçeklerinde çözündüğü kurak ortamlarda belirgindir.^[41][42]

Hidrolojik sistemlerde, kapalı veya kurak havzalardaki buharlaşma bu çözünmüş iyonları konsantre ederek TDS’yi ilk ayrışma girdilerinin ötesine taşır; örneğin endoreik sistemlerde, tekrarlanan buharlaşma döngüleri konsantrasyonları besleme sularına göre 10 kat veya daha fazla artırabilir.^[1] Nehir kaynaklı TDS için küresel taban değerler litolojik ve iklimsel kontrolleri yansıtır; tipik olarak 100–200 mg/L ortalamasındadır, ancak değerler nemli, düşük ayrışmalı havzalarda (örneğin granitik araziler) 100 mg/L’nin altından, Colorado Nehri’nin evaporitler ve buharlaşmadan etkilenen bölümleri gibi kurak nehirlerde 1.500 mg/L’nin üzerine kadar değişir.^[43][1] Yeraltı suyu TDS’si, akifer litolojisine bağlı daha büyük değişkenlik sergiler: karbonat baskın sistemler genellikle kireçtaşı çözünmesinden 200–500 mg/L Ca-HCO₃ suları verirken, silisli veya evaporit açısından zengin akiferler, daha yavaş besleme ve mineral çözünürlüğü nedeniyle daha yüksek tuzluluk (birkaç bin mg/L’ye kadar) üretir.^[44][16]

Doğal sistemlerdeki TDS döngüsü, mineral çökelme-çözünme reaksiyonları yoluyla dengeleri korur; bunlar pH, sıcaklık ve CO₂ kısmi basıncı tarafından modüle edilir ve su-kaya etkileşimlerinin kararlı izotop takibi ile kanıtlanan uzun vadeli taban değerlerine sahiptir.^[16] \(\delta^{18}O\), \(\delta^2H\) ve radyojenik izleyiciler kullanan IAEA izotop hidrolojisi çalışmaları, besleme seyreltmesini buharlaşma zenginleşmesinden ve antik çözünme akılarını modern akılardan ayırt ederek bu süreçleri nicelendirir ve kirlenmemiş havzalardaki baskın ilksel girdi olarak ayrışmayı doğrular.^[45] Değerlendirilen ABD akarsularının %89’unda, jeolojik ayrışma birincil çözünmüş katı yükünü oluşturur ve hidrolojik TDS dağılımlarını oluşturmadaki nedensel rolünün altını çizer.^[46]

Antropojenik Katkılar

Gübre ve pestisit uygulamalarından kaynaklanan tarımsal yüzey akışı, alıcı akarsulara ve nehirlere çözünür tuzlar, nitratlar ve diğer iyonları sokarak TDS konsantrasyonlarını yükseltir. Kentsel yüzey akışı, özellikle sodyum klorür ile yol buzunun çözülmesi, kuzey ılıman havzalardaki kış erime dönemlerinde genellikle 100 ila 500 mg/L arasında değişen klorür baskın tuzluluk artışlarına katkıda bulunur.^[1][47] Bu girdiler, antropojenik tuz döngüsünü hızlandırır, geçirimsiz yüzeylerden ve tarım alanlarından gelen kütle yüklemesi yoluyla iyon akılarını doğal taban değerlerinin ötesine taşır.^[48]

Madencilik operasyonlarından kaynaklanan endüstriyel atık sular, sülfatlar ve ağır metaller dahil olmak üzere çözünmüş minerallerle yüklü tuzlu suları boşaltarak, nokta kaynaklı salımlar yoluyla aşağı akış TDS’sini doğrudan artırır. Tuzdan arındırma tesisleri, TDS seviyeleri tipik olarak 50.000 mg/L’yi (deniz suyununkinin kabaca iki katı) aşan hipersalin tuzlu su konsantreleri üretir; bunlar kıyı veya iç sulara boşaltıldığında yerel yüksek tuzluluk dumanları oluşturur.^[49][50] Bu tür faaliyetlerden kaynaklanan nicel akışlar sahaya göre değişir, ancak tarihsel madencilik azalmaları ve verimlilik kazanımları, bazı ABD nehirlerinde gözlemlenen %85’e varan TDS akısı düşüşlerine katkıda bulunmuş ve operasyonel değişikliklerin antropojenik girdileri modüle etmedeki rolünü vurgulamıştır.^[51]

Konut ve belediye kaynaklarından gelen atık su deşarjları, özellikle iyon değişimli su yumuşatma içerenler, yüksek sodyum ve klorür konsantrasyonları ekler; USGS izlemesi bunları deterjanlara ve yumuşatıcı rejenerantlarına bağlar.^[1] Yüzey suyu değerlendirmelerinden elde edilen EPA verileri, bu tür yaygın girdilerin kentsel akarsularda TDS’yi artırdığını doğrulamaktadır; burada yumuşatmadan kaynaklanan klorür, yoğun hizmet verilen alanlarda doğal seviyeleri 10 kat veya daha fazla aşabilir.^[8] Bu katkılar, izotopik imzaları ve insan faaliyet modelleriyle uyumlu zamansal artışları ile jeolojik kaynaklardan ayırt edilerek kütle dengesi analizleri yoluyla doğrulanabilir.^[52]

Çevresel Dinamikler

Yüzey ve Yeraltı Sularında Oluşum

Yüzey sularındaki toplam çözünmüş katı maddeler (TDS) konsantrasyonları, belirgin mevsimsel varyasyonlar gösterir; kurak dönemlerde azalan akarsu akışı ve havza ayrışması ile buharlaşmadan gelen mineral girdilerinin azalmış seyreltilmesi nedeniyle zirveler oluşur. Kuraklığa eğilimli havzalarda, ampirik analizler TDS akısı düşüşlerinin %85’e varan kısmını, kuraklık ve yeraltı suyu çekimi nedeniyle azalan akışlara bağlar ve hacimler küçüldükçe çözünen maddeleri konsantre eder.^[51] Muson veya yağışlı mevsim seyreltmesi benzer şekilde TDS’yi düşürür; yarı kurak tarım bölgelerinde ortalama seviyelerin artan beslemeyle 1272 mg/L’den 1166 mg/L’ye düştüğü gözlemlenmiştir.^[53] Laurentian Büyük Gölleri’nden alınan uzun vadeli kayıtlar, federal izleme veri setlerinde artan ana iyon seviyelerini belgelemekte ve çok on yıllık ölçeklerde havza çapında TDS’yi yükselten kümülatif girdileri yansıtmaktadır.^[54]

Yeraltı suyu TDS profilleri sıklıkla derinliğe bağlı gradyanlar sergiler; uzayan kalış süreleri ve mineral çözünmesiyle akifer derinliği arttıkça yoğunlaşır, ancak yerel besleme daha sığ bölgeleri modüle edebilir. 2023’te örneklenen Pencap bölgesi sondajlarında, TDS arsenik mobilizasyonuyla birlikte derinlikle sistematik olarak değişmiştir; üst akiferlerdeki yüksek tuzlar atık girdilerine, daha derinlerdeki azalmalar ise nehirlerin yakınındaki indirgeyici koşullara bağlanmıştır.^[55] Aşırı pompalama, daha yoğun, mineral açısından zengin suları yukarı çekerek veya savunmasız ortamlarda intrüzyonu mümkün kılarak tuzlanmayı yoğunlaştırır; bu durum, çekimin hidrolik dengeleri bozduğu alçak tarım ovalarında görülür.^[56][57]

Kurak bölge sıcak noktaları, hem yüzey hem de yeraltı sularında aşırı TDS’yi konsantre eder; buharlaşma kayıplarının sızmayı geride bıraktığı yerlerde genellikle 5000 mg/L’yi aşar ve Ölü Deniz gibi kapalı havzalara benzer hipersalin analogları besler. Bu tür rejimlerde, aşağı akış yüzey TDS’si akış yolları boyunca yaklaşık 370 mg/L’den 1000 mg/L’nin üzerine tırmanırken, bitişik akiferler minimum yıkama nedeniyle bu yükselmeleri yansıtır.^[58] Bu modeller, iklim kaynaklı kuraklığın ve seyrek hidrolojinin, küresel kurak arazilerde ampirik olarak haritalanan yüksek çözünen yüklerini sürdürmedeki nedensel rollerinin altını çizer.^[59]

Hidrolojik Modelleme ve Eğilimler

Toprak ve Su Değerlendirme Aracı (SWAT) ve Hidrolojik Simülasyon Programı-Fortran (HSPF) gibi hidrolojik modeller, yüzey akışı, sızma, evapotranspirasyon ve çözünen adveksiyon-dispersiyon için fizik tabanlı denklemleri entegre ederek havza ölçeğinde TDS taşınımını ve akısını simüle eder.^[60][61] SWAT, çeşitli havzalarda gözlemlenen akım ve su kalitesi verilerine karşı doğrulanmış, tarımsal ve nokta kaynaklı olmayan kaynaklardan çözünen bileşen yüklemesini tahmin etmek için Değiştirilmiş Evrensel Toprak Kaybı Denklemi’ni ve kimyasal taşıma modüllerini kullanır.^[62] HSPF ise, yağışın tutulma, sızma ve yüzey akışına ayrıntılı olarak bölünmesi yoluyla hidrolojik süreçlerin ve nokta kaynaklı olmayan kirliliğin sürekli simülasyonunu uygular ve su dengesi bileşenleriyle bağlantı kurarak TDS tahminine olanak tanır.^[63] Bu modeller, TDS dinamiklerini etkileyen arazi kullanımı değişiklikleri veya yönetim uygulamaları için senaryo analizini kolaylaştırır; kalibrasyon, test edilen havzalarda akış ve çözünen tahminleri için tipik olarak 0.5’in üzerinde Nash-Sutcliffe verimlilik katsayılarına ulaşır.^[64]

Son modelleme çalışmaları, belirli nehirlerde gözlenen TDS düşüşlerini artan akım değişkenliğine bağlamaktadır; HSPF varyantları aracılığıyla simüle edilen daha yağışlı koşullar altında akış artışı konsantrasyonları %50-85 oranında azaltmaktadır.^[65] İklim kaynaklı eğilimler TDS dalgalanmalarını şiddetlendirir: kuraklıklar buharlaşma ve azalan seyreltme yoluyla çözünenleri konsantre ederken, plüviyal dönemler yıkamayı teşvik eder; örneğin, yarı kurak havzalardaki uzay-zamansal analizler, düşük akış olayları sırasında 3000 mg/L’yi aşan TDS artışlarını ortaya koymakta ve azalmış seyreltme kapasitesi yoluyla aşağı akış ekosistemlerine yönelik riskleri artırmaktadır.^[66] Kabil Nehri Havzası’nda, makine öğrenimi ile güçlendirilmiş hidrolojik modeller, RCP senaryoları altında artan TDS değişkenliğini öngörmekte, uzun süreli kuraklık dönemlerini yüksek tuzluluk ve sulama uygunluğu için potansiyel toksisite eşikleriyle ilişkilendirmektedir.^[67]

Vekil yöntemler, izlenmeyen sahalarda TDS tahminini iyileştirmek için özgül iletkenliği ana iyon bileşimlerine karşı gerileterek geliştirilmiştir; USGS tarafından 2023’te geliştirildiği gibi, bu iletkenlik-iyon modelleri, bikarbonat veya sülfat tiplerinin baskın olduğu doğal sular için %10’un altında kök-ortalama-kare hatasıyla TDS tahminleri verir.^[2] PHREEQC tabanlı hesaplamalar, iletkenlik verilerini jeokimyasal türleşme ile dengeleyerek, iyonik kuvvet etkilerini hesaba katarken 6.000’den fazla yüzey suyu örneğinde hızlı tuzluluk haritalamasına olanak tanıyarak vekilleri daha da iyileştirir.^[68] Jeofiziksel kovaryantlar üzerinde eğitilmiş artırılmış regresyon ağacı algoritmaları, veri açısından seyrek akiferler için yeraltı suyu iletkenliğini—ve dolayısıyla TDS’yi—tahmin eder ve Mississippi Alüvyal Ovası gibi bölgelerde eğilim ekstrapolasyonunu destekler.^[69]

Sağlık ve Biyolojik Etkiler

İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkiler

İçme suyundaki toplam çözünmüş katı maddeler (TDS), toplu bir ölçüm olarak doğal bir toksisite sergilemez; sağlık etkileri öncelikle toplam konsantrasyondan ziyade spesifik çözünmüş iyonlardan kaynaklanır.^[7] Dünya Sağlık Örgütü (WHO), 600 mg/L’lik kılavuz değerini, doğrudan sağlığı korumadan ziyade lezzet ve görünüm gibi organoleptik amaçlı olarak sınıflandırır; çünkü sorunlu kirleticiler yokken TDS seviyeleri ile olumsuz sonuçlar arasında yerleşik bir nedensel bağlantı yoktur.^[7]

50 mg/L’nin altındaki düşük seviyelerde, demineralize edilmiş veya çok düşük TDS’li su, kalsiyum ve magnezyum gibi temel minerallerin alımının azalmasına katkıda bulunabilir; bu durum, yumuşak su bölgelerindeki epidemiyolojik gözlemlerde daha yüksek kardiyovasküler hastalık (CVD) riskleriyle potansiyel olarak ilişkilidir.^[70] Çalışmalar, düşük mineralli su tüketen popülasyonların, CVD patogenezinde rol oynayan faktörler olan yüksek homosistein seviyeleri, artan oksidatif stres ve kötüleşen lipid profilleri gösterdiğini belirtmektedir.^[71] Tersine, erken veriler mütevazı TDS konsantrasyonlarının mineral takviyesi yoluyla fayda sağlayabileceğini öne sürse de, kanıtlar ilişkiseldir ve diyet faktörleriyle karıştırılmaktadır.^[7]

1000 mg/L’yi aşan yüksek TDS, genellikle TDS bütününden ziyade yüksek magnezyum sülfat (\(MgSO_4\)) konsantrasyonlarına atfedilen laksatif etki gibi gastrointestinal etkilerle kendini gösterir.^[72] Her biri 250 mg/L’nin üzerindeki magnezyum ve sülfat konsantrasyonları, bağırsaklarda su tutulması yoluyla ozmotik ishale neden olabilir.^[73] Ancak, daha yüksek kalsiyum ve magnezyum içeriğine sahip daha sert sular, çoklu ekolojik çalışmalarda CVD ölüm oranıyla ters orantılıdır; meta-analizler, bu iyonların ateroskleroz ve hipertansiyona karşı koruyucu rollerine bağlı olarak %40’a varan risk azalması tahmin etmektedir.^[74][75] Bu tür bulgular, mineral bakımından zengin TDS’nin faydalı etkilerinin, aksi takdirde güvenli suda lezzet dezavantajlarından daha ağır basabileceğini vurgulamaktadır.^[76]

Tarım ve Sucul Yaşam İçin Çıkarımlar

Tarımda, 500 ila 1.500 mg/L arasındaki toplam çözünmüş katı madde (TDS) seviyelerine sahip sulama suyu, çoğu mahsul için genellikle uygun olarak sınıflandırılır; bu da yaklaşık 0.8 ila 2.3 dS/m’lik elektriksel iletkenlik (EC) aralıklarına karşılık gelir. Bunun ötesinde tuzluluk stresi, ozmotik su alımının engellenmesi ve iyon toksisitesi yoluyla verimi düşürebilir.^[77] Mahsule özgü toleranslar önemli ölçüde değişir; örneğin arpa, 5.3 dS/m (yaklaşık 3.400 mg/L TDS) EC eşiklerine kadar minimum verim kaybıyla yüksek tuzluluk toleransı sergilerken, pirinç oldukça hassastır ve EC 3.0 dS/m’nin (kabaca 1.920 mg/L TDS) üzerinde önemli verim düşüşleri gösterir.^[78] Hayvancılık uygulamalarında, sülfat tuzlarından 1.000 mg/L’yi aşan TDS içeren suyu tüketen kreş domuzları, daha önceki saha gözlemlerine göre artan ishal insidansı ve düşük performans yaşarken, kontrollü denemelerde bu eşiğin altındaki seviyeler hiçbir olumsuz etki göstermez.^[79]

Sucul yaşam için, 2.000 mg/L’nin üzerindeki TDS’ye kronik maruz kalma, hassas omurgasızlarda ve erken yaşam evresindeki balıklarda toksisiteye neden olur; ozmoregülasyonu, büyümeyi ve üremeyi bozar ve kironomidler gibi türlerde 1.100 mg/L kadar düşük konsantrasyonlarda etkiler gözlenir.^[80] Plankton, bentos ve balık dahil olmak üzere çok türlü toksisite verilerine dayanan salmonidler için laboratuvar kaynaklı kronik kriterler, ölümcül olmayan etkileri önlemek için 1.000-2.000 mg/L civarında koruyucu kriterleri destekler; bu, somon yumurtlama alanlarında TDS’yi 500 mg/L’nin altında tutmak için Alaska’nın tavsiyeleri gibi alana özgü sınırlarla uyumludur.^[81] Maden etkisindeki akışlardan elde edilen ampirik veriler, akut ölümcüllüğün 3.500 mg/L’nin altında nadir olduğunu, ancak kronik kriterlerin iyonik bileşimi vurguladığını göstermektedir; çünkü sülfat veya klorür kaynaklarından gelen TDS, tatlı su ekosistemlerindeki makro omurgasız çeşitliliği ve topluluk yapısı üzerindeki etkileri şiddetlendirir.^[80] Pratik toleranslar bu nedenle tek tip saflık yerine tür topluluklarına öncelik verir, çünkü aşırı TDS azaltımı, nehirlerde ve göllerdeki doğal değişkenliğe kıyasla marjinal ekolojik kazanımlar sunar.^[82]

Standartlar, Sınıflandırma ve Düzenleme

İçme Suyu ve İçilebilirlik Kriterleri

Dünya Sağlık Örgütü (WHO) içme suyu kalitesi kılavuzları, toplam çözünmüş katı maddeler (TDS) için 1000 mg/L değerini belirler. Bu değer, doğrudan sağlık etkilerinden ziyade tat ve görünüm gibi organoleptik hususlardan türetilmiştir; çünkü yüksek TDS tek başına toksisiteyi göstermez, ancak ayrı değerlendirme gerektiren bileşen iyonlarını yansıtabilir.^[7] 600 mg/L’nin altındaki seviyeler genellikle lezzet açısından mükemmel, 600–900 mg/L iyi, 900–1200 mg/L orta olarak derecelendirilirken, 1200 mg/L’yi aşan seviyeler tuzlu veya acı tatlar nedeniyle suyu kabul edilemez hale getirir.^[7] Keyfi saflık eşikleri yerine işlevsel kabul edilebilirliği vurgulayan katı bir sağlığa dayalı üst sınır mevcut değildir.

Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı (EPA), kamu su sistemlerinde TDS için 500 mg/L’lik ikincil bir maksimum kirletici seviyesi belirlemiştir; bu, tat, koku, renk ve kireçlenme gibi estetik sorunları kontrol etmek için uygulanamayan bir kılavuz olarak sınıflandırılır ve akut sağlık riskleri için bir çıkarım içermez.^[6] Uygulamada bu, TDS’nin tüketici kabulünü ve altyapı ömrünü etkilediği durumlarda içilebilirliği destekler; çünkü 50 mg/L’nin altındaki çok düşük seviyeler düz, yavan bir tat verir ve metal borulara karşı aşındırıcılığı artırarak potansiyel olarak bakır veya kurşun gibi kirleticileri sızdırabilir.^[7][83]

Tuzdan arındırılmış su için, arıtma sonrası remineralizasyon tipik olarak kalsiyum ve magnezyum gibi temel mineralleri geri kazandırmak için 100–300 mg/L TDS konsantrasyonlarını hedefler; bu, agresif aşındırıcılık ve yavan tat gibi düşük TDS dezavantajlarını hafifletirken lezzet standartlarıyla uyumludur.^[84] Bu yaklaşım, ters ozmoz veya damıtmadan elde edilen ve genellikle 10–50 mg/L civarında başlayan demineralize çıktıyı, sıfır katı idealleri yerine içilebilir kaliteyi önceleyen kılavuzlara karşı dengeler.^[85]

Endüstriyel, Tarımsal ve Çevresel Kıyaslamalar

Endüstriyel ortamlarda, toplam çözünmüş katı maddeler (TDS) kıyaslamaları, kireçlenme, korozyon ve ısı değişim sistemlerindeki verimlilik kayıplarını önlemeye öncelik vererek arıtma maliyetlerini operasyonel güvenilirlikle dengeler. Endüstriyel su borulu kazanlar (0–300 psig) için kazan besleme suyunda, Amerikan Makine Mühendisleri Derneği (ASME) ve ilgili askeri standartlardan gelen kılavuzlar, borular üzerinde silika ve diğer mineral birikimini en aza indirmek için TDS seviyelerinin 100 mg/L’nin altında olmasını önerir; bu birikimler ısı transferini %20’ye kadar azaltabilir ve temizlik için maliyetli duruş süreleri gerektirebilir; daha yüksek seviyeler, artan blöf (blowdown) gerektirerek yakıt ve su tüketimini yükseltir.^[86][87] Buna karşılık, soğutma kulesi devridaim suyu, buharlaşmanın katıları konsantre ettiği ancak kimyasal inhibitörlerin ve periyodik blöfün kirlenmeyi azalttığı kontrollü konsantrasyon döngüleri (tipik olarak 3–10) yoluyla 1000 mg/L’yi aşan TDS’yi tolere eder; bu yaklaşım, tek geçişli sistemlere kıyasla makyaj (makeup) suyu taleplerini %50-75 oranında azaltarak su kullanımını optimize eder, ancak 2000–3000 mg/L’yi aşmak, yeterli arıtma olmadan hızlandırılmış kireçlenme riski taşır.^[88][89]

Sulama suyu için tarımsal kıyaslamalar, mutlak yasaklardan ziyade ampirik verim düşüşü verileriyle bilgilendirilen mahsul verimi sürdürülebilirliğine ve toprak geçirgenliğine odaklanır. Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) kılavuzları, 450 mg/L’nin altındaki TDS’yi tuzluluk tehlikesi oluşturmayan, süzme (leaching) olmadan tüm mahsuller için uygun olarak sınıflandırır; 450–2000 mg/L (ECw 0.7–3.0 dS/m’ye eşdeğer), pamuk veya arpa gibi toleranslı mahsuller için uygulanabilir ancak fasulye gibi hassas türlerde verimi %10-25 oranında azaltabilen tuz birikimini önlemek için drenaj gerektiren hafif ila orta dereceli kısıtlamalar getirir; 2000 mg/L’nin üzerindeki seviyeler, seçenekleri oldukça toleranslı mahsullerle ciddi şekilde sınırlar ve sulama öncesi süzme (leaching) maliyetlerini artırarak yoğun yönetim talep eder.^[90] Sodyum adsorpsiyon oranı (SAR), TDS değerlendirmesini tamamlar; 3’ün altındaki değerler, ECw 0.7 dS/m’nin üzerindeyken toprak yapısı için düşük risk gösterirken, yüksek TDS ile birleştirilen 9’u aşan SAR, dispersiyonu ve infiltrasyon kaybını şiddetlendirir ve killi topraklarda geçirgenliğin %50 azaldığı ampirik olarak bağlantılıdır.^[90]

TDS için çevresel kıyaslamalar, Çevre Koruma Ajansı’nın bunu öncelikli bir toksik madde olarak belirlememesi ancak yüksek seviyelerde sucul organizmalarda türe özgü ozmoregülasyon bozulmalarını tanıması nedeniyle tek tip bir federal ABD standardından yoksundur; toleranslar, salmonidlerde 1000 mg/L’nin üzerinde büyüme azalması gibi kronik etkileri gösteren biyolojik deney verilerinden türetilmiştir.^[91] Eyalet varyasyonları yerel ekolojiyi yansıtır; örneğin Alaska, tatlı su habitatları üzerindeki TDS etkilerini sucul yaşam için 500–2500 mg/L koruyucu aralıklarla değerlendirir; burada 500 mg/L’nin altındaki seviyeler hassas omurgasızları korur ve 2500 mg/L’nin üzerindeki seviyeler balıklarda iyon regülasyonunu bozar; doğal tuzlu girişlerin aşırı düzenlenmesini önlemek için ampirik toleransa öncelik verir.^[80] Bu işlevsellik odaklı yaklaşım, maliyet-fayda dengelerini vurgular; çünkü katı sınırlar faydalı mineral girdilerini kısıtlayabilirken, gevşek sınırlar düşük tuzluluklu ekosistemlerde biyoçeşitlilik kaybı riski taşır.

Düzenleyici Yaklaşımlara Yönelik Eleştiriler

Toplam çözünmüş katı maddelere (TDS) yönelik düzenleyici yaklaşımlar, toplam iyon konsantrasyonlarını doğal kontaminasyon riskleriyle birleştirmekle, ağır metaller veya fazla tuzlar gibi potansiyel olarak zararlı maddeler ile suyun lezzetine ve besin değerine katkıda bulunan kalsiyum ve magnezyum gibi faydalı mineraller arasındaki ayrımı göz ardı etmekle eleştirilmiştir. Dünya Sağlık Örgütü, 1.000 mg/L’nin altındaki TDS seviyelerinin olumsuz sağlık etkileriyle bağlantılı bilimsel kanıttan yoksun olduğunu, bunun yerine tat gibi estetik kaygıları vurguladığını belirtir; ancak düzenlemeler genellikle iyon spesifik değerlendirmeler olmadan geniş azaltma zorunlulukları getirir ve bu da içilebilir suyun gereksiz yere demineralizasyonuna yol açabilir.^[7] Bu yaklaşım, TDS’yi toksisite için bir vekil (proxy) olarak ele alır ve orta düzeylerin, doğal olarak daha yüksek mineral içeriğine sahip bölgelerde gözlemlendiği gibi, belirli eksikliklere karşı koruyucu etkiler sunabileceğini öne süren epidemiyolojik verileri göz ardı eder.^[7]

Ekonomik eleştiriler, ampirik zarar eşiklerinin aşılmadığı durumlarda orantılı faydalar sağlamadan arıtma masraflarını domine eden ters ozmoz veya iyon değişimi gibi TDS azaltma teknolojilerinin orantısız maliyetlerini vurgulamaktadır. Üretilen su senaryolarında, çözünmüş katıların giderilmesi işleme maliyetlerinin çoğunluğunu oluşturabilir, jeolojik kaynaklardan doğal olarak yüksek TDS’ye sahip alanlardaki kamu hizmetlerini ve endüstrileri zorlayabilir; ancak standartlar nadiren sahaya özgü iyon bileşimlerine göre uyarlanmış maliyet-fayda analizlerini içerir.^[92] Örneğin, Iowa’nın toplu TDS sınırlarından hedeflenen klorür ve sülfat kıyaslamalarına geçişi, geniş TDS sınırlarının aşırı yükler getirdiğinin tanınmasını yansıtır; klorür, sucul yaşam için daha hassas bir toksisite öngörücüsü olduğunu kanıtlamış, sorunlu olmayan iyonların deregülasyonuna izin vermiş ve uyum harcamalarını azaltmıştır.^[93]

Ampirik boşluklar, katı TDS düzenlemelerini daha da zayıflatmaktadır; özellikle ABD ulusal kronik sucul yaşam standardının yokluğu, çeşitli ekosistemlerde tek tip eşikleri haklı çıkarmak için yetersiz veri olduğuna işaret eder. Bazı türlerde 1.692 mg/L’yi aşan seviyelerde akut etkiler ortaya çıkarken, kronik kıyaslamalar federal olarak geliştirilmemiştir ve Alaska gibi eyaletler genel kurallar yerine yerel kanıtlara dayalı değişken sınırlar uygulamaktadır.^[81] Son yönetimler altındaki düzenleyici yavaşlamaların analizlerinde belirtildiği gibi federal güncellemelerdeki gecikmeler, orta dereceli TDS ile doğrulanabilir ekolojik zarar arasındaki zayıf nedensel bağlantılardan kaynaklanmakta, veri odaklı kalibrasyon yerine önlemi önceliklendirmekte ve kararlı, toksik olmayan tuzluluk profillerine sahip bölgelerde uyarlanabilir yönetimi engellemektedir.^[94][81]

Pratik Uygulamalar ve Yönetim

Endüstri ve Tarımda Kullanım

Hidrolik kırmada (fracking), yüksek toplam çözünmüş katı madde (TDS) seviyelerine sahip acı su (brackish water), tatlı suya uygulanabilir içilemez bir alternatif olarak hizmet eder; sınırlı içilebilir kaynaklar üzerindeki talebi azaltır ve su kıtlığı çeken bölgelerde operasyonel maliyetleri düşürür. Operatörler genellikle acı kaynakları üretilen su veya diğer seyrelticilerle karıştırarak uyumlu bir kimya elde ederler; TDS’nin kendisinden ziyade baryum, stronsiyum, demir ve fosfatlar birincil kısıtlamalar olarak tanımlanır ve tam tuzdan arındırma olmadan yeniden kullanıma olanak tanır.^[95][96] Teksas gibi kurak sondaj alanlarındaki pilot programlar, kırılma verimliliğini korurken kuyu başına milyonlarca galon tatlı su tasarrufu sağlayarak acı suyun başarılı entegrasyonunu göstermiştir.^[97]

Tarımda, orta derecede tuzlu su (TDS 700–1.750 mg/L) ile sulama, çözünmüş mineralleri besin takviyesi olarak kullanır, tuza dayanıklı mahsuller için gübre sinerjisini artırır ve yarı kurak bölgelerdeki tatlı su açıklarını giderir. Bu tür sular, bitki alımını destekleyen kalsiyum ve magnezyum gibi konsantre iyonlar sağlar ve kontrollü yönetim altında ciddi tuzluluk stresi oluşturmadan verimi potansiyel olarak artırır.^[98] Uzun vadeli çalışmalar, hafif TDS seviyelerinin aksi takdirde marjinal kaynakları kullanarak tatlı su kıtlığını hafifletebileceğini, azalan arıtma ihtiyaçlarından kaynaklanan ekonomik faydaların uyarlanabilir tarım sistemleri için küçük toprak yönetimi maliyetlerinden daha ağır bastığını göstermektedir.^[98]

Hayvancılık için, bikarbonatlardan ve sülfatlardan gelen daha yüksek TDS ile karakterize edilen sert su, kalsiyum ve magnezyum gibi temel mineralleri sağlar, diyet gereksinimlerini karşılar ve potansiyel olarak 3.000–5.000 mg/L TDS’ye kadar olumsuz etkiler olmadan kemik sağlığını ve laktasyonu destekler. Sığır eti sığırları, iyi koşullar altında 4.000–5.000 mg/L TDS konsantrasyonlarını tolere edebilir ve üreticilerin yumuşatmaya yatırım yapmak yerine arıtılmamış yeraltı suyu kaynaklarını ekonomik olarak kullanmalarına olanak tanır.^[99][100] Süt işletmeleri, 3.000 mg/L’nin altındaki TDS’den performans etkileşimi olmadığını ve mineral katkılarının yem takviyesi maliyetlerini dengelediğini bildirmektedir.^[101]

Hat içi sayaçlar aracılığıyla TDS izleme, her iki sektörde de süreç verimliliği için bir vekil (proxy) görevi görür, kireçlenmeyi veya besin dengesizliklerini önlemek için gerçek zamanlı ayarlamalara olanak tanırken saflaştırılmamış su kullanımını optimize eder. Sektöre özgü çalışmalardan bilgi alan endüstriyel eşikler, aşırı ön arıtma olmadan uygulanabilirliği en üst düzeye çıkarmak için harmanlama oranlarına rehberlik eder.^[102][103]

Arıtma ve Giderme Stratejileri

Ters ozmoz (RO) ve termal damıtma, TDS giderimi için birincil fizikokimyasal yöntemlerdir; membran seçiciliğine ve besleme suyu bileşimine bağlı olarak %90-99’u aşan reddetme oranlarına ulaşırlar.^[104][105] RO, çözünmüş iyonları ayırmak için yüksek basınç altında yarı geçirgen membranlar kullanır ve 45.000 mg/L’ye kadar TDS içeren acı suyu etkili bir şekilde arıtır, ancak kirlenmeyi azaltmak için ön arıtma gerektirir ve pompalama için önemli enerji (tipik olarak 2-5 kWh/m³) tüketir.^[104] Çok aşamalı flaş veya çok etkili varyantlar dahil olmak üzere damıtma, suyu buharlaştırır ve yoğunlaştırır, neredeyse tam TDS eliminasyonu sağlar ancak daha yüksek termal enerji talepleri (10-20 kWh/m³ eşdeğeri) atık ısı entegrasyonu olmadan ölçeklenebilirliğini sınırlar.^[106]

Elektrodiyaliz (ED) ve iyon değişimi, seçici TDS azaltımı sunar; ED, iyonları göç ettirmek için iyon değişim membranları ve elektrik alanları kullanarak, büyük performans düşüşleri olmadan değişken TDS’yi tolere ederken acı beslemelerde %88-93 giderme sağlar.^[107][108] İyon değişim reçineleri, sertlik katkı maddeleri (Ca²⁺, Mg²⁺) gibi belirli iyonları hedef alarak atık su gibi hedeflenen uygulamalarda verimli giderim sağlar ancak kimyasallarla periyodik rejenerasyon gerektirir, bu da ikincil atık üretir.^[105] Bu yöntemler, daha yüksek operasyonel esnekliği ve daha düşük enerji kullanımını (ED: 0.5-2 kWh/m³) RO’nun daha geniş uygulanabilirliğine karşı takas eder, ancak seçicilik, iyonik olmayan veya karmaşık TDS matrisleri için kullanımlarını sınırlar.^[109]

Arıtma sonrası remineralizasyon, 50 mg/L’nin altındaki TDS’nin boruları aşındırabildiği ve lezzeti azaltabildiği yüksek oranda saflaştırılmış sudaki eksiklikleri giderir; Dünya Sağlık Örgütü, kirleticileri yeniden sokmadan stabilite ve mineral dengesi için her biri 20-30 mg/L elde etmek üzere kalsiyum ve magnezyum eklenmesini tavsiye eder.^[7] Genellikle kalsit filtreleri veya dozlama yoluyla yapılan bu adım, dağıtım sistemlerinden artan ağır metal sızması gibi olumsuz etkileri önler.^[110]

Ekonomik dengeler, tesis büyüklüğü, enerji fiyatları ve membran ömründen (3-5 yıl) etkilenen 0.50-2.00 USD/m³ maliyetiyle büyük ölçekli operasyonlar için RO’yu tercih eder, ancak ön sermaye 1.000 USD/m³ kapasiteyi aşar.^[111] Salamura bertarafı, girdi tuzluluğunun 1.5-2 katını konsantre etmesi ve kıyı tesislerinde uygun şekilde dağıtılmazsa veya kurak bölgelerde buharlaştırılmazsa deniz ekosistemi hipoksisi veya iç akifer tuzlanması riski taşıması nedeniyle önemli bir zorluk oluşturur.^[112][113]

Tartışmalar ve Ampirik Münazaralar

TDS Seviyelerini Çevreleyen Efsaneler

Yaygın bir yanılgı, yüksek toplam çözünmüş katı madde (TDS) seviyelerinin suyu evrensel olarak güvensiz veya tüketim için kirli hale getirdiğini öne sürer. Bu, TDS’nin, kalsiyum ve magnezyum gibi temel mineralleri potansiyel olarak sakıncalı tuzlarla birlikte, doğalarını veya toksisitelerini ayırt etmeden tüm çözünmüş iyonların toplam konsantrasyonunu nicelendirdiği gerçeğini göz ardı eder. Dünya Sağlık Örgütü’nünki gibi ampirik değerlendirmeler, 1000 mg/L’nin altındaki TDS konsantrasyonlarının tipik olarak lezzetli olduğunu ve sağlık bozukluklarıyla yerleşik bağlantılardan yoksun olduğunu, sorunların öncelikle tuzlu tat veya tesisat armatürlerinde kireçlenme gibi duyusal niteliklerle sınırlı olduğunu göstermektedir.^[7] ABD Çevre Koruma Ajansı da benzer şekilde TDS’yi 500 mg/L’de ikincil bir standart olarak ele alır, estetik ve operasyonel kaygıları doğrudan fizyolojik risklere göre önceliklendirir, çünkü orta seviyelerde nedensellik kanıtı yetersiz olduğundan birincil sağlık tabanlı sınır mevcut değildir.

Tersine, düşük TDS’li suyun doğal olarak üstün veya saflığın özü olduğu fikri, yavan lezzet ve dağıtım sistemlerinden metalleri harekete geçirebilen artan aşındırıcılık gibi pratik dezavantajları görmezden gelir. Ters ozmoz ve damıtma sıfıra yakın TDS elde etse de, Su Kalitesi Derneği gibi düzenleyici kurumlar, bu tür demineralize sudan kaynaklanan olumsuz sağlık sonuçlarını doğrulayan hiçbir bilimsel veri olmadığını, mineral alımının içeceklerden ziyade ağırlıklı olarak diyet kaynaklarına atfedildiğini doğrular.^[110] Arıtma teknolojileri için pazarlama kampanyaları, minimum TDS’yi optimum kaliteyle eşitleyerek bu efsaneyi sıklıkla büyütür, ancak endüstri analizleriyle doğrulandığı üzere, remineralizasyon aşamaları genellikle beslenme gerekliliği için değil, itici tadı azaltmak ve tüketici kabulünü sağlamak için dahil edilir.^[114]

Bu efsaneler kısmen, bileşimin—yalnızca iyon spesifik testlerle doğrulanır—gerçek etkileri belirlediği gerçeğini gözden kaçıran aşırı basitleştirilmiş TDS ölçümünden kaynaklanır; bu nokta, faydalı ve zararlı çözünenlerin aynı toplam okumaları verebileceğini belirten eleştirilerde vurgulanmıştır.^[115] Örneğin, 300 mg/L’yi aşan TDS’ye sahip sular acımsı tadabilir ancak zararsız mineraller baskınsa doğrulanmış risk oluşturmaz, bu da kapsamlı eşikler yerine bağlamsal analiz ihtiyacını vurgular.^[7]

Mineral Faydaları ve Riskleri Üzerine Kanıtlar

Gözlemsel çalışmaların sistematik bir incelemesi, içme suyundaki magnezyum konsantrasyonları ile kardiyovasküler ölüm oranı arasında önemli bir ters ilişki olduğunu ve daha yüksek seviyelerin risk azalmasıyla ilişkili olduğunu belirlemiştir.^[116] Benzer şekilde, içme suyundaki kalsiyum ve magnezyumu değerlendiren meta-analizler, bu minerallerin damar sağlığı ve elektrolit dengesindeki rollerine atfedilen kardiyovasküler hastalıklara karşı potansiyel koruyucu etkiler bildirmiştir.^[117] Bu bulgular, ılımlı toplam çözünmüş katıların (TDS), özellikle kalsiyum ve magnezyum gibi sertlik iyonlarından kaynaklananların, koroner kalp hastalığı insidansının daha düşük olmasına katkıda bulunabileceğini öne süren erken epidemiyolojik verilerle uyumludur.^[7] Ancak, bu tür ilişkiler nedensellik kurmaz, çünkü diyet kaynakları mineral alımına hakimdir ve su, yerel sertlik ve tüketim kalıplarına göre değişmekle birlikte günlük kalsiyum ve magnezyum ihtiyaçlarının yalnızca %5-20’sini karşılar.^[7]

TDS ile ilişkili riskler, toplam konsantrasyondan ziyade öncelikle spesifik iyonik bileşenlerden kaynaklanır; örneğin, TDS içindeki yüksek sodyum, duyarlı bireylerde hipertansiyonu şiddetlendirebilir, ancak bu genel TDS metriklerinden ayrı olarak düzenlenir.^[7] Ters ozmoz veya tuzdan arındırmadan elde edilenler gibi düşük TDS’li sular, bazı çalışmalarda, özellikle diyet telafisi olmadan buna güvenen popülasyonlarda, hipomagnezemi ve artan kardiyovasküler morbidite dahil olmak üzere potansiyel elektrolit dengesizlikleriyle ilişkilendirilmiştir.^[118][119] Tersine, saha gözlemleri ve incelemeler, insan dokularından mineral sızması veya düşük TDS tüketiminden kaynaklanan uzun vadeli olumsuz etkilere dair hiçbir kanıt olmadığını göstermekte ve gıdanın eksikliklere karşı birincil güvence olduğunu vurgulamaktadır.^[110] Tartışma, randomize kontrollü denemelerin eksikliği nedeniyle devam etmekte olup, düşük TDS kullanıcılarında yorgunluk veya sindirim sorunlarına dair anekdot raporları sağlam nedensel verilerle doğrulanmamıştır.

Genellikle 50 mg/L TDS’nin altında olan tuzdan arındırılmış su, stabilite ve sağlık için kalsiyum ve magnezyumu geri kazandırmak üzere remineralizasyon gerektirir; çünkü ayarlanmamış düşük mineralli su, dağıtım sistemlerinde korozyonu ve zamanla ince beslenme eksikliklerini teşvik edebilir.^[118] Dünya Sağlık Örgütü, katı bir sağlık tabanlı TDS sınırı olmadığını belirterek organoleptik niteliklere öncelik verir, ancak 100-300 mg/L civarındaki seviyelerin aşırı olmadan eser minerallerden net faydalar sağlayabileceğini vurgular.^[7] 300-500 mg/L’lik optimal aralıklar, lezzet, mineral dağıtımı ve minimal riski dengeler; bu, tat ve biyoyararlanım için orta derecede sertliği destekleyen kılavuzlarla desteklenir, ancak bireysel ihtiyaçlar diyet ve bölgeye göre değişir.^[7] Genel olarak kanıtlar, kilit mineraller yoluyla potansiyel kardiyovasküler koruma için orta düzeyde TDS’yi desteklemekte, sadece dengesiz iyonlardan kaynaklanan hedeflenmiş risklerle dengelenmekte ve tek başına TDS yerine bileşimsel analiz ihtiyacını vurgulamaktadır.