Ünite 7: Çevre Bilimi ve Çevre Kirliliği

Giriş

Çevre Bilimi, pek çok bilim dalını (ekoloji, biyoloji, fizik, kimya, zooloji, mineroloji, jeoloji) içine alan disiplinler arası bir bilimdir. Çevre biliminin amacı çevreyi ve bileşenlerini anlamak ve çevresel sorunlara çözüm üretmektir. Günümüzde çevre bilimi; çevresel sistemleri, bütünsel, kantitatif ve disiplinler arası bir anlayışla inceleyen bir bilim dalı olarak karşımıza çıkmaktadır. 1960’lı ve 70’li yıllarda bilimsel araştırmaların önemli bir kısmı çevre bilimleri alanında gerçekleşmekteydi. Kompleks çevresel problemleri disiplinler arası bir yaklaşımla analiz etmek, çeşitli çevresel yasaların ortaya çıkması ve halkın çevre ile ilgili artan farkındalığı, çevresel çalışmaların hız kazanmasını sağlamıştır. Bu yıllarda meydana gelen çeşitli çevresel felaketler, insanların çevresel olayları daha iyi kavramasına ve yeni bir bilim dalı olan çevre biliminin oluşmasına neden olmuştur.

Doğal Dengelerin Bozulması

Ateşin bulunması ile birlikte insanın doğayı kontrol alma süreci de başlamıştır. Uygarlığın gelişmesi, sanayileşmedeki hızlı artış insanın doğa üzerindeki etkisinde de ivmelenmeye neden olmuştur. Tüm bu değişimler doğal dengelerin bozulmasına neden olmuştur. Doğal dengelerin bozulması sonucu, başta insan olmak üzere, diğer canlı ve cansız varlıklar zarar görmüştür ve görmektedir.

Sosyal ve ekonomik gelişmeye paralel olarak insanın enerji ihtiyacı da artmaktadır. Günümüzde modern insanının enerji ihtiyacı geçmiştekinden çok farklıdır. Enerji kaynaklarının kullanımı esnasında atmosfere salınan karbondioksit gazı (CO2) küresel ısınmaya neden olmaktadır. Dolayısıyla enerji üretimi ve tüketimi çevresel problemlere neden olmaktadır. Bir yandan CO2 emisyonlarını azaltmaya çalışırken; artan enerji ihtiyacını mevcut enerji kaynakları kullanarak karşılamaya çalışmak gerçekten zor bir durum oluşturmaktadır.

Doğal dengelerin bozulması açısından önemli bir diğer konu su kaynakları sorunudur. Su sorunu, suyun yeryüzünde eşit olarak dağılmamasından ve suyun kullanıma uygun formunda olmamasından kaynaklanmaktadır. Deniz suyu kütlece fazla olmasına rağmen yüksek tuz miktarından dolayı herhangi bir işleme tabi tutulmadan içilebilir değildir. Tatlı su kaynakları ise hem kütlece daha az hem de insan aktivitelerinin neden olduğu kirlenme dolayısıyla kullanılabilirliğini kaybetmektedir. Dünyada 2 milyar civarında insan temiz suya ulaşım konusunda sıkıntı çekmektedir.

Çevre kirlenmesi, başta insan olmak üzere diğer canlı ve cansız varlıkların etkilenmesine neden olur. Hemen hemen insan vücudunun her kısmı kirleticilerden etkilenmektedir. Örneğin kurşun ve civa beyni, arsenik cildi, karbon monoksit akciğerleri, kadmiyum kalbi etkilemektedir. Benzer şekilde kirleticiler vahşi yaşamı da olumsuz yönde etkilemektedir. Kirleticilerin zararlı etkileri doza ya da toksik bileşenin derişimine bağlıdır. Bu konu, doz-yanıt şeklinde adlandırılmıştır. Dolayısıyla az miktardaki selenyum canlılar için gerekliyken, yüksek miktarlar toksik ya da kanserojenik etki gösterebilir.

Çevre Kirliliği

Çevre kirliliği denildiğinde 3 önemli alıcı ortamdaki kirlilik anlaşılmaktadır. Bunlar hava, toprak ve su ortamlarıdır. Kirleticiler bulundukları ortamdaki kalış sürelerine bağlı olarak farklı etkiler gösterebilirler. Çevre kirliliği genel olarak hava, su ve toprak kirliliği olarak sınıflandırılsa da alıcı ortamdan bağımsız şekilde düşünüldüğünde, özellikle son yıllarda önem kazanan gürültü kirliliği de bir çevre kirliliğidir.

Hava kirliliği; atmosferde toz, gaz, duman, koku, buhar şeklinde bulunabilecek olan kirleticilerin insan ve diğer canlılar ile eşyaya zarar verici miktarlara yükselmesi olarak tarif edilebilir. Ulusal ve uluslararası ölçekte belirlenen standartlar vasıtasıyla kirleticilerin zararlı derişimleri belirlenmektedir. Hava kirleticiler, doğal ve insan kaynaklı (antropojenik) olarak ortama salınmaktadır. Toz fırtınaları, yanardağ patlamaları doğal kaynaklara örnek olarak gösterilebilir. Yakın zamanda (2010 yılında) İzlanda’da gerçekleşen volkan patlaması sonucu atmosfere salınan yoğun külün görüş mesafesini düşürmesi sebebiyle hava trafiği günlerce aksamış, uçuşlar iptal edilmiştir. İnsan kaynaklı hava kirliliği ise katı yakıt yakılması, trafik gibi insan aktivitelerden kaynaklanan kirliliktir. Hava kirletici kaynaklarını “sabit” ve “hareketli kaynaklar” olarak ikiye ayırmak mümkündür. Sabit kaynaklar ise kendi arasında nokta kaynaklar (termik santraller gibi), alansal kaynaklar (kentsel yerleşimler) ve çizgisel kaynaklar (kara yolları, tren yolları) olarak üçe ayrılırlar. Sabit bir lokasyonu olmayan kaynaklar ise mobil kaynaklar olarak değerlendirilirler. Bu anlamda karayolu ya da hava yolu taşıtları hareketli kaynaklardır.

Ülkemizde hava kirliliğinin en önemli sebebi, evsel ısınma ve taşıtlardan kaynaklanan emisyonlardır. Endüstriyel bölgelerde ise endüstri kaynaklı emisyonlar kirliliğe neden olmaktadır. Genel olarak, hava kirliliğinin iki önemli sebebi olduğu söylenebilir. Bunlar, şehirleşme ve endüstridir. Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı (IARC) hava kirliliğini kanserojen olarak sınıflandırmıştır. Hava kirliliğinin solunum ve kalp rahatsızlıklarına neden olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Hava kirliliği, insanları etkilediği gibi hayvanlar ve bitkileri de etkilemektedir. Hava kirliliğini meydana getiren bazı gaz bileşenler, bitkilerin solunumu sırasında gözeneklerden içeriye girerek fotosentezin yavaşlamasına neden olurlar. Bu tür bir olumsuz etki, ürün miktarlarında azalmaya da neden olur.

Hava kirliliği ile ilgili endişeler hiç de yeni değildir. Tarihte hava kirliliği ile ilgili ilk şikayetler 13. Yüzyılda Roma’da kömür kullanımı ile ilgiliydi. Bu, şikayetleri engellemek için 1273 yılında kömür kullanımı yasaklanmıştır. Bu belki de hava kirliliğinin azaltılmasına yönelik tarihte karşımıza çıkan ilk önemli kontrol yöntemlerinden bir tanesidir. Ülkemizde hava kalitesinin korunmasına yönelik ilk kapsamlı düzenleme 2 Kasım 1986 yılında yayımlanan “Hava Kalitesinin Korunması Yönetmeliği’dir.” Bu Yönetmelik’in amacı, her türlü faaliyet sonucu atmosfere yayılan is, duman, toz, gaz, buhar ve aerosol halindeki emisyonları kontrol altına almak; insanı ve çevresini hava alıcı ortamındaki kirlenmelerden doğacak tehlikelerden korumak; hava kirlenmeleri sebebiyle çevrede ortaya çıkan umuma ve komşuluk münasebetlerine önemli zararlar veren olumsuz etkileri gidermek ve bu etkilerin ortaya çıkmamasını sağlamaktır. Hava Kirliği kontrolüne yönelik ilk uygulamalar, kirliliğin en iyi çözümünün kirliliğin seyrelmesi prensibine dayalı olarak, daha uzun bacaların inşa edilmesiydi. Bu şekilde bacadan çıkan kirleticilerin yer seviyesine inmeden dejarj edilerek, canlıların korunması amaçlanmaktaydı. Bir diğer kontrol önlemi ise dış ortam derişimlerinin arttığı, bir başka deyişle, kirliliğin yüksek olduğu dönemlerde tesislerin geçişi olarak çalışmalarının durdurulması ya da üretim kapasitelerinin azaltılmasıdır. Kirliliği azaltmak için kullanılan prosesis değiştirilmesi, yakıt ve hammadde değişimi yapılması gibi önlemler de diğer alternatifler arasında bulunmaktadır. Aslında hava kirliliğinin kontrolündeki temel ilke kirliliği oluşturmamak ya da bu oluşumu daha önceden kontrol altına almaktır. Önleyici nitelikli olan bu kontrol teknikleri yanında, kirleticiler oluştuktan sonra başvurulacak “ikincil kontrol teknikleri” günümüzde daha sıkça başvurulan tekniklerdir. Absorpsiyon, adsorpsiyon, toz tutma, yıkama gibi yöntemlerle giderme ve ayrıştırma, aynı zamanda çeşitli kimyasal dönüştürme ve geri kazanma yöntemleri, ikincil sık kullanılan ikincil kontrol teknikleridir.

Su Kirliliği

Su kirliliği, su kalitesinin kötüleşmesi anlamına gelir. Halk sağlığı ya da ekolojik açıdan baktığımızda kirletici, miktarlarındaki tespit edilebillir bir artışta yaşayan canlıların zarar görmesinde neden olan herhangi bir biyolojik, fiziksel veya kimyasal madde olarak tanımlanabilir. Dolayısıyla bazı ağır metaller, bazı radyoaktif izotoplar, coliform bakteri, fosfor, azot, sodium ve bazı diğer gerekli elementler, patojen bakteriler, virüsler su kirleticileridir. Suyun kalitesi, suyun kullanımını belirleyen en önemli parametredir. Günümüzde suyun en önemli kullanım alanı tarım, endüstriyel işlemler ve evsel kullanımdır. Evsel kullanım için suyun sağlığa zararlı patojenler, pestisit, ağır metal gibi tüm bileşenlerden arındırılmış olması, renksiz, kokusuz olması gereklidir. Öte yandan endüstriyel amaçla kullanılacak olan suyun kalitesi endüstriyel işlemin türüne bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Bazı endüstriyel işlemlerde korozyona neden olmayacak içerikte su gerekli iken bazılarında partiküllerden arındırılmış suya ihtiyaç vardır.

Su kirliliğine neden olan kaynakları en basit haliyle noktasal kaynaklar ve yaygın kaynaklar olmak üzere 2 ana başlık altında incelemek mümkündür. Eğer kirlilik bir kaynaktan ortama, kontrol edilebilir ve ölçülebilir nokta dejarşı ile karışıyorsa bu tür kaynaklar noktasal kaynaklar olarak adlandırılırlar. Evsel ve endüstriyel atıksı deşarjları noktasal kaynaklara örnektir. Atmosferden su ve toprağa kirletici taşınımı, maden yataklarından ve foseptiklerden yeraltı suyuna suların karışması ise yaygın kaynaklara örnek olarak gösterilebilir. Su kirliliğine neden olan önemli kaynaklar 3 ana başlık altında sınıflandırılabilir.

• Evsel atık sular: Türkiye İstatistik Kurumu verilerine göre; bir kişinin günlük içme ve kullanma suyu miktarı 217 litredir. Bu miktarın %40’ı banyoda, %15-20si çamaşır yıkamada kullanılmaktadır. Evsel atık sular mutfak, banyo tuvalet gibi ortamlarda kullanım sonucu ortaya çıkan ve organik madde, mikroorganizma, azot, fosfor gibi bileşenleri içermektedir. Eğer bu sular arıtılmadan ortama atılırsa sudaki çözünmüş oksijen miktarının azalmasına, bitmesine ve oksijensiz ayrışmaya (anaerobik neden olur).

• Endüstriyel atık sular: Üç ana sınıfa ayrılmaktadır; (a) proses atık suları, (b) proses dışı atık sular ve (c) evsel nitelikli atık sular. Proses atık suları, proseslerde su kullanımı sonucunda veya proses sırasında oluşan ve kirlenmiş olan atık sulardır. Örneğin, metal kaplama banyolarındaki sular, gübre üretimindeki çözelti atık suları, açıkta depolanan maddelerin sızıntı suları örnek olarak gösterilebilir. Proses dışı atık sular ise proses atık sularına kıyasla daha az kirletici içermektedirler. Bu nedenle arıtma ihtiyaçları daha sınırlıdır. Soğutma suları, yoğuşma sonucu oluşan sular, yağmur suları, proses dışı sulara örnektir. Evsel nitelikli atık sular ise personelin günlük su kullanımı, yemekhane, misafirhane gibi ortamlarda oluşan atık sulardır. İçerdikleri kirleticiler açısından evsel atık sulara benzemekle beraber kirletici parametrelerin değerleri ve birbirlerine oranları evsel atık sudan farklılık gösterebilirler.

• Tarımsal aktiviteler: Gereğinden fazla gübre kullanımı, başta fosfor olmak üzere bazı elementlerin toprakta birikimine ve yağışla birlikte yıkanması ve toprak erozyonuyla suların kirlenmesine neden olur. Modern tarımın bitki zararlılarına karşı pestisit kullanımı kaçınılmazdır.

Su Kirliliğinin Etkileri

Genel olarak su kirliliğinin etkilerini 3 ana başlıkta sınıflandırmak mümkündür. Bunlar, (a) insan sağlığına, (b) ekosisteme ve (c) ekonomiye etkileridir.

• İnsan sağlığına olan etkileri: Su insanın en temel ihtiyaçlarından bir tanesidir. Dünyada temiz suya erişimi olmayan pek çok insan vardır. Her yıl tahmini olarak 120.000 kişinin kolera nedeniyle hayatını kaybettiği tahmin edilmektedir. İçme suyu kaynağı olarak çoğunlukla doğal ya da yapay göller ve nehir suları kullanılmaktadır. Su arıtma teknolojilerinin ve kontrollerin zayıf olduğu durumlarda insanlar, su kaynaklı kolera ya da tüberküloz gibi hastalıklara yakalanmaktadırlar. Arıtma teknolojilerinin daha iyi olduğu gelişmiş ülkelerde bile insanlar su kirliliğinin neden olduğu sağlık etkilerinden şikayet etmektedirler.

• Ekosisteme etkileri: Nitrat (NO3) ve fosfatlar (PO4) oksijen tüketen alg gibi organizmaların ortamda çoğalmalarına neden olarak balıkların ve diğer su canlılarının ölümüne yol açar. Öte yandan petrol sızıntıları nedeniyle denizler kirlenmekte ve deniz ekosistemi zarar görmektedir. Türleri tehlike altında olan canlılar da olmak üzere, bu tür bir petrol sızıntısını takip eden 6 ay içinde binler mertebesinde canlı (kuşlar, kaplumbağalar, balıklar) hayatını kaybetmektedir.

• Ekonomik etkileri: Yukarıda sayılan tüm etkiler sonuç olarak ekonomik kayıplarla da sonuçlanmaktadır. Kirlenmiş suları temizlemek ve kirlenme nedeniyle oluşan hastalıkların tedavisi için yapılan sağlık harcamaları, zarar gören rekreasyon alanları nedeniyle oluşan turizm kayıpları ekonomik kayıpların içindedir.

Su kirliliğinin kontrolüne yönelik ülkemizde yapılan ilk yasal düzenleme 4 Nisan 1971’de yayınlanan “Su ürünleri Kanunu’dur”. Kanun sonraları değişikliğe uğramıştır. Daha geniş kapsamlı, su, toprak ve hava kirlenmesinin önlemesi, ülkenin doğal ve tarihsel kaynaklarının korunmasına yönelik Çevre Kanunu ise 1983’te yayınlanmıştır. Su kirliliğine özel olarak 31 Aralık 2004 tarihinde “Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği” yayımlanmıştır. Bu yönetmeliğin amacı, ülkenin yeraltı ve yerüstü su kaynakları potansiyelinin korunması ve en iyi bir biçimde kullanımının sağlanması için, su kirlenmesinin önlenmesini sürdürülebilir kalkınma hedefleriyle uyumlu bir şekilde gerçekleştirmek üzere gerekli olan hukuki ve teknik esasları belirlemektir. Bu yönetmelik, su ortamlarının kalite sınıflandırmaları ve kullanım amaçlarını, su kalitesinin korunmasına ilişkin planlama esasları ve yasaklarını, atık suların boşaltım ilkelerini ve boşaltım izni esaslarını, atık su altyapı tesisleri ile ilgili esasları ve su kirliliğinin önlenmesi amacıyla yapılacak izleme ve denetleme usul ve esaslarını kapsar.

Su ve Atıksu Arıtımı

Suların arıtımı iki ana başlık altında irdelenebilir. İlki, su arıtımı başlığı altında değerlendirilen ve tabiatta bulunan doğal suların belirli bir kaliteye ulaşabilmesi için uygulanan arıtım yöntemleridir. Örneğin içme suyu amaçlı su arıtımında amaç, suyun içilebilir standartlara ulaştırılmasıdır. Atık su arıtımı ise; su arıtımından çok daha farklı bir amaçla yapılır. Atık sular farklı özelliklerde olabilirler. Evsel bir atık su ile endüstriyel bir atık su oldukça farklı bir bileşime sahiptir. Bu nedenle uygulanacak arıtma yöntemleri de farklılık göstermektedir. Atık su arıtımındaki asıl amaç kullanımdan sonra oluşan atık suyun alıcı ortama verildiğinde olumsuz bir etki oluşturmasını engelleyecek şekilde arıtılmasını sağlamaktır.

Su ve Atık su Arıtım Süreçleri 3 ana başlık altında sınıflandırılabilir. Bu başlıklar aşağıda özetlenmiştir.

• Fiziksel ve kimyasal arıtma süreçleri: Fiziksel arıtma, suyun içinde mevcut olan katı partiküllerin ve diğer safsızlıkların fiziksel yöntemler kullanılarak arıtılmasıdır. Kimyasal arıtımda ise suya eklenen bazı kimyasallar vasıtasıyla bazı kirleticilerin giderimi sağlanmaktadır.

• Biyolojik arıtma süreçleri: Atık suların içinde bulunan ve kirletici madde olarak tanımlanan askıda ve çözünmüş halde bulunan kirletici maddelerin mikroorganizmalar tarafından oksijenli (aerobik), oksijensiz (anaerobic) ve fakültetif (kısmen aerobik, kısmen anaerobic) şartlarda parçalanmasıdır. Bu parçalanma esnasında kirleticiler, çevresel açıdan zararsız bileşenleri dönüştürülmektedir.

• İleri arıtım yöntemleri: Suların ve atık suların arıtılmasında kullanılan fiziksel, kimyasal arıtma süreçleri ile biyolojik arıtma süreçleri bazen bazı kirleticilerin arıtılmasında yeterli olmamaktadır. Bu durumda ileri arıtım yöntemleri olarak adlandırılan kimyasal yükseltgenme, iyon değişimi, adsorpsiyon, membran teknolojisi, dezenfeksiyon ve gaz sıyırma gibi ileri arıtım yöntemleri kullanılmaktadır.

Toprak Kirliliği

Toprak kirliliği, toprağın toksik ya da insanlar ve diğer canlılar için tehlikeli kimyasallar içermesi sonucu oluşur. Toprak kirliliğinin pek çok zararlı etkisi vardır. Toprak hem hava, hem de su ile temas halinde olduğundan direk ya da dolaylı olarak etkisini gösterebilir. Örneğin, kirlenmiş topraklardaki bazı kirleticiler topraktan yer altı sularına sızabilirler. Toprak kirliğinde organik ve inorganik kirleticiler son derece önemlidir. Tarımsal amaçlı kullanılan kimyasallar, endüstriyel, evsel ve kentsel atıklar, radyoaktif maddeler toprak kirliliğine neden olmaktadırlar. En önemli organik kirletici grupları yakıt hidrokarbonları, çok halkalı aromatic hidrokarbonlar (PAHs), poliklorlu bifeniller (PCBs), klorlu aromatik bileşikler, deterjanlar ve pestisitlerdir. Nitratlar, fosfatlar, kadmiyum, krom, kurşun gibi ağır metaller ve radyoaktif maddeler önemli inorganik kirleticilerdir.

Tarımın hızla endüstrileşmesi, kimyasal endüstrisinin hızla büyümesi ve ucuz enerji formları yaratmaya olan ihtiyaç nedeniyle insan yapısı organik kimyasallar sürekli olarak doğal ekosisteme atılmaktadır. Sonuç olarak, hava; su ve toprak pek çok toksik bileşen ile kirlenmektedir. Bu kimyasalların pek çoğuna yüksek derişimlerde maruziyet insanlarda ve diğer organizmalarda zararlı etkilere neden olmaktadır. Bunlar; akut toksik etki, genlerde değişiklikler, kanser ve doğum anomolileridir. Bu insan yapısı toksik bileşiklerden bazıları fiziksel, kimyasal ve biyolojik bozulmaya dirençli olduklarından çevresel ortamlarda fazla miktarlarda birikime neden olmaktadırlar.

Kirlenmiş toprakların temizlenmesinde uygulanan yöntemler esas olarak yerinde ve taşınarak (toprağın bulunduğu bölgeden taşınması) gerçekleştirilmektedir. Bu metotlardan hiçbiri kirlenmiş toprağın geri kazanılması için sunulan ideal bir çözüm değildir. En yaygın dekontamisyon yöntemi, kirlenmiş toprağı bulunduğu yerden alıp atık deponi sahasına götürmek ya da yakmaktır. Ancak bu yöntem kirleticileri bir ortamdan diğer ortama taşımaktan ya da bir ortamı temizleyip diğer ortamı kirletmek anlamında gelmektedir. Depolamak; kirli toprağı başka bir yere alıp sınırlarken, kirlilik giderimi açısından aslında bir çözüm üretmemektedir. Öte yandan yakmak ise toprağı toksik organik kirleticilerden arındırırken yanma esnasında havanın kirlenmesine neden olmaktadır.

Ülkemizde toprak kirliliği ile ilgili “Toprak Kirliliğinin Kontrolü ve Noktasal Kaynaklı Kirlenmiş Sahalara Dair Yönetmelik” yürürlüktedir. Kalıcı organik kirleticiler; hava, toprak ve su ortamlarında bulunabilen ve bu ortamlar arasında geçiş yapabilen buhar basıncı düşük, toksik ve bazıları kanserojonik bileşiklerdir. Bu bileşiklerin çevresel ortamlarda derişimlerinin kontrol edilmesini ve kaynaklarında azaltıma gidilmesini içeren Stokholm Sözleşmesi’ne (2004) Türkiye dahil pek çok taraf ülke vardır. Avrupa’da gerçekleştirilen bir çalışmada Norveç’te ve İngiltere’de 20 kırsal alandan 1998 yılında toprak örnekleri alınmış ve aynı noktalardan 2008 yılında tekrar toprak örnekleri alınarak analiz edilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonunda, topraktaki organoklorlu pestisitlerin derişimlerinde son 10 yılda çok az bir azalma görülürken Poliklorlu bifenillerin derişimlerinde ciddi azalmalar görülmüştür.