MEMM3020 metalurjik atıklar ve çevre

Transkript

1 MEMM3020 metalurjik atıklar ve çevre metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi güz yy. Prof. Dr. Gökhan Orhan MF212

2 Ders İçeriği ve Konular Hafta DERSİN TEORİK KONU BAŞLIKLARI 1 Dersin İçeriği ve Amacı, Genel Kavramlar 2 2 Metal Türü, Ağır Metal Kavramı, Ağır Metallerin Ekolojik ve Biyolojik Etkileri, Metal Toksikolojisi 3 Katı Atıkların Sınıflandırılması, Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 2 4 Katı Atık Yönetmeliği 2 5 Sıvı Atıkların Sınıflandırılması, Doğada Su Döngüsü, Su Kalite Parametreleri, Atıksu Yönetmeliği 6 Atık Su Değerlendirme ve Geri Kazanım Teknolojileri 2 7 Ara Sınav 2 8 Metalurjik İşlemlere Bağlı Oluşan Gaz Atıklar ve Atmosferik Kirleticiler Gaz Emisyonların Kontrolü ve Minimizasyon Yöntemleri, Atmosfer Kontrol Yönetmeliği Birincil Bakır ve Alüminyum Üretiminde Ortaya Çıkan Atıklar, Ara Ürünler ve Değerlendirilmeleri 11 Döküm Sektöründe Atık Minimizasyonu 2 12 Metalurjide Enerji Kullanımına Bağlı Dolaylı Çevre Kirliliği 2 13 Seminer I-II 2 14 Seminer III-IV 2 Süre (saat)

3 Canlı organizma, insan, besin, enerji, atık, dışkı, ölüm, çürüme, bozunma, doğaya geri dönme... dendiğinde Kimyasal reaksiyon, kimyasal madde, kimyasal dönüşüm akla gelmeli

4 Canlıların yaşamsal faaliyetleri sona erdiğinde, tüm kimyasallar tekrar doğaya geri döner. Her canlının sürekli dinamizm taşıyan bir nokta (özel bir kimyasal reaktör) olduğu ve bu sayısız noktaların bütünsel bir denge oluşturduğu görülür.

5 Doğal sürecin bu dengeli yapısının aksine, insanoğlu yaşamsal olarak ihtiyaç duymadığı halde sadece yaşam koşullarını kolaylaştırmak için doğada bulunan kimyasalları yapısal olarak değiştirmekte ve inanılmaz sayıda kimyasal bileşiği sentetik olarak hazırlamaktadır Şu anda bilinen ve kullanılan tüm kimyasal bileşiklerin yanı sıra, insan organizmasında ve özellikle doğal çevrimde neden olacağı tahribatı yeterince test etmeden veya edemeden her yıl piyasaya sentezlenmiş yeni kimyasal bileşik sürülüyor.

6 Metalleri, metalurji jargonundaki ağır, hafif, renkli vb. sınıflandırmalar dışında, doğada bulunabildikleri formlar, koordinasyon kimyaları ve çevreye taşınım mekanizmaları açısından ele almak mümkün. Metallerin farklı tasnifinden önce, insan organizmasında neden oldukları zararlar açısından tüm kimyasal bileşiklerin -metal içersin veya içermesin- sınıflandırılmasına göz atmak, metallerin doğal dengeye zararlarının hangi mertebede olduğunu görmek açısından yararlı olabilir.

7 Kimyasal bileşikler, insan bünyesine etkilerine göre 4 ana gruba ayrılırlar. 1. Asitler ve Bazlar 2. Oksitleyici ve Redükleyici Bileşikler 3. Reaktif Bileşikler 4. Reaktif Olmayan Bileşikler

8 Asit ve Bazlar : Vücudun ph-değerini ve dolayısı ile biyokimyasal reaksiyonları değiştirirler. Zararları temas ettikleri bölgede derinin çözünmesi ve parçalamaları ile olur. Kuvvetli bazların etkisi kuvvetli asitlerden daha fazladır. Oksitleyici ve Redükleyici Bileşikler : Temas ettikleri biyolojik yapıyı oksitleyerek veya redükleyerek tahrip ederler ve genellikle etkileri kalıcıdır.

9 Reaktif Bileşikler : Vücudun kendi yapısında bulunan kimyasal bileşiklerle reaksiyona girerek zararlı olurlar. Özellikle hücre yapısını oluşturan bileşiklerle reaksiyonları sonucu gen deformasyonlarına, mütasyonlara, hatalı (teratojenik) doğumlara ve kanser oluşumuna neden olurlar. Reaktif Olmayan Bileşikler : Bunlar insan bünyesinde bulunan kimyasallarla reaksiyona girmezler, ancak biyolojik reaksiyonların yavaşlamasına neden olarak etki gösterirler. Özellikle zehirli metaller bu grupta yer alırlar ve kimyasal olarak doku ile doğrudan reaksiyona girmemelerine rağmen genellikle enzimlere bağlanıp, enzimin fonksiyonunu engelleyerek veya durdurarak özellikle sinir sistemi üzerinde etkili olurlar ve etkileri bazen geri döndürülebilir.

10 Metallerin insan ve canlı bünyelerinde reaksiyona girmeleri durumunda, bu reaksiyonların denge konumundan bahsedilemez. Çünkü biyolojik ürünler kinetik açıdan dayanıklıdırlar; yarılanma ömürleri uzundur, yani bozunmaları uzun süre gerektirir.

11 Bu gruplandırmada, kimyasal maddeler insan vücuduna etkilerine göre sınıflandırılırken, metallerin organik, kompleks ve şelat yapıdaki bileşikleri göz önüne alınmamıştır. Oysa metallerin bu tür bileşikleri vücutta birikme (bio-akumulation) özelliğine sahiptir ve etkilerinin ortaya çıkması uzun zaman alır.

12 Metil civa klorür (CH3HgCl) örneğini hatırlayalım: Yıl 1956 Minamata/Japonya Görme ve duyma bozuklukları Anormal hareket sendromları Yıl 1959 O güne kadar blinmeyen hastalığın nedeni metil civa klorür olarak tahmin ediliyor. Yıl 1968 Bir fabrikanın denize ulaşan atık suları Plankton Yosun Balık besin zincirinde akümülasyon Bilanço : 1100 ölü

13 Metaller yerüstü, yeraltı sularında ve atmosferde çok farklı formlarda bulunabilmektedirler.

14 Metallerin doğal sularda (sedimente yatak porları ve taban suları dahil) bulunabildikleri formlar Serbest metal iyonları Anorganik kompleksler Organik kompleksler ve şelatlar Büyük moleküllü organiklere bağlı metaller Aşırı disperse kolloidaller Kolloidall ere adsorbe metal bileşikleri Çökeltilertanesel organik malz. Cu 2+ Fe 2+ Pb 3+ Cu 2 (OH) 2+ 2 Pb(CO 3 ) 2-2 CH 3 Hg + (CH 3 ) 4 Pb Me-OOCR Me-SR Metal lipitler, metalpolisakkarinler, laklar, FeOOH, Fe(OH) 3 MnO 2 Ag 2 S Me n+, MeCO 3 kile adsorbe olmuş FeOOH, MnO 2, vb. bileşikler Zn(OH) 3 -

15 Kimyasal maddelerin çevreye yayınmaları basit fiziksel özellikleri Ergime/buharlaşma sıcaklığı Buhar basıncı Suda çözünürlük Molar kütle Çözünürlük Buharlaşma Aktivite ile orantılıdır.

16 Metallerin Hava-Su-Kara ve Biyosfer arasındaki dağılımını ve bunlar arasındaki çevrimi de aynı özellikler belirler. Diğer taraftan metallerin psikolojik (psişik), ekolojik ve toksikolojik etkisi kural olarak kimyasal yapısına daha doğrusu METALİN TÜRÜ ne bağlıdır.

17 Metallerin türü denilince hayvan ve bitkilerde olduğu gibi tür yani ortak özelliklere veya etkilere sahip kimyasal yapılar anlaşılır. Çevreye yayınmaları, ilke olarak basit fiziksel özelliklerine bağlı olmakla beraber, ait oldukları koordinasyon gruplarından hareketle, metallerin yayınmadaki tercihleri bir tür özelliği olarak ele alınabilir.

18 Koordinasyonlarına bağlı olarak metal türleri A-Türü Metal Katyonları Ara Tür Metal İyonları B-Türü Metal Katyonları Elektro n dağılımı Soy gaz konfigürasyonu son yörüngede 1-9 elektrona sahip olanlar Ni o, Pd o veya Pt o yapısında (son yörüngede elektrona sahip olanlar Koordi nasyon Yapısı küresel kompakt simetrik olmayan küresel düşük elektronegativite, yüksek polarizasyon yatkınlığı, esnek küresel (H + ), Li +, Na +, K +, Be 2+, Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+, Al 3+, Sc 3+, La 3+, Si 4+, Ti 4+, Zr 4+, Th 4+ V 2+, Cr 2+, Mn 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni 2+, Cu 2+, Ti 3+, V 3+, Cr 3+, Mn 3+, Fe 3+, Co 3+ Cu +, Ag +, Au +, Te +, Ga +, Zn 2+, Cd 2+, Hg 2+, Pb 2+, Sn 2+, Tl 3+, Au 3+, In 3+, Bi 3+

19 Al, Ti, Mn, Co, Cr, V, Ni, A-Türü Metaller ve Ara Tür Metaller sınıfına girer. Metalik halde buhar basınçları düşükken suda çözünme eğilimleri yüksektir. Doğal çevrimde daha çok iyon halinde yer üstü ve yer altı sularına geçerler ve kayaçlar içine çökerler. Çevresel açıdan bu metaller Lithofil (kaya sever) metal türünü oluştururlar.

20 Sn, Cu, Cd, Zn, As, Se, Sb, Mo, Ag, Hg ve Pb B- Türü Metaller veya Ara Tür Metaller grubuna dahildirler ve doğal çevrimde denizlere taşınımları, akarsulardan daha çok atmosferik yolla olmaktadır. Çevresel açıdan bu metaller Atmofil (hava sever) metal türünü oluştururlar. Atmofil metallerin kendileri (Hg, Se,), oksit veya bileşikleri (PbO, As 2 O 3, BaCl 2, (CH 3 ) 4 Sn, (CH 3 ) 2 Hg, ) düşük buharlaşma entalpisine sahiptirler.

21 Metallerin atmofil veya lithofil olmalarına bağlı olarak ekosisteme yayınım miktarları da farklılık göstermektedir Yapılan model araştırmalarda, örneğin kurşunun atmosfere doğal olmayan (endüstriyel) yayınımının doğal yayınımından (tozlaşma, volkanik patlama vb.) 345 kat fazla olmasına karşılık, bu oran alüminyum için 1/7 civarlarında kalmaktadır.

22 Metal iyonlarının çevreye yayınmalarını böyle genel gruplara ayırmak mümkünse de, iyonik etkilerinin koordinasyonla, yani bileşik yapısına bağlı olduğu asla göz ardı edilmemelidir.

23 Genelde bitki ve hayvanlar için zehirli, insana etki açısından zehirsiz metal sınıfına dahil edilen bakırı koordinasyon türüne göre ele alırsak: Bakır(I)siyanür, Bakırfosforit, Bakırfluroasetat, Bakırarsenat Bakırarsenit yapılarında bulunan aniyonlarından dolayı KUVVETLİ ZEHİR, Bakır-8-hikroksişinolat Bakırçinkokromat HAFİF ZEHİR, Bakırsülfat (BORDO KARIŞIMI) ZEHİRSİZ sayılır. Buna karşılık doğal ve inorganik Malahit (CuCO 3.Cu(OH) 2 ) ve Azurit (2CuCO 3.Cu(OH) 2 ) bileşikleri Bakır Çalığı adıyla ZEHİR sınıfındadır.

24 Bakırın bitkiler üzerindeki etkisini, bulunduğu kimyasal formuna göre incelersek, bakırın Cu 2+, Cu 2 O, Cu 2 (OH) 2 2+, CuCO 3 Cu(OOCCH 2 NH 2 ) 2 formlarında bulunmasına bağlı olarak yaptığı etkinin büyük değişiklik gösterdiği görülür. % 1-20 CuSO 4 içeren kireç sütü karışımı BORDO KARIŞIMI olarak bilinir ve özellikle Akdeniz ülkelerinde (İtalya, İspanya, Yunanistan, Portekiz, Türkiye vd.) üzüm çiftçileri tarafından ortaçağdan bu yana tarım ilacı olarak kullanılır ve asma ağaçlarının gelişimine herhangi bir zararı söz konusu değildir.