EDİTÖRDEN. Saygılarımla, Prof. Dr. F. Dilek Sanin ÇBT Sayı Editörü

Transkript

1 EDİTÖRDEN Çevre sorunlarının değerlendirilmesinde ve çözümünde araştırma etkinlikleri; ve daha sonra da bu etkinliklerinin sonuçlarının uygulamaya aktarılabilmesi açısından bulguların yaygınlaştırılması önemlidir. Çevre mühendisliği alanındaki araştırma faaliyetleri geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. Araştırmalar, su ve atıksuların arıtımı, atıkların bertarafı gibi yerel sorunlara çözüm arayışının bir sonucu olarak ortaya çıkabileceği gibi, küresel ısınma, doğal kaynakların kontrolsüz tüketimi gibi daha geniş ölçekte etkileri olabilecek sorunların çözümüne yönelik olarak da gelişebilmektedir. Sürdürülebilirlik kavramının son 20 yılda gündeme gelmesi, uluslararası ölçekte çevre sorunlarının boyutları hakkında önemli bir farkındalık yaratmış, çevre sorunlarının çözümünde sadece alışılmış yöntemlerin uygulanmasının yeterli olmayacağını gündeme getirmiştir. Bu kapsamda sürdürülebilirlik kavramı ülkemizde ve dünyada çevre mühendisliği uygulama ve araştırmalarını da yeni bir boyuta taşımıştır. Etkin kaynak yönetimi, alternatif kaynakların yaratılması, kaynakların yeniden kullanımı ve geri dönüşümü gibi kavramların gelişmesine yol açmıştır. Ayrıca teknolojik gelişmeler de çevresel kirleticilerle ilgili ölçüm yetilerinin gelişmesine yol açmış, araştırmaların moleküler boyutlara taşınabilmesi ve yeni arıtım ve izleme teknolojilerinin geliştirilmesi gibi sonuçlar doğurmuştur. Gerçekleştirilen araştırma etkinliklerinin sonuçlarının uygulayıcılar başta olmak üzere geniş bir kitleye duyurulması, bu çalışmaların uygulamaya aktarılabilmesinde önemli bir adımdır. Ülkemizdeki bilimsel çalışmaların sonuçlarının yaygınlaştırılmasında Çevre Bilim ve Teknolojisi dergisi önemli bir rol üstlenmiştir. Çevre Bilim ve Teknoloji dergisinin Temmuz 2011 sayısında yayımlanan makaleler çevre sorunlarının değerlendirilmesi ve çözümünde yukarıda da bahsedildiği gibi hem konvansiyonel, hem de yeni nesil yaklaşımların kullanımına iyi bir örnek oluşturur yapıdadır. Bu sayıdaki makalelerin genel kapsamları oluşan atıkların değerlendirilmesi ve yeniden kullanıma sunulması, yeni teknolojilerle atıkların daha ileri seviyelerde arıtılabilmesi, modelleme yardımı ile çevresel sistemlerin ya da arıtma süreçlerinin daha iyi tanımlanması ve matematiksel olarak ifade edilmesi ana konuları altında toplanabilir. Çevre Bilim ve Teknoloji dergisinin Temmuz 2011 sayısının meslektaşlarıma ve tüm okuyuculara yararlı olmasını dilerim. Saygılarımla, Prof. Dr. F. Dilek Sanin ÇBT Sayı Editörü

2 Çevre Bilim & Teknoloji Cilt 0, Sayı 0, , 2011 TMMOB Çevre Mühendisleri Odası BİTKİSEL ATIKLARDAN ÜRETİLEN AKTİF KARBON İLE SULU ÇÖZELTİDEN Cu(II) İYONU GİDERİMİ 1 H.Ferdi GERÇEL ve 2 Özgül GERÇEL 1 Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 26555, İki Eylül Kampüsü, Eskişehir, hfgercel@anadolu.edu.tr 2 Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 26555, İki Eylül Kampüsü, Eskişehir, ogercel@anadolu.edu.tr Özet: Aktif karbon yenilenebilir bitkisel atıklardan kendir sapı ve atıkları kullanılarak, kimyasal aktivasyon uygulanmadan hazırlanmıştır. Kesikli sistemde aktif karbon kullanılarak sulu çözeltide Cu(II) adsorpsiyona temas süresinin, başlangıç Cu(II) derişiminin ve adsorban derişiminin etkisi incelenmiştir. Deneysel veriler ile adsorpsiyon izotermlerinin uyumu araştırılarak, Langmuir izoterm modeli ile uyum gösterdiği görülmüş ve aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi 40 o C da mg g -1 bulunmuştur. Deneysel verilerin yalancı-ikinci-derece kinetik modele uygun olduğu görülmüştür. Ayrıca bitkisel atıklardan hazırlanan aktif karbonun ağır metal giderim proseslerinde verimli olarak kullanılabilineceği sonucuna varılmıştır. Anahtar kelimeler: adsorpsiyon, aktif karbon, ağır metal, Cu(II), bitkisel atık REMOVAL OF Cu(II) FROM AQUEOUS SOLUTIONS BY ACTIVATED CARBON PREPARED FROM WASTE PLANT Abstract: Activated carbon was prepared from renewable waste plant material without chemical activation. The adsorption of Cu(II) onto activated carbon was investigated in a batch system with respect to contact time, initial Cu(II) concentration and adsorbent dosage from aqueous solutions. The experimental data indicated that the adsorption isotherms are well described by the Langmuir isotherm model and the calculated maximum adsorption capacity of activated carbon was mg g -1 at 40 o C. The experimental data fitted very well to pseudo-second-order kinetic model. Therefore, it was concluded that activated carbon prepared from waste plant can be effectively used in heavy metal removal processes. Keywords: adsorption, activated carbon, heavy metal, Cu(II), biomass waste

3 4 H.F. GERÇEL, Ö. GERÇEL GİRİŞ Son yıllarda, ağır metal içeren suların meydana getirdiği su kirliliği tüm dünyayı etkileyen en önemli sorunlardan biridir. Sulardaki ağır metal kirliliğinin temel sebebi metal kaplama, madencilik, kimyasal üretimi gibi çeşitli endüstriyel faaliyetlerdir. Ağır metal işleyen endüstrilerden deşarj edilen atıklar, alıcı ortamın kirlenmesine ve sucul hayatın bozulmasına neden olmaktadır. Çeşitli metal iyonlarının insan hayatı üzerine olumsuz etkileri son yirmi yılda daha çok dikkat çekmektedir. Kurşun birikiminin beyin fonksiyonlarını olumsuz etkilediği, bakırın vücutta birikmesinin Wilsons hastalığı olarak bilinen beyin hastalığına, böbrek ve karaciğer yetmezliğine sebep olduğu bilinmektedir (Ng ve diğerleri, 2003; Namasivayam ve Kadirvelu, 1997). Bu nedenle ağır metallerin içme sularından ve atıksulardan giderimi için pek çok yöntem geliştirilmiştir. Atık sulardan metal giderimi, çöktürme, membran prosesleri, elektrokimyasal prosesler, iyon değişimi ve adsorpsiyon ile yapılabilmektedir (Zhang ve diğerleri, 2005; Veglio ve Beolchini, 1997; Rao ve diğerleri, 2009). Tüm bu yöntemlerin birbirlerine göre üstün yönleri ve aynı zamanda dezavantajları vardır. Adsorpsiyon dışındaki metotlar pahalı ekipmanlara gerek duymaları, sürekli kimyasala ihtiyaç göstermeleri gibi dezavantaja sahiptirler. Bunun dışında, bu metodlar bazen istenilen oranda metal giderimini sağlayamamaktadır. Adsorpsiyon su gibi kirlenmiş ortamlardan organik ve inorganik kirleticilerin gideriminde çok yaygın kullanılan bir yöntemdir. Adsorpsiyon metodu atık sulardan metal gideriminde başarı ile uygulanmasının yanında adsorban maliyetinden kaynaklanan çekincelere de sahiptir. Bu nedenle son yılarda araştırmacılar atık sulardan ağır metal giderimi için çalışmalarını düşük maliyetli, ekonomik olarak uygun olan ve daha önce kullanılmamış adsorbanlar üzerine yoğunlaştırmışlardır. Yüksek ağır metal adsorplama kapasitesi nedeniyle aktif karbon endüstriyel atık sulardan ağır metallerin giderimi için tercih edilen bir adsorbandır. Bu adsorplama kapasitesi büyük ölçüde karbonun gözenek yapısı, yüzeyinin kimyasal özellkleri gibi karakteristik özelliklerine bağlı olduğu kadar sulu çözeltinin özelliklerine de bağlıdır. Aktif karbon yüksek gözeneklilik ve geniş yüzey alanına sahip mikrogözenekli karbondur. Aktif karbonun ayrıca düşük kül içeriği ve yüksek mekanik dayanıklılığa sahip olması istenmektedir. Endüstiyel olarak aktif karbon genellikle kömür ve lignoselülozik malzemelerden üretilmektedir. Diğer yönden, literatürde çeşitli endüstriyel katı atık ve tarımsal yan ürünlerden aktif karbon üretimi için araştırmalara rastlanmaktadır. Kolay elde edilebilen, ucuz pekçok tarımsal atık veya bitki atığı örneğin pamuk çiçeğinin kabuğu, muz kabuğu, mısır kocanı (Kadirvelu ve diğerleri, 2003), şam fıstığı kabuğu (Attia ve diğerleri, 2003;Wu ve diğerleri, 2005), tahıl kabukları (Jumasiah ve diğerleri, 2005), hurma çekirdeği (Banat ve diğerleri, 2003), pirinç kepeği (Sankar ve diğerleri, 1999), hindistan cevizi lifi (Namasivayam ve Kavitha, 2002), mango çekirdeği tozu (Kumar ve Kumaran, 2005), kauçuk ağacı samanı (Kumar ve diğerleri, 2005), kayısı çekirdeği (Khalil ve Girgis, 1998), Euphorbia rigida (Gerçel ve diğerleri, 2007), gül ağacı samanı (Garg ve diğerleri, 2004), saman (Kannan ve Meenaks-

4 Bitkisel Atıklardan Üretilen Aktif Karbon İle Sulu Çözeltiden Cu(II) İyonu Giderimi 5 hisundaram, 2002), Rosa canina sp. çekirdeği atıkları (Gürses ve diğerleri, 2006) aktif karbon üretimi için kullanılmıştır. Bu çalışmada aktif karbon üretiminde hammadde olarak kendir atıkları seçilmiştir. Kendir, Türkiye nin bir çok bölgesinde yetişen sınai bir bitkidir. Elyafı dışında, tohumundan da yağ üretimi yolu ile faydalanılmaktadır. Genellikle kendir elyafından halat, ip, sicim üretilirken gayet ince bezler de dokunabilmektedir. Bu çalışmada tarlada kalan ve kullanılmayan kendir saplarının aktif karbon üretiminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Daha sonra laboratuar ortamında elde edilen aktif karbonun sulu çözeltiden Cu(II) gideriminde etkinliği incelenmiştir. MATERYAL ve YÖNTEM Materyaller Ağır metal iyonları içeren sulu çözelti CuSO 4 5H 2 O nun çift distile edilmiş suda çözünmesi ile elde edildi. Hazırlanan stok çözelti (1000mgL -1 ) istenen çalışma derişimlerine seyreltilerek kullanıldı. ph ayarlamaları sırasında kullanılan diğer kimyasallar H 2 SO 4 ve NaOH de CuSO 4 X5H 2 O gibi MERCK den sağlanmıştır. Aktif karbonun hazırlanması Aktif karbonun hazırlanmasında hammadde olarak kendir sapları seçilmiştir. Karadeniz bölgesinden toplanan kendir sapları öncelikle üzerlerinde bulunabilecek kirleticilerden temizlenmiş, oda sıcaklığında kurutulmuştur. Değirmende boyutları küçültülen kendir saplarının ortalama parçacık boyutu 0.47 mm olacak şekilde boyut analizi yapılmıştır. Belli parçacık boyutundaki örnekler seramik kaplara yerleştirilerek 10 C dak -1 ısıtma hızındaki fırında 850 C sıcaklıkta 2 saat bekletilmişlerdir. Bu sırada ortama 100 ml dak -1 akış hızında azot gazı verilmiştir. Aktif karbon üretimi sırasında karbonizasyon öncesi veya sonrası herhangi bir kimyasal aktivasyon uygulaması yapılmamıştır. Soğutma işleminden sonra fırından çıkartılan aktif karbonlar distile su ile yıkanmış ve 110 C de etüvde 24 saat kurutulmuşlardır. Kesikli adsorpsiyon çalışmaları Bakır sülfatın belirli miktarı alınarak 1000mgL - 1 lik stok çözelti hazırlayacak şekilde çift distile suda çözülmüştür. Çözelti ph ı seyreltik H 2 SO 4 ve NaOH çözeltileri kullanılarak bir phmetre yardımı ile ayarlanmıştır. İzoterm çalışmaları sırasında farklı başlangıç derişimlerindeki Cu(II) çözeltilerine 100 mg/50 ml aktif karbon eklenerek manyetik karıştırıcılar kullanılarak dengeye ulaşılana kadar karıştırılmıştır. Karıştırma işlemi süresince çözeltilerin buharlaşmasını önlemek amacıyla erlenlerin ağızları kapatılmıştır. Bu sırada çözelti sıcaklıklarını istenilen değerlerde (20-40 o C) tutmak amacıyla sirkülasyonlu su banyoları kullanılmıştır. Çözelti derişimleri Varian AA250 Plus marka atomik absorpsiyon spektrofotometresi kullanılarak belirlenmiştir. Dengede adsorpsiyon miktarı, q e (mg/g) Eşitlik l e göre hesaplanmıştır. e ( ) q = C C V m (1) 0 e / Burada C 0 ve C e sırasıyla çözeltinin başlangıç ve denge derişimleri (mg L-1), V çözelti hacmi (L) ve m kullanılan aktif karbonun miktarıdır (g). Kesikli kinetik çalışmalar Bu grup çalışmada mg L -1 aralığında dört farklı Cu(II) başlangıç derişimi için Cu(II) nin aktif karbon ile adsorpsiyonunun zamana göre değişimi incelenmiştir. Bu deneylerde 150 ml lik Cu(II) çözelti hacmi seçilmiş sıcaklık

5 6 H.F. GERÇEL, Ö. GERÇEL kontrollü manyetik karıştırıcılar kullanılmıştır. Belirli zaman aralıklarında numuneler çekilerek derişim okumaları yapılmıştır. Deneyler en az iki tez tekrarlanarak veriler elde edilmiştir. Sulu çözeltilerden metal adsorpsiyonunda ph çok önemli bir parametredir. Cu(II) iyonu için adsorpsiyon çalışmaları ph 5 de gerçekleştirilmiştir. Bunun nedeni daha önce bu konuda çalışan araştırmacıların bulgularına dayanarak Cu(II) iyonunun çökelme ph ının mümkün olduğunca altında adsorpsiyon çalışmalarını gerçekleştirmektir. Cu(II) iyonu için çökelme ph ı 6-8 olarak bulunmuştur. Ayrıca Cu(II) iyonu adsorpsiyonu artan ph ile artmaktadır (Faur-Brasquet ve diğerleri, 2002; Namasivayam ve Kadirvelu,1997; Lee ve Davis, 2001). Bu çalışmada da yapılan ph deneyleri paralel sonuçlar vermiştir. Faur-Brasquet ve diğerleri, (2002) ph taki artış ile metal iyonu giderimindeki artışı aktif karbon yüzeyi ile metal katyonları arasındaki elektrostatik itme kuvvetlerinin azalmasıyla açıklamıştır. SONUÇ ve TARTIŞMA Başlangıç Cu(II) derişiminin ve karıştırma süresinin adsorpsiyon kapasitesi üzerine etkisi Başlangıç Cu(II) derişiminin ve karıştırma süresinin adsorpsiyon kapasitesi üzerine etkisi Şekil 1 de görülmektedir. Başlangıç Cu(II) iyonu derişimi arttıkça aktif karbon üzerinde tutulan Cu(II) miktarı da artmaktadır. Aynı zamanda sistem dengeye gelene kadar karıştırma süresinin artması ile tutulan Cu(II) miktarı da artmaktadır q t (mgg -1 ) mgl mgl mgl mgl t (dak) Şekil 1. Başlangıç Cu (II) derişiminin ve karıştırma süresinin adsorpsiyon kapasitesi üzerine etkisi Cu(II) iyonu başlangıç derişimi 25 mgl -1 den tir. Karıştırma süresinin adsorpsiyon kapasitesi 175 mgl -1 ye artırıldığında, adsorpsiyon kapasitesi 12,4 den 36,5 mg g -1 e yükselmektedir. Cu(II) iyonu derişimi için adsorpsiyonun büyük üzerine etkisi incelendiğinde 25 mgl -1 başlangıç Farklı başlangıç Cu(II) iyonu derişimleri için bir kısmının ilk 5 dakika içerisinde gerçekleştiği hesaplanan kinetik sabitler Tablo 1 de verilmiş- ve sistemin kısa sürede dengeye ulaştığı görül-

6 Bitkisel Atıklardan Üretilen Aktif Karbon İle Sulu Çözeltiden Cu(II) İyonu Giderimi 7 mektedir. Daha yüksek başlangıç Cu(II) iyonu derişimlerine çıkıldığında örneğin 125 mgl -1 Cu(II) iyonu derişimi seçildiğinde bu sürenin 120 dakikaya kadar uzadığı görülmektedir. Aktif karbon miktarının etkisi Adsorban miktarının sulu çözeltiden Cu(II) iyonu giderimine etkisi g /50 ml aralığında seçilen karbon miktarları ile araştırılmıştır. Şekil 2 de aktif karbon miktarının Cu(II) adsorpsiyonuna etkisi görülmektedir Cu(II) giderimi (%) Madde miktar (mg) Şekil 2. Aktif karbon miktarının Cu(II) adsorpsiyonuna etkisi Aktif karbon miktarının atması ile adsorplanan Cu(II) iyonu da artmaktadır g aktif karbon kullanıldığında Cu(II) giderimi neredeyse hiç yok iken (%1) aktif karbon miktarı 0.1g a çıkartıldığında Cu(II) giderimi %60 olmuştur. Kinetik modeller Adsorpsiyon hızı adsorpsiyon sistemleri için çok önemli bir veridir. Çeşitli kinetik modeller bu amaç için kullanılmaktadır. Bu çalışmada elde edilen verilerin birinci derece (Kannan ve Sundaram, 2001) ve yalancı-ikinci derece (Ho ve McKay, 1998) kinetik eşitliklere uygunluğu araştırılmıştır. Birinci dereceden kimyasal adsorpsiyon için eşitlik aşağıdaki gibi yazılabilir. 1/ q = 1/ q + ( k / q )(1/ t) (2) t e1 1 e1 Burada q e1 ve q t dengede ve t zamanında birim adsorban başına adsorplanan kirletici miktarı (mg g 1 ), k 1 birinci dereceden hız sabiti (dak -1 )dir. k 1 değeri 1/q t karşılık 1/t grafiği çizilerek hesaplanabilir. (Grafik burada gösterilmemiştir.) Hesaplanan değerler Tablo 1 de görülmektedir. Yalancı-ikinci derece kinetik model aşağıdaki gibi gösterilebilir. ( ) t/ q = 1/ k q + 1/ q t (3) 2 t 2 e2 e2 Burada q e2 yalancı ikinci dereceden adsorpsiyon için maksimum adsorpsiyon kapasitesi (mg g 1 ), k 2 yalancı ikinci dereceden adsorpsiyon için denge hız sabiti (g mg 1 dak 1 )dir. k 2 ve q e2 değerleri t/q t karşı t grafiği (Şekil 3) çizilerek bulunabilir.

7 8 H.F. GERÇEL, Ö. GERÇEL 25 t/q t (dak g mg -1 ) mgl mgl mgl mgl t(dak) Şekil 3. Dört farklı başlangıç Cu(II) derişimi için çizilen yalancı-ikinci-derece kinetik model Dört farklı başlangıç Cu(II) derişimi için çizilen yalancı-ikinci-derece kinetik model Şekil 3 te görülmektedir. Hesaplanan k 2 ve q e2 değerleri Tablo 1 de gösterilmiştir. Tablo 1. Farklı başlangıç Cu(II) derişimlerinde aktif karbon üzerinde Cu(II) adsorpsiyonu için hesaplanan kinetik parametreler Baş.Cu(II) derişimi (mgl -1 ) q e1 (mg g -1 ) k 1 (dak -1 ) 2 r 1 q e2 (mg g -1 ) k 2 (g mg -1 dak -1 ) 2 r ,40 0,25 0,99 12,42 2,48x10-1 0, ,77 4,67 0,93 33,56 3,25x10-1 0, ,47 4,57 0,90 36,50 2,45x10-1 0, ,77 3,56 0,81 37,32 3,07x10-1 0,98 Tablo 1 incelendiğinde tüm başlangıç derişimleri 2 2 için r 2 değerlerinin r 1 değerlerinden daha yüksek olduğu görülmektedir. Daha yüksek r 2 2 değerleri adsorpsiyon prosesinin yalancı-ikinci-derece mekanizmaya daha uygun olduğunu göstermektedir. Ayrıca yalancı-ikinci-derece eşitlikten elde edilen değerler denge adsorpsiyon kapasiteleri ile uyum göstermektedir. Vasconcelos ve diğerleri (2007) yaptıkları çalışmada reaktif mavi 2 (RB2) ile değiştirilmiş çitosan üzerinde Cu(II) iyonlarının adsorpsiyonunun yalancı ikinci derece kinetik modele uygun olduğunu göstermişlerdir. Söz konusu çalışmada 100 mgl -1 başlangıç Cu(II) derişimi ve 500 mg/100 ml adsorban/ çözelti hacmi oranı ile elde edilen hız sabiti (k 2 ) değeri 4,85x10-4 g(mg dak) -1 olarak bulunurken, bu çalışmada k 2 değeri 125 mg L -1 için 2,45x10-1 g(mg dak) -1 olarak bulunmuştur. Kendir atıkla-

8 Bitkisel Atıklardan Üretilen Aktif Karbon İle Sulu Çözeltiden Cu(II) İyonu Giderimi 9 rından hazırlanan aktif karbon üzerinde Cu(II) tutunumu bu değerlerden de görüldüğü gibi oldukça hızlı gerçekleşmektedir. Burada q e dengede birim adsorban tarafından adsorplanan Cu(II) miktarı (mg g -1 ), C e dengede çözeltideki Cu(II) derişimi (mg L -1 ), q max tek tabaka adsorpsiyon kapasitesi (mg g -1 ), K L ise Langmuir adsorpsion sabiti(l mg -1 ) dir. Adsorpsiyon izotermleri İzotermler bir adsorbanın adsorpsiyon kapasitesini belirlememize ve adsorpsion sisteminin performansının anlaşılmasına yardım eden eşitliklerdir. Bu çalışmada Langmuir ve Freundlich izoterm eşitlikleri deneysel verileri açıklamak için kullanılmıştır. Langmuir izoterm eşitliği aşağıdaki gibi yazılabilir (Langmuir 1918): C / = + q (4) e qe 1/ qmax K L Ce / max Freundlich izoterm eşitliği heterojen sistemler için türetilmiştir ve aşağıdaki gibi gösterilebilir (Freundlich 1906). ln q = ln K + 1/ n ln C (6) e F Burada K F (L g -1 ) ve n (boyutsuz) Freundlich adsorpsion izoterm sabitleridir. Aktif karbon üzerinde Cu(II) adsorpsiyonu için Langmuir adsorpsiyon izotermi Şekil 4 de görülmektedir. Freundlich adsorpsion izotermi ise burada gösterilmemiş, her iki izoterm modeli için hesaplanan sabitler Tablo2 de verilmiştir. e 3,5 3,0 2,5 C e /q e 2,0 1,5 1,0 0,5 20 o C 30 o C 40 o C 0, C e (mg L -1 ) Şekil 4. Aktif karbon üzerinde Cu(II) adsorpsiyonu için Langmuir adsorpsiyon izotermi

9 10 H.F. GERÇEL, Ö. GERÇEL Tablo 2. Farklı sıcaklıklarda aktif karbon üzerinde Cu(II) adsorpsiyonu için adsorpsiyon izoterm sabitleri Sıcaklık ( o C) Langmuir Freundlich q max (mg g -1 ) K L (L mg-1) 2 r L K F (L g -1 ) n 2 r F 20 36,23 0,60 0,99 18,35 6,07 0, ,75 1,77 0,99 18,72 5,10 0, ,01 10,34 0,99 21,75 5,49 0,76 Tablo 3. Farklı adsorbanlar için sulu çözeltiden Cu(II) adsorpsiyon kapasiteleri Adsorban ph Sıcaklık ( o C) q(mg/g) Kaynak Kömür (Türkiye kaynaklı) Karabulut ve diğerleri, 2000 NaOH ile ön işlemden geçmiş Aspergillus niger NaOH ile ön işlemden geçmiş Aspergillus niger 6 22± Kapoor ve diğerleri, ± Kapoor ve diğerleri, 1999 Toz aktif karbon Lim ve diğerleri, 2002 Biokütle Lim ve diğerleri, 2002 Turba Ho ve McKay, 2003 RB2 ile değiştirilmiş çitosan Vasconcelos ve diğerleri,2007 Kendirden üretilen aktif karbon Bu çalışma Tablo 2 incelendiğinde sıcaklığın artması ile adsorpsiyon kapasitesininde arttığı görülmektedir. Ayrıca r 2 değerleri karşılaştırıldığında Langmuir adsorpsiyon izoterm modelinin Freundlich izoterm modeline göre verilerle daha iyi uyum sağladığı görülmektedir. Bu alanda yapılan çalışmalar incelenerek, bu çalışmada elde edilen adsorpsiyon kapasitesinin sulu çözeltilerden Cu(II) iyonunun gideriminde kullanılan diğer adsorbanlarla karşılaştırması Tablo 3 te verilmiştir. Kendir atıklarından hazırlanan aktif karbonun sulu çözeltiden Cu(II) iyonu gideriminde alternatif adsorban olarak kullanılabileceği Tablo 3 de görülmektedir. SONUÇLAR Bu çalışmada tarımsal bir atık olan kendir saplarının aktif karbon üretiminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Daha sonra elde edilen aktif karbon sulu çözeltilerden Cu(II) gideriminde kullanılmıştır. Adsorpsiyon deneyleri için çözelti başlangıç ph ı 5 olarak seçilmiştir. Çalışmada karıştırma süresinin, sıcaklığın, başlangıç Cu(II) iyonu derişiminin aktif kabonun adsorpsiyon kapasitesine etkisi araştırılmıştır. Deneysel verilerin Langmuir ve Freundlich izoterm modellerine uyumu araştırılmış ve sistemin Langmuir izoterm modeline daha iyi uyum sağladığı görülmüştür. Çözelti sıcaklığının artırıl-

10 Bitkisel Atıklardan Üretilen Aktif Karbon İle Sulu Çözeltiden Cu(II) İyonu Giderimi 11 ması Cu(II) tutunmasını artırmış ve kendir atıklarından elde edilen aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi 40 o C mg g -1 bulunmuştur. Aktif karbon üzerinde Cu(II) iyonu adsorpsiyon kinetiğinin yalancı-ikinci derece mekanizmaya uyumlu olduğu ve tutunmanın oldukça hızlı gerçekleştiği sonucuna varılmıştır. Sulu çözeltiden Cu(II) gideriminde kullanılan diğer adsorbanlarla karşılaştırıldığında, iyi bir adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu söylenebilir. KAYNAKLAR Attia, A.A. Girgis, B.S. Khedr, S.A. (2003) Capacity of Activated Carbon Derived from Pistachio Shells by H 3 PO 4 in The Removal of Dyes and Phenolics, J. Chem. Technol. Biotechnol. 78: Banat, F. Al-Asheh, S. Makhadmeh, L. (2003) Preparation and Examination of Activated Carbons from Date Pits Impregnated with Potassium Hydroxide for the Removal of Methylene Blue from Aqueous Solutions, Ads. Sci. Technol. 21: Faur-Brasquet, C., Reddad, Z., Kadirvelu, K., Le Cloirec, P. (2002) Modelling the Adsorption of Metal ions (Cu +2,Ni +2,Pb +2 ) onto ACCs using Surface Complexation Models Applied Surface Science, 196: , Freundlich, H.M.F. (1906) Über Die Adsorption in Lösungen, Z. Phys. Chem Garg, V.K. Amita, M. Kumar, R. Gupta, R. (2004) Basic dye (methylene blue) removal from simulated wastewater by adsorption using Indian Rosewood sawdust: A timber industry waste, Dyes Pigments 63: Gerçel, Ö., Özcan, A., Özcan, A.S., Gerçel, H.F. (2007), Preparation of activated carbon from a renewable bio-plant of Euphorbia rigida by H2SO4 activation and its adsorption behavior in aqueous solutions Applied Surface Science 253: Gürses A., Doğar, Ç. Karaca, S. Açikyildiz, M. Bayrak, R. (2006) Production of Granular Activated Carbon from Waste Rosa canina sp. Seeds and its Adsorption Characteristics for Dye, J. Hazard. Mater. 131: Ho, Y.S. McKay, G. (1998) Kinetic Models for the Sorption of Dye from Aqueous Solution by Wood, Process Safety Environ. Protect. 76: Ho, Y.S. McKay, G. (2003) Sorption of dyes and copper ions onto biosorbents Process Biochemistry _/1061 Jumasiah, A. Chuah, Gimbon T.G. J., Choong T.S.Y., Azni, I. (2005) Adsorption of Basic Dye onto Palm Kernel Shell Activated Carbon: Sorption Equilibrium and Kinetics Studies, Desalination 186: Kadirvelu, K., Kavipriya, M., Karthika, C. Radhika, M. Vennilamani, N. Pattabhi, S. (2003) Utilization of Various Agricultural Wastes for Activated Carbon Preparation and Application for The Removal of Dyes and Metal İons from Aqueous Solutions, Bioresourse Technology, 87: Kannan, N. Meenakshisundaram, M. (2002) Adsorption of Congo Red on Various Activated Carbons: A Comparative Study, Water Air Soil Pollut. 138: Kannan, N. Sundaram, M.M. (2001) Kinetics and Mechanism of Removal of Methylene Blue by Adsorption on Various Carbons- a Comparative Study, Dyes Pigments 51: Kapoor, A. Viraraghavana, T., Cullimore D. R. (1999) Removal of heavy metals using the fun-

11 12 H.F. GERÇEL, Ö. GERÇEL gus Aspergillus niger Bioresource Technology 70: Karabulut, S. Karabakan, A. Denizli, A. Yürüm Y. (2000) Batch removal of copper(ii) and zinc(ii) from aqueous solutions with low-rank Turkish coals,separation Purification Technol. 18: Khalil, L.B. Girgis, B.S. (1998) Column Removal of Some Dyestuffs by Activated Carbons Derived from Apricot Stone Shells, Ads. Sci. Technol. 16: Kumar, K.V., Kumaran, A., (2005) Removal of methylene blue by mango seed kernel powder, Biochem. Eng. J. 27: Kumar, B.G. P. Miranda, L.R. Velan, M. (2005) Adsorption of Bismark Brown Dye on Activated Carbons Prepared from Rubberwood Sawdust (Hevea brasiliensis) using Different Activation Methods, J. Hazard. Mater. 126: Langmuir, I. (1918) The Adsorption of Gases on Plane Surfaces of Glass, Mica and Platinum, J. Am. Chem. Soc. 40: Lee, S. M. ve Davıs, A. P. (2001) Removal Of Cu(II) and Cd(II) from Aqueous Solutıon by Seafood Processıng Waste Sludge, Water Research, 35/2: Lim, P.E. Ong, S.A. Seng C.E. (2002) Simultaneous adsorption and biodegradation processes in sequencing batch reactor (SBR) for treating copper and cadmium-containing wastewater Water Research 36: Namasivayam, C. and Kadirvelu, K. (1997) Agricultural Solid Wastes for the Removal of Heavy Metals: Adsorption of Cu (II) by Coirpith Carbon, Chemosphere,34: Namasivayam, C. Kavitha, D. (2002) Removal of Congo Red from water by adsorption onto activated carbon prepared from coir pith, an agricultural solid waste, Dyes Pigments 54: Ng, J.C.Y., Cheung, W.H., McKay, G. (2003) Equilibrium Studies for the Sorption of Lead from Effluents Using Chitosan Chemosphere,52: Rao, M.M., Reddy, D.H.K.K., Venkateswarlu, P., Seshaihah, K., (2009) Removal of Mercury from Aqueous Solutions using Activated Carbon Prepared from Agricultural by- product/waste, Journal of Environmental Managment 90: Sankar, M. Sekaran, G. Sadulla, S. Ramasami, T. (1999) Removal of diazo and triphenylmethane dyes from aqueous solutions through an adsorption process, J. Chem. Technol. Biotechnol. 74: Vasconcelos, H.L. Favere, V. T. Gonçalves, N. S. Laranjeira, M. C.M. (2007) Chitosan modified with Reactive Blue 2 dye on adsorption equilibrium of Cu(II) and Ni(II) ions Reactive & Functional Polymers 67: Veglio, F. and Beolchini, F, (1997) Removal of Metals by Biosorption: a Review, Hydrometallurgy, 44: Wu, F.C. Tseng, R.L. Hu, C.C. (2005) Comparisons of Pore Properties and Adsorption Performance of KOH-activated and Steam-activated Carbons, Microporous Mesoporous Mater. 80: Zhang, F.S., Nriagu, J.O., Itoh, H., (2005) Mercury Removal from Water Using Activated Carbons Derived from Organic Sewage Sludge Water Research, 39:

12 Çevre Bilim & Teknoloji Cilt 0, Sayı 0, , 2011 TMMOB Çevre Mühendisleri Odası E-ATIKLARIN ÇEVRESEL ETKİLERİ VE İKİNCİL KAYNAK OLARAK EKONOMİK POTANSİYELİ Ersin Yener YAZICI ve Hacı DEVECİ Karadeniz Teknik Üniversitesi, Müh. Fakültesi, Maden Müh. Bölümü, Trabzon Özet: Bu makalede, özellikle son zamanlarda hızla artan elektronik atıkların (e-atık) potansiyel çevresel etkileri ve ikincil kaynak olarak ekonomik potansiyeli irdelenmiştir. Elektronik atıklar çok sayıda (>1000) ve önemli bir bölümü çevreye zararlı etkisi olan organik (klorlu/bromlu alev geciktiriciler vb.) ve inorganik (Hg, Pb vb.) maddeler içermektedir. İçerdiği bu maddelerden dolayı elektronik atıkların, evsel atıklarla birlikte atık sahalarına depolanması veya yakılması, çevresel sorunlara sebep olmaktadır. Diğer taraftan elektronik atıklar, içerdikleri baz ve değerli metaller nedeniyle potansiyel bir ikincil kaynak durumundadırlar. Örneğin, bilgisayar baskılı devre kartı, yaklaşık %20 Cu (200 kg/ton) ve %0,025 Au (250 gr/ton) içermektedir. E-atıkların ekonomik değerini, büyük ölçüde değerli metal içerikleri (Au, Ag, Pd) belirlemektedir. Oluşturduğu çevresel zarar ve sahip olduğu ekonomik potansiyel sebebiyle e-atıkların geri dönüşümüne/kazanımına yönelik yasal düzenlemeler yapılmaktadır. Yakın bir süreçte Türkiye de de e-atıklardan geri dönüşümün/kazanımın çevresel ve ekonomik bir zorunluluktan öte yasal bir zorunluluk haline gelmesi beklenmektedir. Anahtar Kelimeler: Elektronik Atıklar, Baskılı Devre Kartları, Çevre, Baz Metaller, Değerli Metaller, İkincil Kaynaklar. ENVIRONMENTAL IMPACTS AND ECONOMIC POTENTIAL OF E-WASTES AS A SECONDARY RESOURCE Abstract: In this study, potential environmental impacts and economic potential of ever increasing electronic wastes (e-wastes) as a secondary resource were investigated. Electronic wastes contain many (>1000) organic (chlorinated/ brominated flame retardants, etc.) and inorganic (Hg, Pb etc.) substances most of them being hazardous in character from environmental point of view. Due to the toxic nature of these substances, the disposal of electronic wastes together with municipal wastes by landfillling or their incineration causes some environmental problems. On the other hand, electronic wastes can be regarded as a potential secondary resource with respect to their high content of base and precious metals. To illustrate, the printed circuit (wiring) board of a PC contains about 20% Cu (200 kg/ton) and 0,025% Au (250 g/ton). Economic potential of e-wastes depends largely on their content of precious metals (Au, Ag, Pd). Due to its environmentally hazardous nature and economic potential, regulations have been issued targeting recycling/recovery of electronic wastes. In near feature, it is expected that recycling/recovery of e-wastes will also be obligatory via regulations in Turkey in addition to potential environmental and economic benefits. Keywords: Electronic Wastes, Printed Circuit Boards (PCB), Environment, Base Metals, Precious Metals, Secondary Resources.

13 14 E.Y. YAZICI, H. DEVECİ GİRİŞ Teknolojinin hızla gelişmesi elektrik-elektronik cihaz üretiminin dünyada en hızlı büyüyen pazarlardan biri olmasını sağlamıştır. Elektrikelektronik ürün tüketimini arttıran sebeplerin başında ürün çeşitliliğinin artması ve buna paralel olarak da ürünlerin kullanım sürelerinin azalması gelmektedir. Dünyada, cep telefonu satışları yılları arasında 7,2 kat artmış olup, 2009 da bu artışın yaklaşık 1 milyar telefon satışıyla 9,7 kata ulaşması beklenmektedir (Gartner Inc., 2005). Bilgisayar satışları ise dünyada yıllık ortalama %10 dan fazla bir oranda artmaktadır (Kang ve Schoenung, 2005). Şekil 1 de bazı ülkelerde kişi başına düşen kişisel bilgisayar (PC) artışları ( ) sunulmuştur. Görüldüğü gibi, artış oranları ülkelere göre % arasında değişmektedir. Dünyadaki teknolojik gelişmelere paralel olarak Türkiye de de elektronik cihaz tüketimi artmaktadır (TÜBİTAK, 1999; DPT, 2006; Deniz, 2008). Türkiye de her ay 1 milyonun üzerinde cep telefonunun satıldığı tahmin edilmektedir (Uzelli, 2008). Türkiye deki kişi başına düşen kişisel bilgisayar artışı (%198) birçok gelişmiş ülkenin üzerindedir (Şekil 1). TÜBİTAK a (1999) göre Türkiye deki bilgisayar ve diğer elektronik cihaz tüketiminin döneminde 6,5 kat, bilgisayar sayısının 24,4 kat ve kişi başına düşen elektronik tüketiminin ($) ise 5,4 kat artacağı öngörülmüştür. DPT (2006) tarafından hazırlanan raporda kişisel bilgisayar (masaüstü ve dizüstü bilgisayarlar) satışının döneminde %45 artarak 2007 de %172 artış oranına, kişisel bilgisayar pazarının ise %154 artışla 1,637 milyar $ a ulaşacağı tahmin edilmiştir (Şekil 2). Türkiye de hanelerin bilgisayar (masaüstü, dizüstü ve el bilgisayarları) sahipliği oranı %17,7 ( ) artmıştır (TÜİK, 2004 ve 2005). Beyaz Eşya Sanayicileri Derneği nin (BESD) verilerine göre ise beyaz eşya üretimi (buzdolabı, fırın, çamaşır ve bulaşık makinesi) döneminde 2,6 kat yükselmiştir (Yüzal, 2006) Kişi başına düşen bilgisayar artışı (% Çin Rusya Japonya İtalya İspanya İsviçre Türkiye Fransa İngiltere ABD Şekil 1. Çeşitli ülkelerde kişi başına düşen kişisel bilgisayar (PC) artışı ( ) (Anonim, 2009a).

14 E-Atıkların Çevresel Etkileri Ve İkincil Kaynak Olarak Ekonomik Potansiyeli Kişisel bilgisayar satışındaki toplam artış (%) Kişisel bilgisayar pazarı (milyon $) Yıllık bilgisayar satışı (x1000 adet) * 2006 * 2007 * Şekil 2. Türkiye deki kişisel bilgisayar satışları ve pazarıyla ilgili bazı veriler ( ) (*Öngörülen veriler) (DPT, 2006). Elektrik-elektronik cihaz tüketiminin artışına zıt olarak ürünlerin kullanım ömürleri de azalmaktadır. Kullanıcılar sahip oldukları elektrik-elektronik cihazların özelliklerini iyileştirmek yerine yenisiyle değiştirmeyi tercih etmektedirler. Bir bilgisayarın ortalama ömrü 4,5 yıldan 2-3 yıla ( ) (Modesitt ve Gilbert, 2005) ve bir işlemcinin (CPU) ömrü 4-6 yıldan 2 yıla ( ) düşmüştür (Culver, 2005). Cep telefonlarının kullanım ömürleri 2 yıldan daha aza gerilemiştir (MBM, 2001). Atıl duruma gelen ve/veya kullanım ömrü dolan elektrik-elektronik cihazlar/malzemeler (TV, bilgisayar, yazıcı, telefon, modem, faks cihazı, fotokopi makineleri, ekranlar, baskılı devre kartları, entegre devreler, tıbbi cihazlar vs.) ürün sahipleri tarafından hurdaya ayrılmaktadır. Elektronik cihazların/malzemelerin oluşturduğu bu atıklar kısaca elektronik atık (e-atık) olarak ifade edilmektedir. Elektronik atıklar, bilgi ve teknoloji çağının getirdiği bir atık çeşididir. Elektronik cihaz tüketimindeki artış ve ürün kullanım süresinin azalması hurdaya ayrılan elektronik cihaz miktarının önemli oranda artmasına sebep olmaktadır yılında yapılan bir araştırmada elektronik atık pazarının, dünya genelinde yıllık ortalama büyüme hızının %8,8 ile 7,2 milyar dolardan (2004) 11 milyar dolara (2009) yükselmesi öngörülmüştür (BCC, 2005). Kang ve Schoenung (2005), atığa ayrılan bilgisayar miktarının, üretim hızını aştığını belirtmişlerdir. Onbeş AB üyesi ülkede (EU15) beş e-atık türü için (buzdolabı, kişisel bilgisayar, televizyon, fotokopi cihazları ve küçük ev aletleri) kişi başına açığa çıkan atık miktarının 3,3-3,6 kg dan ( ) 3,9-4,3 kg a ( ) artması öngörülmektedir. Kişi başına düşen toplam e-atık miktarının ise kg/yıl olduğu tahmin edilmektedir (Widmer ve diğerleri, 2005). Birleşmiş Milletler Çevre Koruma Ajansı na göre dünyada açığa çıkan e- atık miktarı yılda tahmini milyon ton dur (UNEP, 2006). Sadece ABD de, 2005 yılı itibariyle 200 milyon cep telefonu kullanımda iken kullanım ömrü dolan cep telefonu sayısının ise 130 milyon (65 bin ton) olduğu öngörülmüştür. ABD de on yıl içinde ( ) 500 milyon atık bilgisayar açığa çıktığı tahmin edilmektedir

15 16 E.Y. YAZICI, H. DEVECİ (Fishbein, 2002). Avrupa da üretilen e-atık miktarının 1998 yılında 6,8 milyon ton olduğu ve %3-5 büyüme hızıyla arttığı belirtilmiştir (EC, 2006; ERP, 2009). Sahip olduğu büyüme hızıyla (%3-5) e-atıklar Avrupa da en hızlı büyüyen atık türüdür (Bertram ve diğerleri, 2002; EC, 2006) ve evsel atıklara oranla üç kat daha hızlı artış göstermektedir (UNEP, 2006). E-atıkların evsel atıklar içindeki oranı %8 olarak belirtilmiştir (Widmer ve diğerleri, 2005). İstatistiklere göre yapılan bir araştırmada Türkiye de, yılları arasında son kullanıcılar bünyesinde yılda yaklaşık 225 bin ton tüplü monitör ve televizyonun hurdaya ayrıldığı belirtilmektedir. Ayrıca, bu cihazların üretimi sırasında üreticiler tarafından ortalama 950 ton televizyon tüpünün (katot ışın tüpleri (CRT)) atığa ayrıldığı tahmin edilmektedir. Türkiye de 2005 yılında satın alınan bilgisayarların hurdaya ayrılma oranı ~%20 (460 bin adet) olarak öngörülmektedir (Gürer, 2008). Türkiye de de e-atıkların büyük bölümü evsel atıklarla birlikte depolanmaktadır. E-atıklar, evsel atıklarla karşılaştırıldığında içerik ve bileşim yönünden farklı karakteristik özelliklere sahiptir (MBM, 2001). E-atıklar içinde çevreye ve insan sağlığına zararlı bazı organik (alev geciktiriciler vb.) ve inorganik (Hg, Pb vb.) maddeler bulunmaktadır. Aynı zamanda e-atıklar ekonomik değere sahip çeşitli metal (Cu vb.) ve değerli metaller (Au, Ag vb.) içermektedir. Bu nedenlerle, e-atıkların diğer katı atıklardan ayrı olarak değerlendirilmeleri gerekmektedir. Konuyla ilgili olarak çeşitli ülke ve kuruluşlar yasal düzenlemeler uygulamaya koymaktadır. Türkiye de de bu kapsamda yasal yönetmelikler hazırlanmaktadır. Türkiye de henüz, e-atıklardan metallerin geri kazanımına yönelik araştırma-geliştirme faaliyetleri nispeten sınırlıdır. E-atıklarla ilgili olarak yürütülen çalışmalar genellikle atıkların toplanması, ayrıştırılması ve depolanması üzerine odaklanmıştır. Bu çalışmada, dünyada ve Türkiye de giderek artan elektronik atıkların ve özellikle atık baskılı devre kartlarının içerik ve bileşimi, çevresel etkileri ve ikincil bir kaynak olarak ekonomik potansiyeli sunulmuştur. E-atıklardan geri kazanımın dayandığı çevresel, ekonomik ve yasal gereklilikler ortaya konmaya çalışılmıştır. Elektronik Atıkların Bileşimi ve Çevresel Etkileri E-atıklar temel olarak plastikler, metaller ve seramik vb. maddelerden oluşmaktadır. Widmer ve diğerleri (2005), e-atıkların birçok (>1000) farklı organik (klorlu/bromlu alev geciktiriciler, farklı plastikler vb.), inorganik (Hg, Pb, Cd, Cu, Fe, Al vb.) maddeler ve seramik, cam vb. malzemeler içerdiğini belirtmişlerdir. Tablo 1 de görüldüğü gibi elektronik atıklar önemli miktarda metal ve plastik içermektedir. E-atıklarda bulunan organik (alev geciktiriciler vb.) ve inorganik (Hg, Pb vb.) maddelerin çoğu çevreye zararlı maddelerdir (Zhang ve Forssberg, 1998; Kaya, 2005; Widmer ve diğerleri, 2005; Deniz, 2008). E-atıklarda bulunan çevreye zararlı bazı organik ve inorganik maddelerin bulundukları bileşenler Tablo 2 de sunulmuştur.

16 E-Atıkların Çevresel Etkileri Ve İkincil Kaynak Olarak Ekonomik Potansiyeli 17 Tablo 1. E-atıkların içerdiği organik ve inorganik maddelerin/malzemelerin oranları (EPA, 2001; Widmer ve diğerleri, 2005). Malzeme Metaller Miktar (%) Demir ve çelik 47,9 Alüminyum 4,7 Bakır 7,0 Demir dışı 1,0 Toplam metal 60,6 Plastikler Alev geciktirici içeren plastik 5,3 Alev geciktirici içermeyen plastik 15,3 Toplam plastik 20,6 Cam 5,4 Elastik polimer (kauçuk) 0,9 Ahşap, kontrplak 2,6 Seramik 2,0 Baskılı devre kartları 3,1 Diğer 4,6 Tablo 2. E-atıkların içerdiği çevreye zararlı bazı organik ve inorganik maddelerin bulundukları bileşenler (McPherson 2005; Mahesh, 2007). Zararlı madde Organik maddeler (Halojenli bileşikler) Bulunduğu bileşen Poliklorürlü bifenil (PCB) Kondansatör ve transformatörler Bromlu alev geciktiriciler Tetrabromo-bisfenol-A (TBBA) Baskılı devre kartları, entegre devreler (IC), kabloların koruyucu plastikleri Polibromürlü bifenil (PBB) * Polibromürlü difenil eter (PBDE) * Kloroflorokarbon CFC Soğutma ünitesi, yalıtım köpüğü Polivinil klorür (PVC) Yalıtımlı kablolar İnorganik maddeler (Metaller) Arsenik (As) Işık yayan diyotlarda (LED) galyum arsenit (GaAs) olarak (düşük miktarlarda) Baryum (Ba) Katot ışın tüpleri (CRT) Berilyum (Be) Güç kaynakları, konnektörler Cıva (Hg) * Düz ekran monitörlerdeki (LCD) floresan lambalar, bazı alkalin piller, ağ anahtarları Çinko sülfür (ZnS) CRT ekranların içinde nadir toprak elementleriyle birlikte Galyum (Ga) Işık yayan diyotlarda (LED) galyum arsenit (GaAs) olarak Kadmiyum (Cd) * Yazıcı mürekkebi, floresan tabakası (CRT ekranlar), Ni-Cd bataryalar, fotokopi makineleri Krom (VI) (Cr +6 ) * Disket sürücüler, çeşitli kaplamalar Kurşun (Pb) * CRT ekranlar, piller, baskılı devre kartları Lityum (Li) Lityum piller Nadir toprak elementleri Floresan tabakası (CRT ekran) Nikel (Ni) Ni-Cd piller, Ni-MH piller, elektron tabancaları Selenyum (Se) Eski nesil fotokopi cihazları Avrupa Birliği nin RoHS yönergesi ile kullanımı kısıtlanmıştır (Bölüm 1.2)

17 18 E.Y. YAZICI, H. DEVECİ İçerdiği zararlı organik ve inorganik maddeler, elektronik atıkların evsel atıklarla birlikte atılması/bertaraf edilmesi durumunda, bazı çevresel sorunlara yol açmaktadır (Hagelüken, 2006a; Öztürk ve Ayberk, 2008). Widmer ve diğerleri (2005), ABD de atık depolama alanlarında kirliliğe neden olan cıva (Hg) ve kadmiyumun (Cd) %70 inin, ve kurşunun (Pb) %40 ının elektronik cihazlardan kaynaklandığını ifade etmişlerdir. Fishbein (2002), ABD deki evsel atıklar içindeki kurşun kirliliğinin ikinci büyük kaynağının elektronik cihazlardaki baskılı devre kartları olduğunu bildirmiştir. Toprak kirliliğinin yanı sıra, e-atıklardaki ağır metaller, yağmur sularının etkisiyle çözünerek yeraltı ve yüzey sularının da kirlenmesine sebep olabilmektedir (Widmer ve diğerleri, 2005; Kaya ve Sözeri, 2007; Öztürk ve Ayberk, 2008). Atık bertaraf yöntemlerinden olan yakma işleminin uygulanması sonucunda ise, e-atıkların içerdiği klorlu/bromlu alev geciktirici maddeler zararlı dioksinler ve furanlar (poliklorürlü organik bileşikler) açığa çıkararak atmosferi kirletmektedir (Gullet ve diğerleri, 2007; Kaya ve Sözeri, 2007). E-atıklarda bulunan metaller, dioksinler ve furanların oluşumunda katalizör görevi görerek reaksiyonları hızlandırmaktadır (Olie ve diğerleri, 1997). Ayrıca, e-atıkların içerdiği zararlı maddeler sadece doğal çevreyi değil aynı zamanda insan sağlığını da tehdit edecek niteliktedir. Örneğin, kurşun, sinir sistemi ve böbreklere; cıva ise beyne zarar vermektedir. Plastikler ise kanser riskini arttıran organik maddeler içermektedir (Mahesh, 2007; Babu ve diğerleri, 2007). E-atıkların çevresel etkilerinin ortaya konması amacıyla farklı araştırmacılar tarafından çevresel karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Yang (1993) yaptığı çalışmada, TV devre kartlarının ve bazı ekran tüplerinin (CRT) Pb, Zn ve Cd metalleri yönünden zararlı atık sınıfına girdiğini bulmuştur. McPherson (2005), çeşitli atık bilgisayar parçalarının (anakart, ses kartı, video kartı vb.) çevresel etkilerini incelemiş ve bu e-atıkların yüksek metal (Pb, Ag, Ba, Cd ve Cr) salınımlarına sahip olduğu için zararlı atık olarak değerlendirilmesi gerektiğini belirtmiştir. Başka bir çalışmada Li ve diğerleri (2006), kişisel bilgisayar parçalarının (anakart, işlemci, ses kartı, entegre devre vb.) çevresel açıdan değerlendirilmesine yönelik yaptığı testlerde, atıklardan kurşun (Pb) salınımının yasal sınırdan (5 mg/lt) kat daha fazla olduğunu bulmuşlardır. Bunların yanında, e-atıkların yakılması sonucu açığa çıkan uçucu küller de yüksek oranda zararlı metaller içerebilmektedir. Gullet ve diğerleri (2007), e- atıkların (baskılı devre kartları ve yalıtımlı kablolar) yakılması sonucu açığa çıkan uçucu küllerin, içerdiği yüksek kurşun (Pb) konsantrasyonu (yasal sınırdan ~3 kat fazla) nedeniyle zararlı atık sınıfına girdiğini bildirmişlerdir. Araştırmalarda kullanılan e-atığın türüne göre elde edilen sonuçlar farklılık gösterebilmektedir. Genel itibariyle e-atıkların, içerdiği organik ve inorganik zararlı maddeler sebebiyle potansiyel çevresel tehdit oluşturduğu birçok araştırmacı tarafından ortaya konmuştur. Bu durum çeşitli ulusal/uluslararası kurum ve kuruluşları e-atıklarla ilgili çeşitli yasal tedbirler almaya zorlamıştır. Elektronik Atıklarla İlgili Yasal Düzenlemeler ve Faaliyetler Özellikle, artan çevresel kaygılar, elektronik atıkların geri dönüşümü/kazanımını zorunlu hale getiren bazı uluslararası sözleşme ve yasal düzenlemeler yapılmasını gerekli kılmıştır (Widmer ve diğerleri, 2005; Kaya ve Sözeri, 2007). Bu amaç ışığında Birleşmiş Milletler Çevre

18 E-Atıkların Çevresel Etkileri Ve İkincil Kaynak Olarak Ekonomik Potansiyeli 19 Programı (UNEP) e-atıklar da dâhil olmak üzere zararlı atıkların üretiminin azaltılması, gelişmiş ülkelerden diğer ülkelere ithalinin/sevkinin yasaklanması ve atıkların bulundukları konumlarda geri dönüşüme/geri kazanıma tabi tutulmalarını öngören bir anlaşma hazırlamıştır. Basel Sözleşmesi (Basel Convention) olarak bilinen bu anlaşma 1989 yılında oluşturulmuş ve 1992 yılında uygulamaya geçmiş olup Türkiye de dâhil olmak üzere 170 ülke tarafından imzalanmıştır (UNEP, 2005; Widmer ve diğerleri, 2005). Son yıllarda ise doğrudan e-atıkların yönetimini düzenleyen bazı adımlar atılmıştır. Avrupa Komisyonu, 2002/96/EC sayılı Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) (Atık Elektrik ve Elektronik Cihazları) yönergesini yayınlamıştır (EC, 2003a). Bu yönergede elektrik-elektronik cihazlar on farklı kategoride değerlendirilmiştir (Tablo 3). Tablo 3. Elektrik-elektronik cihazların sınıflandırılması ve geri kazanım/dönüşüm hedefleri (EC, 2003a). Sınıflandırma Ürünler Geri kazanım a Hedeflenen (%) Tekrar Kullanma ve Geri dönüşüm b 1. Büyük ev aletleri Buzdolabı, çamaşır/bulaşık makinesi, klima, elektrikli ısıtıcı, klima vb Küçük ev aletleri 3. Bilişim teknolojileri ve telekomünikasyon cihazları 4. Tüketici cihazları 5. Aydınlatma cihazları 6. Elektrik ve Elektronik aletler (büyük boyuttaki sabit endüstriyel aletler hariç) 7. Oyuncaklar, boş vakit ve spor cihazları 8. Tıbbi aygıtlar (tedavi amacıyla vücuda yerleştirilmiş ve enfekte olmuş ürünler hariç) Elektrikli süpürge, ütü, tost makinesi, saç kurutma makinesi vb. Bilgisayar, yazıcı, cep telefonu vb. Video kamera, müzik enstrümanları vb. Elektrik ampulü, floresan lamba vb. Matkap, testere, kaynak/ lehim makinesi vb. Oyun konsolları, elektrikli/ elektronik spor aletleri vb EKG, SEM, mikroskop vb. c c 9. İzleme ve kontrol aygıtları GPRS vb Otomatik dağıtıcılar Bilet makinası, otomat vb a Her ekipman başına ortalama ağırlık olarak geri kazanım oranı. b Her ekipman başına ortalama ağırlık olarak bileşen, materyal ve maddelerin tekrar kullanma ve geri dönüşüm oranı. c İleri tarihte belirlenecek.

19 20 E.Y. YAZICI, H. DEVECİ Üreticiler için her ürün kategorisine yönelik olarak 2006 yılı sonuna kadar ulaşılması gereken geri kazanım ve tekrar kullanma/geri dönüşüm hedefleri belirlenmiştir (Tablo 3). Kişi başına toplanan e-atık miktarı için 4 kg/yıl hedef olarak seçilmiştir. Söz konusu yönergede konuyla ilgili çeşitli kavramların tanımları yapılmıştır (EC, 2003a): Tekrar kullanma (reuse): Atık elektrik-elektronik ürünlerin bütün olarak veya bileşenlerinin, tasarlandıkları amaç için yeniden kullanılmasıdır. Geri dönüşüm (recycling): Yakarak enerji kazanma hariç olmak üzere, atık malzemelerin asıl veya başka bir kullanım amacıyla üretim süreçlerinden geçirilmesidir. Geri Kazanım (recovery): Bu kavramın tanımı için Avrupa Komisyonu nun 75/442/EEC sayılı Atık Çerçeve yönergesine atıf yapılmıştır. Geri kazanım, daha geniş kapsamlı olup, atık malzemelerden enerji elde etme amaçlı yakma işlemlerini ve geri dönüşüm süreçlerini kapsamaktadır (EC, 1975). Geri kazanım ve geri dönüşüm kavramları çoğu zaman birbirinin alternatifi olarak kullanılmaktadır. Bu yönerge (EC, 2003a) ile üreticiler, ürettikleri elektrik-elektronik ürünleri geri dönüşüme uygun tasarlamaya ve yeni ürünlerin üretim sürecinde geri dönüştürülmüş malzemeleri kullanmaya teşvik edilmektedir. Yönerge kapsamında elektrik-elektronik cihaz üreticilerine çeşitli yükümlülükler getirilmiştir. Bunlardan dikkat çeken bazıları şunlardır: Belediyeler, elektronik atıkların, evsel atık depo sahalarında diğer atıklarla birlikte atılmasını önlemekle yükümlüdürler. Üreticiler sattıkları ürünleri, kendi kurdukları veya diğer lisanslı tesislerde geri dönüşüme/kazanıma tabi tutmakla sorumludurlar. Üreticiler, elektronik atıkların geri dönüşümünü/kazanımını sağlamak ve daha kolay geri dönüşüm/kazanım için araştırmalar yapmak veya yaptırmakla yükümlüdürler. Avrupa Komisyonu, yayınladığı 2002/95/EC sayılı Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances (RoHS) (Bazı Zararlı Maddelerin Kullanımının Sınırlandırılması) yönergesiyle elektrik-elektronik cihazların üretim sürecinde altı maddenin kullanımını kısıtlamıştır (EC, 2003b). Kullanımı kısıtlanan maddelerin kullanım amaçları ve izin verilen en fazla miktarları Tablo 4 de sunulmuştur.

20 E-Atıkların Çevresel Etkileri Ve İkincil Kaynak Olarak Ekonomik Potansiyeli 21 Tablo 4. Elektrik-elektronik cihazlarda kullanımı kısıtlanan maddeler (EC, 2003b). Madde Kullanım amacı Kurşun (Pb) Lehim, aktif ve pasif elektronik malzeme, terminal uçları, baskılı devre kaplamaları, cam, akü ve piller 0,1 Kadmiyum (Cd) Elektrolitik kaplamalar, plastik malzemeler, sensörler, Ni-Cd piller, kontaklar 0,01 Civa (Hg) Piller, anahtarlar, sensörler, röleler, floresan lambalar 0,1 Krom (VI) (Cr +6 ) Krom kaplamalar 0,1 Polibromürlü (PBB) bifenil Alev geciktirici malzemeler 0,1 Polibromürlü difenil eter (PBDE) Alev geciktirici malzemeler 0,1 İzin verilen en fazla miktar (%) RoHS yönergesinin uygulanmasıyla e-atıkların potansiyel çevresel zararlarının azaltılması amaçlanmıştır. Avrupa Komisyonu her iki yönerge üzerinde güncelleme çalışmalarına devam etmektedir. Yayınlanan söz konusu iki yönerge doğrultusunda birçok AB üyesi ülke (Almanya, Belçika, Danimarka, İtalya, Hollanda, Portekiz ve diğerleri) e-atıkların toplanması ve geri dönüşümünü/kazanımını destekleyen çeşitli projeler başlatmışlardır. AB üyesi olmayan birçok ülkede (Japonya, Norveç, İsviçre ve ABD gibi) bu iki yönergenin içerik ve koşullarıyla uyumlu yasal düzenlemeler yapılmakta ve proje çalışmaları yürütülmektedir (Widmer ve diğerleri, 2005). Çeşitli elektrik-elektronik cihaz üreticileri atığa ayrılan kendi ürünlerini toplamak ve geri dönüşüm/kazanım işlemlerinden geçirmek için projeler başlatmışlardır (Widmer ve diğerleri, 2005; Deniz, 2008). Bütün çalışmalara rağmen henüz e-atıkların geri dönüşüm oranı düşük (~%10) seviyelerdedir. Geri kalan kısım (~%90) toprak dolgu alanlarına depolanmakta veya yakılmaktadır (EC, 2006; Babu ve diğerleri, 2007). Örneğin, İngiltere de atığa ayrılan baskılı devre kartlarının ( ton/yıl) ancak %15 i geri kazanım işlemlerine tabi tutulmaktadır (Goosey ve Kellner, 2002). ABD de televizyon, çeşitli bilgisayar ürünleri ve cep telefonlarının geri dönüşüm oranı ( ) %18 olup kalan kısmın (%82) önemli bölümü depolama alanlarına gönderilmektedir (USEPA, 2009). Türkiye de T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı (2008a; 2008b), Avrupa Birliği nin söz konusu iki yönergesiyle uyumlu olarak Elektrikli ve Elektronik Eşyalarda Bazı Zararlı Maddelerin Kullanımının Sınırlandırılmasına Dair Yönetmelik isimli yönetmeliği yayınlamıştır ve Atık Elektrikli Elektronik Eşyaların (AEEE) Kontrolü Yönetmeliği nin de hazırlığı içerisindedir (henüz taslak halinde). Yakın bir gelecekte Türkiye de de elektronik atıklardan geri dönüşümün/kazanımın yasal olarak zorunlu duruma geleceği beklenmektedir. Türkiye de e-atıklardan geri dönüşüm/ kazanım çalışmaları henüz başlangıç aşamalarındadır. Muğla ilinde 2005 yılında, Belediye ile bir geri dönüşüm firmasının katılımıyla, e-atıkların toplanması ve geri dönüşümüne yönelik bir pilot proje gerçekleştirilmiştir (Yılmaz, 2006). İstan-