Ağır metalin spesifik bir tanımı olmamasına rağmen, literatür onu yüksek atom ağırlığına ve sudan beş kat daha fazla olan yüksek yoğunluğa sahip, doğal olarak oluşan bir element olarak tanımlamıştır Tüm kirleticiler arasında ağır metaller, toksik yapıları nedeniyle çevre kimyagerleri tarafından büyük ilgi görmüştür. Ağır metaller genellikle doğal sularda eser miktarlarda bulunur, ancak çoğu çok düşük konsantrasyonlarda bile toksiktir. Arsenik, kurşun, kadmiyum, nikel, cıva, krom, kobalt, çinko ve selenyum gibi metaller küçük miktarlarda bile oldukça zehirlidir. Kaynaklarda artan ağır metal miktarı şu anda daha büyük bir endişe konusudur, özellikle çok sayıda endüstri, metal içeren atık sularını herhangi bir yeterli arıtma olmadan tatlı suya deşarj etmektedir.
Ağır metaller vücut tarafından metabolize edilmediklerinde toksik hale gelirler ve yumuşak dokularda birikirler. Tarım, imalat, ilaç, endüstriyel veya konut ortamlarında insanlarla temas ettiklerinde insan vücuduna gıda, su, hava veya cilt yoluyla emilim yoluyla girebilirler. Endüstriyel maruziyet, yetişkinler için ortak bir maruz kalma yoludur. Yutma, çocuklarda en yaygın maruz kalma yoludur. Doğal ve insani faaliyetler çevreyi ve kaynaklarını kirletiyor, çevrenin başa çıkabileceğinden daha fazlasını boşa harcamaktadır.
Doğal Süreçler
Birçok çalışma, farklı doğal ağır metal kaynaklarını belgelemiştir. Farklı ve belirli çevresel koşullar altında, doğal ağır metal emisyonları meydana gelir. Bu tür emisyonlar arasında volkanik püskürmeler, deniz tuzu spreyleri, orman yangınları, kaya ayrışması, biyojenik kaynaklar ve rüzgar kaynaklı toprak parçacıkları bulunmaktadır. Doğal ayrışma süreçleri, metallerin kendi endemik kürelerinden farklı çevre bölmelerine salınmasına yol açabilir. Ağır metaller hidroksitler, oksitler, sülfitler, sülfatlar, fosfatlar, silikatlar ve organik bileşikler şeklinde bulunabilir. En yaygın ağır metaller kurşun (Pb), nikel (Ni), krom (Cr), kadmiyum (Cd), arsenik (As), cıva (Hg), çinko (Zn) ve bakırdır (Cu). Yukarıda bahsedilen ağır metaller izlerde bulunabilmesine rağmen, yine de insan ve diğer memelilerde ciddi sağlık sorunlarına yol açmaktadır.
Antropojenik Süreçler
Endüstriler, tarım, atık su, madencilik ve metalurjik süreçler ve yüzey akışları da kirletici maddelerin farklı çevre bölümlerine salınmasına yol açar. Ağır metallerin antropojenik süreçlerinin bazı metaller için doğal akışların ötesine geçtiği kaydedildi. Rüzgarla savrulan tozlarda doğal olarak yayılan metaller çoğunlukla endüstriyel alanlardandır. Çevrede ağır metal kirlenmesine önemli ölçüde katkıda bulunan bazı önemli antropojenik kaynaklar, kurşun salan otomobil egzozunu; arsenik, bakır ve çinko açığa çıkaran eritme; nikel, vanadyum, cıva, selenyum ve kalay açığa çıkaran fosil yakıtların yanması ve arsenik salgılayan böcek öldürücüler. İnsan faaliyetlerinin, büyük nüfusun taleplerini karşılamak için günlük mal üretimi nedeniyle çevre kirliliğine daha fazla katkıda bulunduğu bulunmuştur.
Ağır Metallerin Çevresel Etkileri
Çevrede ağır metallerin varlığı bir takım olumsuz etkilere yol açar. Bu tür etkiler, çevrenin tüm alanlarını, yani hidrosfer, litosfer, biyosfer ve atmosferi etkiler. Etkiler çözülene kadar, sağlık ve ölüm sorunları ile gıda zincirlerinin bozulması ortaya çıkar.
Ağır Metal Kontaminasyonunun Etkisi
Ağır metal kirliliği, hızla artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli faaliyetler sırasında ağır metallerin kullanımı ve işlenmesindeki artış nedeniyle ivme kazandığı için dünya çapında ciddi bir endişe konusu haline geliyor. Toprak, su ve hava, ağır metal kirliliğinden etkilenen başlıca çevre kompartımanlarıdır.
Toprak Üzerindeki Etkisi
Endüstriyel faaliyetler, maden tortuları, yüksek metal atıkların bertarafı, kurşunlu benzin ve boyalar, araziye uygulanan gübre, hayvan gübresi, kanalizasyon çamuru, pestisit, atık su sulama, kömür yakma kalıntıları ve petrokimyasalların dökülmesi gibi faaliyet ve kaynaklardan kaynaklanan emisyonlar toprağa yol açmaktadır. Toprakların, yukarıda bahsedilen antropojenik faaliyetlerle çevreye salınan ağır metaller için ana yutaklar olduğu kaydedildi. Çoğu ağır metal, parçalanamadıkları için mikrobiyal veya kimyasal bozunmaya uğramaz ve sonuç olarak toplam konsantrasyonları çevreye salındıktan sonra uzun süre dayanır.
Toprakta ağır metallerin varlığı, besin zincirlerinde yer alması nedeniyle ciddi bir sorundur ve dolayısıyla tüm ekosistemi yok eder. Organik kirleticiler biyobozunur olabildiği kadar, biyolojik bozunma oranları, çevredeki ağır metallerin varlığıyla azalır ve bu da çevre kirliliğini, yani organik kirleticileri ve dolayısıyla mevcut ağır metalleri ikiye katlar. Ağır metallerin bir bütün olarak insanlar, hayvanlar, bitkiler ve ekosistemler için risk oluşturmasının çeşitli yolları vardır. Bu tür yollar arasında doğrudan yutma, bitkiler tarafından emilim, besin zincirleri, kirli su tüketimi ve toprak pH’ının, gözenekliliğinin, renginin ve dolayısıyla toprak kalitesini etkileyen doğal kimyasının değiştirilmesi yer alır.
Su![Ağır Metal Kaynakları ve İyileştirme Mekanizmaları]()
Su kirliliğinin birçok kaynağı olmasına rağmen, sanayileşme ve kentleşme, ağır metal su kirliliğinin artmasının suçlularından ikisidir. Ağır metaller endüstrilerden, belediyelerden ve kentsel alanlardan gelen akışlarla taşınır. Bu metallerin çoğu toprakta ve su kütlelerinin çökeltilerinde birikir.
Ağır metaller su kaynaklarındaki izlerde bulunabilir ve yine de çok zehirli olabilir. Dolayısıyla insanlara ve diğer ekosistemlere ciddi sağlık sorunları yaşatabilir. Bunun nedeni, bir metalin toksisite seviyesinin, maruz kaldığı organizmalar, doğası, biyolojik rolü ve organizmaların metale maruz kaldığı süre gibi faktörlere bağlı olmasıdır. Besin zincirleri ve besin ağları, organizmalar arasındaki ilişkileri sembolize eder. Bu nedenle suyun ağır metallerle kirlenmesi aslında tüm organizmaları etkiler. En yüksek düzeyde beslenen organizmaların bir örneği olan insanlar, ağır metal konsantrasyonları besin zincirinde arttığı için ciddi sağlık sorunlarına daha yatkındır.
Hava
Hızlı dünya nüfus artışına bağlı olarak sanayileşme ve kentleşme, son zamanlarda hava kirliliğini dünya çapında önemli bir çevre sorunu haline getirmiştir. Hava kirliliğinin toz ve partikül maddeler (PM’ler), özellikle de doğal ve antropojenik süreçlerle açığa çıkan PM 2.5 ve PM 10 gibi ince partiküller tarafından hızlandırıldığı bildirilmiştir. Partiküllü maddeleri havaya bırakan doğal süreçler arasında toz fırtınaları, toprak erozyonu, volkanik patlamalar ve kaya ayrışması bulunurken, antropojenik faaliyetler daha endüstriyel ve ulaşımla ilgilidir.
Partikül maddeler önemlidir ve cilt ve göz tahrişi, solunum yolu enfeksiyonları, erken ölüm ve kardiyovasküler hastalıklar gibi ciddi sağlık sorunlarına yol açabileceğinden özel dikkat gerektirir. Bu kirleticiler aynı zamanda altyapının bozulmasına, korozyona, asit yağmurlarının oluşumuna, ötrofikasyona ve bulanıklığa neden olur. Diğerlerinin yanı sıra grup 1 metaller (Cu, Cd, Pb), grup 2 metaller (Cr, Mn, Ni, V ve Zn) ve grup 3 metaller (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg, Fe gibi ağır metaller) sırasıyla endüstriyel alanlardan, trafikten ve doğal kaynaklardan kaynaklanmaktadır.
Ağır Metalleri İyileştirme Mekanizmaları
Asit maden suyu arıtma işlemleri tipik olarak, çeşitli metaller, metaloidler ve anyonik bileşenler nedeniyle heterojen olan yüksek yoğunluklu çamur üretir ve bu da çamurun atılmasını zorlaştırır. Bu nedenle son araştırmalar, kimyasal türlerin asit maden drenajından (AMD) ve ikincil çamurdan geri kazanılmasına odaklanmıştır. Bu, değerli kaynakların geri kazanılmasını ve ayrıca arıtılmış çamurun daha kolay ve daha güvenli bir şekilde bertaraf edilmesini ve dolayısıyla çevresel ayak izlerinin azaltılmasını amaçlamaktadır. Metal yüklü atıkların düzenli depolama alanlarına ve atık tutma havuzlarına yığınlarına atılması, yüzey ve yer altı su kaynaklarının ikincil kirlenmesine yol açar. Ayrıca toprağın kirlenmesine yol açarak verimliliklerini etkileyebilir.
İnsan sağlığının, bitkilerin, hayvanların, toprağın ve çevrenin tüm bölümlerinin korunması için ağır metallerin iyileştirme teknolojilerine uygun ve dikkatli bir şekilde dikkat edilmelidir. Çoğu fiziksel ve kimyasal ağır metal iyileştirme teknolojisi, büyük miktarlarda çamurun işlenmesini gerektirir, çevredeki ekosistemleri yok eder ve çok pahalıdır.
Yağış
Yıllar boyunca asit maden drenajının (AMD) nötralizasyonu için pH’ı arttırmak ve dolayısıyla metalleri çökeltmek ve geri kazanmak için çeşitli alkali kimyasal reaktifler kullanılmıştır. AMD’den mineral kaynaklarının sıralı geri kazanımı için kullanılan en yaygın alkali reaktifler kireçtaşı (CaCO 3), kostik soda (NaOH), soda külü (Na 2 CO 2) , sönmemiş kireç (CaO), sönmüş kireç (Ca (OH) 2) ve magnezyum hidroksit (Mg (OH) 2). Bazı işlemler, değişen pH rejimlerinde metalleri geri kazanmış ve pigmentler ve manyetit gibi ticari olarak değerli malzemeleri sentezlemiştir. Bazı mineraller geri kazanılır ve metalurji endüstrisine satılır, bu nedenle arıtma maliyetlerini düşürür.
Adsorpsiyon
Adsorpsiyon, bir adsorbat bir adsorbanın yüzeyine yapıştığı zaman meydana gelir. Tersinirlik ve desorpsiyon yeteneklerinden dolayı, adsorpsiyon, metallerin sulu çözeltiden çıkarılması için en etkili ve ekonomik olarak uygun seçenek olarak kabul edilir. Etkili olmasına rağmen, çok konsantre çözelti ile adsorpsiyon etkili değildir çünkü adsorban, adsorbat ile kolayca doyurulur. Yalnızca çok seyreltik solüsyonlar için uygulanabilirdir, emek yoğundur çünkü sık rejenerasyon gerektirir ve metal zayıflaması açısından seçici değildir. Bu nedenle adsorpsiyon, büyük ölçekli bir metal ıslahında uygulanmaz.
İyon Değişimi
İyon değişimi, iki veya daha fazla elektrolit çözeltisi arasındaki iyon değişimidir. Aynı zamanda, katı bir substrat üzerindeki iyonların toprak çözeltisine değişimini de ifade edebilir. Yüksek katyon değişim kapasiteli kil ve reçineler, sulu çözeltilerden metallerin alınması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu yöntem yüksek emek gerektirir ve çözelti içindeki belirli metal konsantrasyonları ile sınırlıdır. Bu sistem aynı zamanda belirli sıcaklık ve pH altında da çalışır. Metallerin atık sudan uzaklaştırılması ve zayıflatılması için doğal ve sentetik killer, zeolitler ve sentetik reçineler kullanılmıştır.
Biyosorpsiyon
Biyosorpsiyon, biyolojik materyaller kullanılarak su sistemlerinden kirleticilerin uzaklaştırılması anlamına gelir ve absorpsiyon, adsorpsiyon, iyon değişimi, yüzey karmaşıklığı ve çökelmeyi içerir. Biyosorbentler, erişilebilirlik, verimlilik ve kapasite avantajına sahiptir. Bu işlem kolaylıkla ve kolaylıkla elde edilebilir. Rejenerasyon kolaydır, dolayısıyla çok elverişlidir. Bununla birlikte, yem solüsyonunun konsantrasyonu çok yüksek olduğunda, proses kolaylıkla bir atılım noktasına ulaşır ve böylece daha fazla kirletici madde uzaklaştırılmasını sınırlar.
Membran Teknolojileri
Asit maden drenajının geri kazanımı için membran teknolojilerinin kullanılması, yüksek konsantrasyonda kirletici içeren sular için çok etkilidir. Konsantrasyon gradyanları fenomenini veya ters ozmoz olan tersini kullanır. Maden suyu arıtımı için kullanılan, ultrafiltrasyon, nano filtreleme, ters ozmoz, mikrofiltrasyon ve partikül filtrasyonu dahil olmak üzere kullanılan farklı membran türleri vardır.
Kaynakça:
https://www.hindawi.com/journals/amse/2015/185071/
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2019.00066/full
https://www.researchgate.net/publication/304782257_Techniques_for_Recovery_and_Reuse_of_Heavy_Metals_From_Industry_Effluents
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu