Bu araştırma, klasik atıksu arıtma proseslerinden geçebilecek kadar küçük ve kolloidal olarak kararlı polistiren nanoplastiklerin (PS-NP), arıtma tesisi çıkışına uygulanabilecek üçüncül bir proses olan elektrokoagülasyon ile sudan uzaklaştırılıp uzaklaştırılamayacağını inceliyor. Araştırmacılar 175 ± 5 nm çapındaki monodispers polistiren nanoplastikleri 20 mg/L konsantrasyonda, gerçek ikincil arıtma çıkış suyunun fizikokimyasal özelliklerini temsil etmek üzere hazırlanmış sentetik bir kentsel arıtılmış atıksu matrisine ekledi ve alüminyum ile demir elektrotların davranışını karşılaştırdı.

Elektrokoagülasyon deneyleri 4 L'lik sistemde, 78 cm² aktif alana sahip dairesel elektrotlar arasında 9 mm boşluk bırakılarak gerçekleştirildi. Çözelti 260 rpm'de karıştırıldı ve elektrokoagülasyon hücresinden sürekli devridaim ettirildi. Uygulanan akım yoğunlukları 1, 5 ve 10 mA/cm² idi.

Araştırmacılar nanoplastik miktarını doğrudan parçacık sayımıyla değil, başlıca toplam organik karbon (TOC) ve bulanıklık üzerinden izledi. Başlangıç TOC'si yaklaşık 34,5 mg/L idi. Bunun yaklaşık 18,38 mg/L'si, yani %53'ü nanoplastiklerden; yaklaşık 16,12 mg/L'si ise sentetik atıksudaki çözünmüş organik maddeyi temsil eden asetattan kaynaklanıyordu.

Elektrokoagülasyon sonunda TOC yaklaşık %53 azaldı ve yaklaşık 16 mg/L düzeyinde kararlı hale geldi. Bu değer, başlangıçtaki çözünmüş organik madde fraksiyonuyla örtüştü. Asetat konsantrasyonunun işlem boyunca değişmemesi de TOC azalmasının çözünmüş organik maddenin giderilmesinden değil, PS nanoplastiklerin sıvı fazdan uzaklaştırılmasından kaynaklandığını destekledi.

Kontrol deneyinde elektrik akımı uygulanmadığında TOC yaklaşık 34,8 mg/L'de sabit kaldı. Dolayısıyla nanoplastiklerin yoğunluğunun sudan biraz yüksek olması nedeniyle kendiliğinden çökelmesi, gözlenen giderimi açıklamadı. Asetat içermeyen ayrı bir doğrulama deneyinde ise alüminyum elektrot ve 10 mA/cm² koşulunda TOC'nin 20 dakika içinde tamamen uzaklaştırılması nanoplastik giderimi yorumunu daha da destekledi.

Elektrot malzemesi özellikle düşük akım yoğunluğunda kinetiği belirgin biçimde değiştirdi. 1 mA/cm²'de alüminyum elektrot yaklaşık 30 dakikada, demir elektrot yaklaşık 90 dakikada tam nanoplastik giderimini temsil eden TOC kararlı durumuna ulaştı. 5 mA/cm²'de her iki elektrot için süre yaklaşık 20 dakika iken, 10 mA/cm²'de alüminyum yaklaşık 10, demir yaklaşık 20 dakikada aynı son noktaya ulaştı.

Mekanizma analizleri, nanoplastiklerin oksidatif olarak parçalanmasından çok süpürme flokülasyonu (sweep flocculation) ile uzaklaştırıldığını gösterdi. Alüminyum elektrotlarda büyük ölçüde amorf Al(OH)₃ yapıları; demir elektrotlarda ise Fe(OH)₃ oluşumu ve daha sonra γ-Fe₂O₃ bakımından zengin floklar gözlendi. Bu metal (oksi)hidroksit çökeltileri nanoplastikleri fiziksel olarak bünyelerine aldı.

TEM görüntüleri işlem öncesinde yaklaşık 175 nm çapında, düzgün küresel ve ayrı ayrı dağılmış PS nanoplastikleri gösterirken işlem sonrasında demir esaslı flokların içinde çok sayıda aynı boyut ve şekli koruyan nanoplastik görüldü. Bu görüntüler, parçacıkların yok edilmediğini veya daha küçük plastik parçalarına parçalanmadığını; oluşan flok yapısının içine hapsedildiğini desteklemektedir.

Akut toksisite deneyinde nanoplastik içeren başlangıç çözeltisi Aliivibrio fischeri bakterisinde EC₅₀ = %30 değerine sahipti. 10 mA/cm² koşulunda 20 dakikalık elektrokoagülasyon sonrasında hem alüminyum hem demir elektrotlarla EC₅₀ %100'e çıktı ve çalışmada akut toksisitenin ortadan kalktığı şeklinde yorumlandı. Bu durum 120 dakika sonunda da sürdü.

Ancak toksisite sonucu yalnız bu test organizması, bu PS-NP tipi, 20 mg/L başlangıç konsantrasyonu ve kullanılan sentetik matris için geçerlidir. Kronik toksisite, başka sucul türler, farklı polimerler, farklı nanoplastik boyutları veya gerçek arıtma tesisi çıkışları bu çalışmada değerlendirilmemiştir.

Türkiye açısından yorum: Çalışma, belediye atıksu arıtma tesislerinde nanoplastiklerin üçüncül bir “parlatma” aşamasıyla tutulması açısından Türkiye için de teknik olarak anlamlı bir yaklaşım sunmaktadır. Bununla birlikte çalışma Türkiye'deki bir arıtma tesisinde veya gerçek kentsel atıksuda yapılmamıştır. Türkiye'de uygulanabilirlik değerlendirmesi için gerçek tesis çıkış sularında nanoplastik tür ve konsantrasyonlarının belirlenmesi, sürekli akışlı pilot elektrokoagülasyon denemeleri, elektrot tüketimi, çamur karakterizasyonu ve oluşan nanoplastik yüklü çamurun güvenli yönetimi ayrıca doğrulanmalıdır.

Nanoplastikler neden klasik arıtma proseslerinden kaçabiliyor?

Çalışma mikroplastikleri yaklaşık 5 mm ile 1 µm, nanoplastikleri ise 1 µm'den küçük plastik parçacıklar olarak ele almaktadır. Nanoplastiklerin boyutlarının çok küçük olması, onları daha büyük mikroplastiklerden farklı bir ayırma problemi haline getirir. Büyük parçacıkların çökelmesi veya fiziksel tutulması mümkünken nanoplastikler kolloidal davranış gösterebilir ve sıvı fazda kararlı biçimde dağılabilir.

Araştırmacıların çıkış noktası, kentsel atıksu arıtma tesislerinin mikroplastiklerin önemli bölümünü çamur ve çökelme prosesleriyle tutabilmesine rağmen nanoplastiklerin nanoskopik boyutları ve kolloidal özellikleri nedeniyle arıtılmış suyla alıcı ortamlara taşınabilmesidir.

Elektrokoagülasyon bu soruna nasıl yaklaşıyor?

Elektrokoagülasyon, suya dışarıdan alüminyum veya demir tuzu eklemek yerine kurban elektrotları elektrik akımıyla çözerek koagülantı reaktörün içinde üretir. Anotta temel elektrot çözünme reaksiyonları kaynakta:

\[ \mathrm{Fe \rightarrow Fe^{2+}+2e^-} \]

ve:

\[ \mathrm{Al \rightarrow Al^{3+}+3e^-} \]

şeklinde verilmektedir.

Oluşan metal iyonları suyun pH'ına bağlı olarak hidroksit ve oksihidroksit türlerine dönüşür. Bu yapılar kolloidal nanoplastiklerle etkileşir, parçacıklar arasındaki elektrostatik itmenin azalmasına ve daha büyük flokların oluşmasına yol açar.

Elektrokoagülasyonda üç temel giderim mekanizması teorik olarak mümkündür:

• nanoplastiklerin metal hidroksit yüzeylerine adsorplanması,
• yüzey yükünün nötralizasyonuyla kolloidal kararlılığın bozulması,
• oluşan büyük metal hidroksit çökeltilerinin nanoplastikleri fiziksel olarak içine alması, yani süpürme flokülasyonu.

Bu çalışmadaki zeta potansiyeli, pH-türleşme diyagramı, XRD ve TEM sonuçları üçüncü mekanizmanın baskın olduğunu desteklemektedir.

Deney sistemi neden gerçek atıksu yerine sentetik olarak hazırlandı?

Araştırmacılar bu tercihi bilinçli olarak yaptı. Gerçek arıtma tesisi çıkışlarının kimyasal bileşimi zamana ve tesise göre değişebilir. Bu değişkenlik, nanoplastik–koagülant etkileşimlerinin mekanistik olarak ayrıştırılmasını zorlaştırabilir.

Ayrıca gerçek atıksulardaki nanoplastik konsantrasyonlarının çalışmada kullanılan TOC ve bulanıklık yöntemlerinin nicel tayin sınırlarının altında kalabileceği belirtilmektedir. Bu nedenle araştırmacılar bileşimi kontrollü bir sentetik ikincil arıtma çıkışı oluşturmuş ve nanoplastikleri 20 mg/L seviyesinde eklemiştir.

Bu deney tasarımı mekanizmayı güçlü biçimde incelemeye olanak sağlasa da çevresel gerçeklik açısından önemli bir sınır oluşturur: 20 mg/L konsantrasyonu gerçek arıtma çıkışlarında beklenen seviyelerden yüksektir ve sentetik su gerçek atıksudaki bütün organik ve inorganik bileşenleri temsil etmez.

Elektrokoagülasyon hücresi nasıl çalıştırıldı?

Elektrotlar her deney öncesinde ve sonrasında %4 HCl içinde 10 dakika temizlendi ve deiyonize suyla durulandı.

Nanoplastik giderimi neden TOC üzerinden izlenebildi?

Sentetik atıksuda başlangıç TOC'sinin yaklaşık %53'ü PS nanoplastiklerden, kalan yaklaşık %46,6'sı ise asetattan kaynaklanıyordu. Asetat konsantrasyonu 39,53 mg/L idi ve TOC'ye yaklaşık 16,12 mg/L katkı sağlıyordu.

Elektrokoagülasyon ilerledikçe toplam TOC yaklaşık %53 azaldı ve yaklaşık 16 mg/L düzeyinde kararlı hale geldi. Asetat analizinde başlangıç konsantrasyonunun değişmediği görüldü. Dolayısıyla kaybolan karbon miktarı başlangıçtaki nanoplastik karbon fraksiyonuyla örtüştü.

Bu sonuç çalışmanın seçicilik iddiasının temelidir: uygulanan koşullarda elektrokoagülasyon kolloidal PS nanoplastikleri uzaklaştırırken çözünmüş asetatı ölçülebilir biçimde gidermemiştir.

Kendi kendine çökelme ihtimali kontrol edildi mi?

Evet. PS nanoplastiklerin yoğunluğu yaklaşık 1,05 g/mL olduğu için teorik olarak zamanla çökelme olasılığı bulunmaktadır. Bu olasılığı sınamak amacıyla elektrik uygulanmadan kontrol deneyi yapıldı.

Kontrol deneyinde TOC yaklaşık 34,8 mg/L başlangıç seviyesinde değişmeden kaldı. Dolayısıyla elektrokoagülasyon deneyindeki TOC azalması yalnız nanoplastiklerin yoğunluk nedeniyle doğal çökelmesiyle açıklanamadı.

Akım yoğunluğu giderim hızını nasıl değiştirdi?

Her iki elektrot malzemesinde de akım yoğunluğu arttıkça nanoplastik gideriminin hızlandığı görüldü. Bunun temel nedeni daha yüksek elektrik akımının daha hızlı metal çözünmesine ve dolayısıyla daha hızlı koagülant oluşumuna yol açmasıdır.

Alüminyum elektrot için tam nanoplastik giderimini temsil eden TOC kararlı durumuna:

• 1 mA/cm²'de yaklaşık 30 dakikada,
• 5 mA/cm²'de yaklaşık 20 dakikada,
• 10 mA/cm²'de yaklaşık 10 dakikada

ulaşıldı.

Demir elektrot için karşılık gelen süreler:

• 1 mA/cm²'de yaklaşık 90 dakika,
• 5 mA/cm²'de yaklaşık 20 dakika,
• 10 mA/cm²'de yaklaşık 20 dakika

oldu.

Alüminyum neden düşük akımda daha hızlıydı?

1 mA/cm² koşulunda alüminyumun demirden yaklaşık üç kat daha hızlı kararlı duruma ulaşması çalışmanın belirgin bulgularından biridir. Yazarlar bunu alüminyumdan hızlı biçimde oluşabilen ve su içinde uzun süre etkileşime girebilen monomerik Al türlerinin davranışıyla açıklamaktadır.

Demir esaslı koagülantların ise daha yoğun hidroliz ürünleri oluşturması ve daha hızlı çökelerek nanoplastiklerle temas süresini sınırlaması olası açıklamalar arasında verilmiştir. Bununla birlikte yazarlar yalnız koagülant türünün değil, oluşan koagülant konsantrasyonunun da bu farklılıkta rol oynayabileceğini belirtmektedir.

Ne kadar alüminyum ve demir oluştu?

Elektrot çözünmesi için teorik kütle Faraday yasasıyla hesaplandı:

\[ m=\frac{I\,t\,M}{zF} \]

Burada \(m\) çözünen metal kütlesi, \(I\) akım, \(t\) süre, \(M\) molar kütle, \(z\) aktarılan elektron sayısı ve \(F\) Faraday sabitidir.

Çalışmada nanoplastik giderimi için yeterli olduğu bildirilen metal konsantrasyonları şöyleydi:

Deneylerin 120 dakikalık sonuna gelindiğinde toplam metal konsantrasyonları bundan daha yüksekti. Alüminyum için 1, 5 ve 10 mA/cm²'de sırasıyla yaklaşık 0,95; 7,02 ve 10,54 mmol/L; demir için 0,89; 4,44 ve 7,43 mmol/L ölçüldü.

Neden alüminyum Faraday yasasından daha fazla çözündü?

Demir elektrotlarda deneysel çözünme değerleri Faraday yasasının tahminleriyle genel olarak örtüştü. Alüminyumda ise deneysel metal miktarı teorik değerin üzerine çıktı ve fark yüksek akım yoğunluklarında büyüdü.

Araştırmacılar bunun iki nedenle oluşabileceğini tartışmaktadır. İlk olarak klorür iyonları yüksek akım yoğunluklarında alüminyumun lokal korozyonunu kolaylaştırabilir. İkinci olarak katot yüzeyinde su indirgenmesi nedeniyle oluşan yerel alkali koşullar alüminyum katodun kimyasal olarak çözünmesine neden olabilir.

Faraday yasası yalnız elektrik akımıyla gerçekleşen anodun çözünmesini hesaba kattığından katodik kimyasal korozyon bu teorik hesapta yer almaz.

Bulanıklık sonuçları TOC verisini destekledi mi?

Evet. Başlangıç bulanıklığı yaklaşık 24 NTU idi ve bütün akım yoğunlukları ile iki elektrot malzemesinde zamanla azalarak çalışmanın tanımıyla tam giderime ulaştı. Yüksek akım yoğunluğu bu süreci hızlandırdı.

Alüminyum elektrotlar bulanıklığı özellikle 1 mA/cm² koşulunda demirden daha hızlı azalttı. 10 mA/cm² alüminyum deneyinde tam bulanıklık giderimi yaklaşık 10 dakika içinde gerçekleşti ve TOC'nin kararlı hale gelmesiyle yaklaşık aynı zamana denk geldi.

Düşük akım yoğunluğunda bulanıklığın sıfıra yaklaşması TOC'nin kararlı hale gelmesinden daha uzun sürdü. Araştırmacılar bunu suda kalan metal koagülant türlerinin kendilerinin de bir süre bulanıklığa katkı sağlayabilmesiyle açıklamaktadır.

Zeta potansiyeli nanoplastiklerin kararlılığı hakkında ne söyledi?

Başlangıçta PS nanoplastiklerin zeta potansiyeli yaklaşık −51 mV idi. Bu yüksek negatif değer parçacıkların birbirini elektrostatik olarak iterek kararlı bir kolloidal süspansiyon oluşturduğunu göstermektedir.

Elektrokoagülasyon ilerledikçe zeta potansiyeli sıfıra yaklaştı:

Özellikle 10 mA/cm² alüminyum deneyinde −0,77 mV değeri sistemin izoelektrik noktaya çok yaklaşarak parçacıklar arasındaki elektrostatik itmenin büyük ölçüde ortadan kalktığını göstermektedir.

pH hangi koagülant türlerinin oluşacağını belirledi?

Alüminyum elektrotlarla çalışıldığında pH, akım yoğunluğundan bağımsız olarak zamanla yükseldi ve yaklaşık pH 9'da kararlı hale geldi. Türleşme diyagramları bu bölgede başlıca çözünmeyen türün Al(OH)₃ olduğunu gösterdi.

Alüminyumun kaynakta verilen ardışık hidroliz yolu:

\[ \mathrm{Al^{3+}+OH^- \rightarrow Al(OH)^{2+}} \]

\[ \mathrm{Al(OH)^{2+}+OH^- \rightarrow Al(OH)_2^+} \]

\[ \mathrm{Al(OH)_2^++OH^- \rightarrow Al(OH)_3} \]

şeklindedir.

Demir elektrotlarda pH davranışı daha farklıydı. 1 mA/cm²'de son pH yaklaşık 6,6, 5 mA/cm²'de 7,93 ve 10 mA/cm²'de 7,60 olarak ölçüldü. Türleşme analizinde Fe(OH)₃'ün baskın çökelti olduğu, Fe₂O₃ oluşumunun da mekanizmaya katkı sağlayabileceği değerlendirildi.

Süpürme flokülasyonu nedir?

Süpürme flokülasyonunda hedef kirletici yalnız bir yüzeye adsorbe olmaz. Metal hidroksit çökeltileri çözeltinin hacmi boyunca büyürken kirletici parçacıkları bu çökelti yapısının içine fiziksel olarak hapseder.

Bu çalışmada nanoplastiklerin zeta potansiyelinin sıfıra yaklaşması kolloidal kararlılığı azaltırken Al(OH)₃ ve demir (oksi)hidroksit floklarının büyümesi PS nanoplastikleri bünyesine aldı. Böylece nanoparçacıklar sıvıda tek tek dağılmış durumda kalmak yerine büyük ve ayrılabilir floklara dönüştü.

XRD, alüminyum ve demir floklarının farklı olduğunu gösterdi

XRD analizinde alüminyum elektrotlu çamurda belirgin ve keskin kristal pikler görülmedi. 2θ yaklaşık 15–20°, 27–30° ve 60–65° bölgelerinde geniş ve sığ maksimumlar bulundu. Araştırmacılar bunu büyük ölçüde amorf veya nanokristalin Al(OH)₃ çökeltileriyle uyumlu olarak yorumladı.

Bu düşük düzenli, yüksek derecede hidratlanmış Al(OH)₃ yapıları hacimli “süpürme flokları” meydana getirerek nanoplastikleri fiziksel olarak içine alabilir.

Demir elektrotlu çamurda ise yaklaşık 2θ = 30°, 35,5°, 43°, 57° ve 62,5° konumlarında belirgin kristal yansımalar görüldü. Pikler spinel tipi demir oksitlerle ve özellikle maghemit, γ-Fe₂O₃ ile uyumlu bulundu.

Araştırmacılar demir sisteminde başlangıçta çöken Fe(OH)₃'ün zaman içinde oksidasyon ve dehidroksilasyon yoluyla daha kristalin Fe(III) oksitlerine dönüşebileceğini değerlendirmektedir.

TEM görüntüleri mekanizmayı doğrudan nasıl destekledi?

İşlem öncesindeki TEM görüntüsünde yaklaşık 175 nm çapında düzgün, küresel PS parçacıkları birbirinden ayrı ve homojen biçimde dağılmış durumdaydı.

10 mA/cm² demir elektrokoagülasyonu sonrasında elde edilen çamurun TEM görüntüsünde ise büyük flokların içinde çok sayıda PS nanoplastik görüldü. Parçacıklar yaklaşık özgün boyutlarını ve küresel şekillerini koruyor, ancak artık serbest biçimde dağılmıyorlardı.

Bu görüntü çalışmanın en önemli mekanistik kanıtlarından biridir. Nanoplastikler daha küçük organik moleküllere mineralize edilmiş görünmemekte; metal (oksi)hidroksit flokların içine fiziksel olarak hapsedilmektedir.

Elektrokoagülasyon nanoplastik toksisitesini de azalttı mı?

Akut toksisite Aliivibrio fischeri biyolüminesans testiyle değerlendirildi. Başlangıçtaki nanoplastik içeren sentetik atıksuda EC₅₀ = %30 ölçüldü. Araştırmacılar bunu belirgin akut toksisite olarak değerlendirdi.

Nanoplastik içermeyen sentetik atıksuda toksisite görülmediği belirtilmektedir. Bu kontrolün grafiği makalede gösterilmemiş olsa da yazarlar başlangıçtaki akut etkinin esas olarak PS nanoplastiklerden kaynaklandığı sonucuna varmaktadır.

10 mA/cm² koşulunda 20 dakika elektrokoagülasyon sonrasında hem alüminyum hem demir elektrotlarda EC₅₀ = %100 değerine ulaşıldı. Çalışmada bu sonuç nanoplastik kaynaklı akut toksisitenin tamamen bastırılması olarak yorumlandı.

120 dakikanın sonunda EC₅₀'nin %100'de kalması, incelenen biyotest açısından uzun elektrokoagülasyon süresinin yeni ölçülebilir akut toksik etki oluşturmadığını gösterdi.

Bu sonuç bütün ekotoksikolojik risklerin ortadan kalktığını göstermez. Yalnız A. fischeri akut testi uygulanmıştır; kronik toksisite, farklı trofik seviyeler, metal yüklü çamurun ekotoksisitesi ve uzun süreli çevresel etkiler çalışma kapsamı dışındadır.

Toksisite neden parçacıkları mineralize etmeden azalabildi?

İleri oksidasyon proseslerinde toksisite azalması çoğu zaman kirletici molekülün oksidasyonu veya mineralizasyonuyla ilişkilidir. Bu çalışmada farklı bir mekanizma görülmektedir.

Elektrokoagülasyon PS nanoplastikleri kimyasal olarak yok etmek yerine sıvı fazdan çekip flok yapısının içine hapsederek test organizmasının parçacıklarla doğrudan temasını engellemiştir. Araştırmacılar toksisite azalmasını bu fiziksel ayırmayla ilişkilendirmektedir.

Enerji tüketimi ne kadardı?

Özgül enerji tüketimi:

\[ EC=\frac{UIt}{V} \]

eşitliğiyle hesaplandı. Burada \(U\) hücre gerilimi, \(I\) akım, \(t\) tam nanoplastik giderimi için gereken süre ve \(V\) işlem hacmidir.

Akım yoğunluğu arttıkça işlem hızlanmasına rağmen özgül enerji tüketimi yükseldi. En düşük enerji tüketimi 0,017 kWh/m³ ile 1 mA/cm² alüminyum koşulunda görüldü. En yüksek değer ise 0,603 kWh/m³ ile 10 mA/cm² demir koşulunda raporlandı.

Bu sonuç yalnız “en hızlı koşul” seçmenin enerji açısından en iyi koşulu vermeyebileceğini göstermektedir. Alüminyum 10 mA/cm²'de 10 dakikada giderim sağlarken 1 mA/cm² koşulu üç kat daha uzun sürmesine rağmen özgül enerji tüketimi belirgin biçimde daha düşüktü.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Alüminyum ve demir elektrokoagülasyonu, kullanılan sentetik kentsel arıtılmış atıksu matrisinde 20 mg/L ve 175 ± 5 nm PS nanoplastikleri çalışmanın TOC ve bulanıklık kriterlerine göre tamamen uzaklaştırmıştır.
• Nanoplastiklere karşılık gelen yaklaşık %53'lük TOC fraksiyonu giderilirken asetatla temsil edilen çözünmüş organik madde sabit kalmıştır.
• Elektrik uygulanmayan kontrolde TOC değişmediği için doğal çökelme gözlenen giderimin ana açıklaması değildir.
• Alüminyum elektrot 1 mA/cm²'de demir elektrottan belirgin biçimde daha hızlı nanoplastik giderimi sağlamıştır.
• Yüksek akım yoğunlukları iki elektrot için de giderim kinetiğini hızlandırmıştır.
• Zeta potansiyelinin yaklaşık −51 mV'den sıfıra yaklaşması nanoplastiklerin kolloidal kararlılığının bozulduğunu göstermektedir.
• Alüminyum sisteminde amorf Al(OH)₃, demir sisteminde Fe(OH)₃ ve γ-Fe₂O₃ ile ilişkili floklar belirlenmiştir.
• TEM görüntüleri PS nanoplastiklerin metal (oksi)hidroksit flokların içinde fiziksel olarak hapsolduğunu göstermiştir.
• Süpürme flokülasyonu çalışmanın baskın giderim mekanizmasıdır.
• 10 mA/cm² koşulunda 20 dakika elektrokoagülasyon sonrasında Aliivibrio fischeri akut toksisite yanıtı çalışmanın ölçümüne göre ortadan kalkmıştır.

Çalışmanın göstermediği sonuçlar

• Çalışma gerçek belediye arıtma tesisi çıkış suyunda saha doğrulaması yapmamıştır.
• 20 mg/L başlangıç nanoplastik konsantrasyonu çevresel gerçek konsantrasyon olarak yorumlanamaz.
• Polietilen, polipropilen, PET veya başka nanoplastik polimerleri test edilmemiştir.
• 175 nm dışında geniş bir nanoplastik boyut dağılımı değerlendirilmemiştir.
• Çalışma sürekli akışlı pilot veya tam ölçekli arıtma tesisi performansı göstermemektedir.
• Nanoplastiklerin kimyasal olarak mineralize edildiği gösterilmemiştir; mekanizma esas olarak fiziksel flok yakalamasıdır.
• Tek bir akut bakteri testi bütün ekolojik güvenliği kanıtlamaz.
• Nanoplastik yüklü elektrokoagülasyon çamurunun uzun dönem çevresel güvenliği veya nihai bertaraf yöntemi deneysel olarak değerlendirilmemiştir.
• Elektrot tüketimi ve enerji verileri laboratuvar ölçeğinden tam ölçekli ekonomik performansa doğrudan çevrilemez.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Araştırmanın deneysel iş akışı

TOC kütle dengesinin özeti

Elektrot malzemesine bağlı pH ve zeta potansiyeli

Akut toksisite deneyinin kapsamı

Toksisite testinde dondurularak kurutulmuş Aliivibrio fischeri bakterileri %2 NaCl içeren ortamda yeniden aktive edildi. Numunenin farklı seyreltmeleri bakterilere uygulanarak 5 ve 15 dakika sonrasındaki biyolüminesans ölçüldü. Biyolüminesansı %50 azaltan numune konsantrasyonu EC₅₀ olarak hesaplandı.

Deney tasarımının güçlü yönleri

• Nanoplastik giderimi yalnız tek bir ölçümle değil TOC, asetat, bulanıklık, zeta potansiyeli, XRD ve TEM gibi birbirini tamamlayan yöntemlerle incelenmiştir.
• Elektriksiz kontrol deneyi doğal çökelme ihtimalini değerlendirmiştir.
• Asetatsız ek deney, TOC azalmasının PS nanoplastiklerle ilişkisini bağımsız biçimde desteklemiştir.
• Alüminyum ve demir aynı deney mimarisinde doğrudan karşılaştırılmıştır.
• Fizikokimyasal giderim akut biyolojik yanıtla ilişkilendirilmiştir.
• Enerji tüketimi tam giderim için gereken gerçek işlem süresine göre hesaplanmıştır.

Başlıca yöntemsel sınırlılıklar

• Gerçek arıtma tesisi çıkış suyu yerine sentetik matris kullanılmıştır.
• 20 mg/L PS-NP konsantrasyonu çevresel seviyelerden yüksektir.
• Yalnız tek polimer türü ve yaklaşık tek parçacık boyutu incelenmiştir.
• Nanoplastik çıkış konsantrasyonu doğrudan parçacık sayımıyla belirlenmemiştir.
• Akut toksisite yalnız Aliivibrio fischeri ile test edilmiştir.
• Sürekli akışlı ve pilot ölçekli doğrulama yapılmamıştır.
• Nanoplastik yüklü çamurun bertarafı veya geri kazanımı deneysel olarak değerlendirilmemiştir.
• Ana yöntem metninde elektrokoagülasyon deneylerinin tekrar sayısı açık biçimde raporlanmamaktadır.

Gelecek çalışma gereksinimleri

Araştırmacılar sonraki aşamada elektrokoagülasyonun sürekli akış koşullarında ve pilot ölçekte değerlendirilmesini önermektedir. Böyle bir çalışma gerçekçi enerji tüketimi ve ölçeklenebilirlik verilerinin elde edilmesi açısından önemlidir.

Ayrıca farklı nanoplastik polimerleri, farklı parçacık boyutları ve değişen atıksu matrislerinin incelenmesi gerekir. Elektrokoagülasyon çamurundaki nanoplastiklerin ayrıntılı karakterizasyonu ile güvenli bertaraf veya değerleme seçenekleri de çalışmanın açık bıraktığı temel çevresel konulardır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Mechanistic insights into electrocoagulation-driven removal of polystyrene nanoplastics from urban treated wastewater

Yazarlar, özgün sıralamayla: Alejandro Pérez-López; Carmen M. Domínguez; Sergio Rodríguez; Aurora Santos; Salvador Cotillas.

Eş katkı/eş birinci yazar: Kaynakta eş birinci yazar veya eş katkı beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazar: Salvador Cotillas.

Kurum: Department of Chemical and Materials Engineering, Faculty of Chemical Sciences, Complutense University of Madrid, Avenida Complutense s/n, Madrid 28040, Spain.

Kaynak türü: Deneysel özgün araştırma makalesi.

Dergi: Environmental Pollution.

Cilt / makale numarası: Cilt 401, Makale 128344.

DOI: 10.1016/j.envpol.2026.128344

Gönderim tarihi: 17 Ocak 2026.

Revizyon tarihi: 8 Mayıs 2026.

Kabul tarihi: 12 Mayıs 2026.

Çevrimiçi yayın tarihi: 13 Mayıs 2026.

Hakemlik durumu: Hakemli Environmental Pollution dergisinde yayımlanmış özgün araştırma makalesidir.

Yayıncı: Elsevier Ltd.

Resmî yayın bağlantısı:ScienceDirect — resmî makale sayfası

DOI bağlantısı:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2026.128344

Açık erişim ve lisans: Makale açık erişim olarak yayımlanmıştır ve Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) lisansına sahiptir.

Finansman: Araştırma TED2021-131380A-C22 (REGENEDAR) projesi kapsamında MCIN/AEI ve European Union NextGenerationEU/PRTR tarafından; CNS2023-144029 hibesi kapsamında MICIU/AEI ve European Union NextGenerationEU/PRTR tarafından; ayrıca Community of Madrid tarafından finanse edilen TEC-2024/ECO-69 (CARESOIL-CM) projesi kapsamında desteklenmiştir.

Veri erişilebilirliği: Kaynakta verilerin talep üzerine erişilebilir hale getirileceği belirtilmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çalışmayı etkileyebilecek bilinen finansal çıkar veya kişisel ilişki bulunmadığını beyan etmektedir.

Yazar katkıları

Alejandro Pérez-López: Gözden geçirme ve düzenleme, özgün taslak yazımı, araştırma ve biçimsel analiz.

Carmen M. Domínguez: Gözden geçirme ve düzenleme, yöntem ve finansman sağlama.

Sergio Rodríguez: Gözden geçirme ve düzenleme ve yöntem.

Aurora Santos: Gözden geçirme ve düzenleme ve finansman sağlama.

Salvador Cotillas: Gözden geçirme ve düzenleme, özgün taslak yazımı, danışmanlık, yöntem, finansman sağlama, biçimsel analiz, veri düzenleme ve kavramsallaştırma.

Kaynak içi denklem notu

Demir koagülantlarının oluşumunu açıklayan Denklem (10) kaynakta:

\[ \mathrm{Fe^{3+}+H_2O\rightarrow Fe(OH)_3+3H^+} \]

biçiminde basılmıştır. Denklem bu haliyle atom dengesi bakımından stokiyometrik olarak tutarlı değildir. Verianla kaynak sadakati gereği eşitliği sessizce değiştirmemiştir. Makalenin mekanizma yorumunda esas alınan bilimsel fikir, Fe³⁺ hidroliziyle Fe(OH)₃ oluşması ve proton açığa çıkmasıdır.

“Gerçekçi atıksu matrisi” ifadesinin sınırı

Kaynak özet ve sonuç bölümlerinde çalışmayı “complex, realistic wastewater matrix” olarak tanımlamaktadır. Bununla birlikte materyal ve yöntem bölümü kullanılan suyun gerçek WWTP çıkışı değil, gerçek ikincil arıtma çıkışının fizikokimyasal özelliklerini taklit etmek üzere hazırlanmış sentetik kentsel arıtılmış atıksu olduğunu açıkça belirtmektedir.

Bu nedenle Verianla metninde sonuçlar “gerçek atıksuda doğrulanmış” olarak sunulmamıştır.

Nanoplastik konsantrasyonunun sınırı

Başlangıçtaki 20 mg/L PS-NP konsantrasyonu, kaynağın kendi açıklamasına göre gerçek atıksu çıkışlarında raporlanan konsantrasyonların üzerindedir. Değer, TOC ve bulanıklık gibi analitik tekniklerle güvenilir mekanistik takip yapılabilmesi için seçilmiştir.

Dolayısıyla %100'e karşılık gelen giderim sonucu düşük çevresel nanoplastik konsantrasyonlarında veya gerçek tesis matrislerinde aynı kinetiğin doğrudan korunacağını kanıtlamaz.

“Tam giderim” ifadesinin analitik sınırı

Çalışma, çıkış suyundaki bütün PS nanoplastikleri tek tek sayan veya doğrudan polimer kütlesini spesifik bir yöntemle ölçen bir son nokta kullanmamıştır. Tam giderim; nanoplastiklere karşılık gelen TOC fraksiyonunun tamamen kaybolması, asetatın sabit kalması, bulanıklığın >%99 azalması, asetatsız doğrulama deneyi ve TEM mekanizma görüntüleri birlikte değerlendirilerek çıkarılmıştır.

Bu kanıt zinciri mekanistik olarak güçlü olmakla birlikte “sıfır nanoplastik parçacığı” ifadesinin bağımsız, çevresel düzeyde ultra-hassas bir nanoparçacık sayım yöntemiyle doğrulandığı anlamına gelmez.

Akut toksisite sonucunun sınırı

Toksisite sonuçları Aliivibrio fischeri akut biyolüminesans inhibisyon testine aittir. EC₅₀'nin %100'e çıkması, bu testte incelenen akut etkinin bastırıldığını göstermektedir; bütün sucul türler, kronik etkiler, biyobirikim veya ekosistem düzeyindeki uzun dönem riskler değerlendirilmemiştir.

Bu Verianla içeriğindeki deney koşulları, mekanizma açıklamaları, TOC ve bulanıklık sonuçları, zeta potansiyelleri, XRD/TEM yorumları, toksisite verileri ve enerji tüketimleri yalnız incelenen çalışmaya dayanmaktadır. Dış doğrulama yalnız bibliyografik kimlik, resmî yayın kaydı ve derginin hakemlik durumunun kontrolü için kullanılmıştır.