19.1 PENDAHULUAN DAN SEJARAH
Pada awal Bab 11, disebutkan terbuat dari anthrosphere terdiri dari hal-hal manusia membangun, penggunaan, dan dilakukan di lingkungan. Anthrosphere yang merupakan lingkup kelima lingkungan, bersama dengan geosfer, hidrosfer, atmosfer, dan biosfer. Setiap upaya cerdas untuk mempertahankan dan meningkatkan kualitas lingkungan harus mempertimbangkan anthrosphere bersama dengan empat bidang lainnya. Bab ini dikhususkan terutama untuk anthrosphere tersebut. Dengan demikian, ia menekankan ilmu yang muncul dari ekologi industri, yang didefinisikan dan dijelaskan di bawah ini. Industri ekologi adalah suatu pendekatan berdasarkan rekayasa sistem dan prinsip-prinsip gical ecolo- yang mengintegrasikan aspek produksi dan konsumsi desain, produksi, penggunaan, dan terminasi (penghentian) produk dan jasa dengan cara yang meminimalkan dampak lingkungan sekaligus mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya, energi, dan modal. Praktek ekologi industri merupakan diterima lingkungan, sarana berkelanjutan penyediaan barang dan jasa.
Hal ini terkait erat dengan kimia lingkungan, dan dua ilmu bekerja secara sinergis satu sama lain. Industri ekologi bekerja dalam sistem ekosistem industri, yang meniru ekosistem alam. Ekosistem alami, biasanya didorong oleh energi matahari dan fotosintesis, terdiri dari perakitan organisme yang saling berinteraksi dan lingkungannya, di mana bahan-bahan yang dipertukarkan dengan cara sebagian besar siklus. Sebuah sistem yang ideal ekologi industri mengikuti aliran energi dan bahan melalui beberapa tingkatan, menggunakan limbah dari satu bagian dari sistem sebagai bahan baku untuk bagian lain, dan memaksimalkan efisiensi penggunaan energi. Sedangkan limbah, limbah, dan produk yang digunakan untuk dianggap sebagai meninggalkan sistem industri pada titik di mana produk atau jasa yang dijual kepada konsumen, ekologi industri menganggap bahan seperti bagian dari sistem yang lebih besar yang harus diperhatikan sampai siklus lengkap facture pabrikan, penggunaan, dan pembuangan selesai. Dari uraian di atas dan di sisa buku ini, dapat disimpulkan ekologi industri adalah semua tentang siklisasi bahan.
Pendekatan ini dirangkum dalam sebuah pernyataan dikaitkan dengan Kumar Patel dari University of California di Los Angles, "Tujuannya adalah buaian hingga reinkarnasi, karena jika ada yang berlatih ekologi industri benar tidak ada kuburan." Untuk praktek ekologi industri menjadi seefisien mungkin, siklisasi bahan harus terjadi pada tingkat tertinggi kemurnian material dan tahap pengembangan produk. Sebagai salah satu dari banyak contoh yang bisa dikutip, menganggap bahwa hal itu jauh lebih efisien dari segi bahan, energi, dan biaya moneter untuk obligasi tapak karet baru besar, ban mahal yang digunakan pada peralatan bergerak bumi berat daripada untuk mencoba untuk memisahkan karet dari ban dan membentuk kembali ke yang baru. Dasar ekologi industri disediakan oleh fenomena metabolisme industri, yang mengacu pada cara di mana sistem industri menangani bahan dan energi, penggalian bahan yang diperlukan dari sumber seperti bijih, menggunakan energi untuk merakit bahan dengan cara yang diinginkan, dan pembongkaran bahan dan komponen. Dalam hal ini, ekosistem industri beroperasi dengan cara yang analog dengan organisme biologis, yang bertindak atas biomolekul untuk melakukan anabolisme (sintesis) dan katabolisme (degradasi). Sama seperti yang terjadi dengan sistem biologi, perusahaan industri dapat dirakit menjadi ekosistem industri. Sistem tersebut terdiri dari sejumlah (lebih besar dan beragam) dari perusahaan industri bertindak secara sinergis dan, untuk sebagian besar, dengan masing-masing produk memanfaatkan dan limbah potensial dari anggota lain dari sistem.
Sistem seperti ini sebaiknya dirakit melalui seleksi alam dan, untuk sebagian besar atau lebih kecil, seleksi tersebut telah terjadi di seluruh dunia. Namun, pengakuan keberadaan dan keinginan lancar berfungsi ekosistem industri dapat memberikan dasar bagi hukum dan peraturan (atau pencabutan daripadanya) yang memberikan dorongan untuk pembentukan dan operasi yang efisien dari sistem tersebut. Istilah pembangunan berkelanjutan telah digunakan untuk menggambarkan pembangunan industri yang dapat dipertahankan tanpa kerusakan lingkungan dan untuk kepentingan semua orang. Jelas, jika manusia adalah untuk bertahan hidup dengan standar hidup yang layak, seperti "pembangunan berkelanjutan" harus berkembang di mana penggunaan sumber daya tak terbarukan diminimalkan sejauh mungkin, dan kemampuan untuk menghasilkan sumber daya terbarukan (misalnya, dengan mempromosikan konservasi tanah untuk mempertahankan kapasitas untuk tumbuh biomassa) ditingkatkan. Hal ini akan memerlukan perubahan perilaku yang signifikan, terutama jika dihubungkan membatasi pertumbuhan penduduk dan menekan nafsu makan manusia untuk meningkatkan konsumsi barang dan energi.
19.2 EKOSISTEM INDUSTRI
Sekelompok perusahaan yang praktek ekologi industri melalui sistem industri metabolisme yang efisien dalam penggunaan kedua bahan dan sumber daya merupakan ekosistem industri fungsional. Sistem seperti ini dapat didefinisikan sebagai klaster daerah perusahaan industri dan entitas lain yang terkait bersama-sama dengan cara yang memungkinkan mereka untuk memanfaatkan dengan produk, bahan, dan energi antara berbagai perusahaan dalam saling cara menguntungkan.
Gambar 19.1 menunjukkan atribut utama ekosistem industri fungsional, yang, dalam arti yang paling sederhana, proses bahan didukung oleh sumber yang relatif berlimpah energi. Bahan memasuki sistem dari sumber bahan baku dan dimasukkan ke dalam bentuk yang dapat digunakan oleh produsen bahan utama. Dari sana bahan masuk ke manufaktur barang untuk konsumen. Terkait dengan berbagai sektor operasi adalah pengolah limbah yang dapat mengambil dengan bahan-bahan, meng-upgrade mereka, dan memberi mereka makan kembali ke dalam sistem. Yang efisien, sistem transportasi fungsional diperlukan untuk sistem bekerja dengan baik, dan komunikasi yang baik link harus ada di antara berbagai sektor. Bahan utama dalam sistem air, dan sering dalam pasokan terbatas padat penduduk daerah kering di dunia.
Gambar 19.1 Komponen utama yang dibutuhkan untuk sistem industri. Ketika komponen ini ada symbiotically, memanfaatkan bahan limbah dari satu perhatian sebagai bahan baku untuk yang lain, mereka menulis berfungsi ekosistem industri.
Sebuah ekosistem industri berhasil beroperasi memberikan beberapa manfaat. seperti Sistem mengurangi polusi. Hasilnya efisiensi energi yang tinggi dibandingkan dengan sistem perusahaan yang tidak terkait dan mengurangi konsumsi bahan perawan karena memaksimalkan bahan daur ulang. Pengurangan jumlah limbah adalah keuntungan lain sistem fungsional ekologi industri. Akhirnya, ukuran kunci keberhasilan sistem ekologi industri meningkat nilai pasar produk relatif terhadap material dan konsumsi energi.
Ekosistem industri dapat diatur menggunakan dua pendekatan dasar yang saling melengkapi. Dalam sebuah industri, penekanan dapat ditempatkan pada daya tahan produk dan tanggungan untuk memperbaiki dan mendaur ulang, yang kompatibel dengan praktek industri ekologi. Alih-alih menjual produk, kekhawatiran mungkin menekankan penyewaan sehingga dapat memfasilitasi daur ulang. Pendekatan kedua menekankan interaksi antara kekhawatiran sehingga bahwa mereka beroperasi sesuai dengan praktik yang baik ekologi industri. pendekatan ini memfasilitasi bahan dan aliran energi, pertukaran, dan recycle antara berbagai perusahaan di ekosistem industri.
Sebuah aspek penting dari ekosistem industri adalah praktek tingkat tinggi simbiosis industri. Hubungan simbiosis dalam sistem biologis alami terjadi ketika dua organisme sering sangat berbeda hidup bersama dalam saling menguntungkan cara. Hubungan simbiosis analog di mana perusahaan memanfaatkan masing-masing sisa bahan membentuk dasar dari hubungan antara perusahaan dalam industri fungsional ekosistem. Contoh simbiosis industri yang dikutip dalam Bagian 19,14 di pembahasan Kalundborg, Denmark, ekosistem industri.
Sebuah cara yang berguna untuk melihat ekosistem industri secara geografis, seringkali atas dasar jaringan transportasi. Contohnya adalah Houston Ship Channel, yang membentang selama bertahun-kilometer dan berbatasan dengan sejumlah besar petrokimia kekhawatiran yang ada untuk keuntungan bersama melalui pertukaran bahan dan energi. Pemurnian gas alam oleh kekhawatiran terletak di sepanjang saluran hasil hidrokarbon massa molekul rendah seperti etana dan propana yang dapat digunakan oleh masalah lain, misalnya, dalam polimer manufaktur. Sulfur dihapus dari alam gas dan minyak bumi dapat digunakan untuk memproduksi asam sulfat, yang pada gilirannya merupakan kunci bahan baku untuk pembuatan sejumlah bahan kimia lainnya.
19.3 LIMA KOMPONEN UTAMA DARI EKOSISTEM INDUSTRI
Ekosistem industri dapat didefinisikan secara luas untuk mencakup semua jenis produksi, pengolahan, dan konsumsi. Ini termasuk, misalnya, produksi pertanian sebagai operasi baik sebagai industri murni. Hal ini berguna untuk menentukan lima komponen utama dari ekosistem industri , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.2. Ini adalah (1) bahan utama produser, (2) sumber atau sumber energi, (3) pengolahan bahan dan sektor manufaktur, (4) sektor pengolahan limbah, dan (5) sektor konsumer . Seperti sistem ideal, aliran bahan antara empat hub utama sangat tinggi. Setiap konstituen dari sistem berkembang dengan cara yang memaksimalkan efisiensi dengan sistem memanfaatkan bahan dan energi.
Bahan Primer dan Produsen Energi
Hal ini mudah untuk mempertimbangkan produsen bahan primer dan energi generator bersama-sama karena kedua bahan dan energi yang diperlukan untuk industri ekosistem untuk beroperasi. Produsen produsen bahan primer atau dapat terdiri dari satu atau beberapa perusahaan yang ditujukan untuk menyediakan bahan dasar yang menopang ekosistem industri. Paling umum, dalam ekosistem industri yang realistis signifikan sebagian kecil dari bahan yang diproses oleh sistem terdiri dari bahan murni. di sebuah jumlah kasus, dan semakin sehingga tekanan membangun untuk mendaur ulang bahan, signifikan jumlah bahan berasal dari sumber daur ulang.
Gambar 19.2 konstituen utama atau " hub " dari ekosistem industri.
Proses yang bahan murni memasuki sistem dikenakan bervariasi dengan jenis material, namun secara umum dapat dibagi menjadi beberapa langkah-langkah utama. Biasanya, langkah pertama adalah ekstraksi, yang dirancang untuk menghilangkan zat yang diinginkan selengkap mungkin dari zat lain dengan yang terjadi. Tahap ini bahan pengolahan dapat menghasilkan sejumlah besar bahan limbah yang membutuhkan pembuangan, seperti kasus dengan beberapa bijih logam dimana logam membuat persentase kecil dari bijih yang ditambang. Dalam kasus lain, seperti butiran jagung memberikan dasar produk jagung industri, "limbah," - dalam contoh spesifik ini ladang jagung yang terkait dengan butir-dapat dibiarkan di tempat (batang jagung kembali ke tanah berfungsi untuk menambah humus dan meningkatkan kualitas tanah). Langkah konsentrasi dapat mengikuti ekstraksi untuk menempatkan diinginkan bahan ke dalam bentuk murni. Setelah konsentrasi, bahan dapat dimasukkan melalui langkah pemurnian tambahan yang mungkin melibatkan pemisahan. Berikut langkah-langkah ini, Bahan ini biasanya dikenakan proses tambahan dan persiapan menuju bahan jadi. Sepanjang berbagai langkah ekstraksi, konsentrasi, pemisahan, pemurnian, pengolahan, persiapan, dan finishing, berbagai fisik dan operasi kimia yang digunakan, dan limbah yang membutuhkan pembuangan dapat dihasilkan. Bahan daur ulang dapat diperkenalkan pada berbagai bagian dari proses, meskipun mereka biasanya dimasukkan ke dalam sistem berikut langkah konsentrasi.
Ekstraksi dan persiapan sumber energi dapat mengikuti banyak langkah-langkah diuraikan di atas untuk ekstraksi dan persiapan bahan. Sebagai contoh, proses yang terlibat dalam penggalian uranium dari bijih, memperkaya dalam fisi yang uranium - 235 isotop, dan menetukan menjadi batang bahan bakar untuk produksi listrik fisi nuklir mencakup semua orang yang disebutkan di atas untuk bahan. Di sisi lain, beberapa sumber yang kaya batubara pada dasarnya meraup dari lapisan batubara dan dikirim ke pembangkit listrik untuk listrik Generasi dengan hanya pengolahan minimal, seperti penyortiran dan penggilingan.
Bahan daur ulang ditambahkan ke sistem pada bahan primer dan energi tahap produksi mungkin dari sumber pra dan postconsumer. Sebagai contoh, kertas daur ulang dapat maserasi dan ditambahkan pada tahap pembuatan pulp pembuatan kertas. Daur ulang aluminium dapat ditambahkan pada tahap logam cair aluminium produksi logam .
Bahan Pengolahan dan Sektor Industri
Bahan jadi dari produsen bahan utama yang dibuat untuk membuat produk dalam pengolahan bahan dan manufaktur sektor. Sektor ini sering sistem yang sangat kompleks. Misalnya, pembuatan mobil membutuhkan baja untuk frame, plastik untuk berbagai komponen, karet di ban, memimpin dalam baterai, tembaga dalam kabel, dan kain atau kulit untuk kursi, bersama dengan sejumlah besar bahan lainnya. Biasanya, langkah pertama dalam bahan manufaktur dan pengolahan adalah membentuk operasi. Misalnya, baja lembaran cocok untuk membuat frame mobil dapat dipotong, ditekan, dan dilas ke dalam konfigurasi yang diperlukan untuk membuat bingkai. Di langkah ini, beberapa limbah dapat diproduksi yang membutuhkan pembuangan. Sebuah contoh dari limbah terdiri dari karbon komposit serat / epoxy tersisa dari pembentukan bagian seperti jet perumahan mesin pesawat. Komponen jadi dari langkah pembentukan tertolak menjadi produk jadi yang siap untuk pasar konsumen.
Bahan pengolahan dan manufaktur sektor menyajikan beberapa peluang untuk didaur ulang. Pada titik ini, hal ini mungkin berguna untuk menentukan dua aliran yang berbeda bahan daur ulang :
• Proses daur ulang aliran yang terdiri dari bahan daur ulang dalam pembuatan operasi itu sendiri
• aliran daur ulang eksternal yang terdiri dari bahan daur ulang dari produsen lain atau dari produk postconsumer
Bahan yang cocok untuk daur ulang dapat bervariasi secara signifikan. Umumnya, bahan dari aliran proses daur ulang yang sangat cocok untuk daur ulang karena mereka adalah bahan sama yang digunakan dalam operasi manufaktur. Bahan daur ulang dari luar, terutama yang berasal dari sumber postconsumer, mungkin cukup variabel dalam Karakteristik mereka karena kurangnya kontrol yang efektif atas postconsumer daur ulang bahan bahan. Oleh karena itu, produsen mungkin enggan untuk menggunakan zat-zat tersebut.
Sektor Konsumen
Di sektor konsumen, produk yang dijual atau disewakan kepada konsumen yang menggunakan mereka. Durasi dan intensitas penggunaan bervariasi dengan produk; handuk kertas digunakan hanya sekali, sedangkan mobil dapat digunakan ribuan kali lebih bertahun-tahun. Dalam semua kasus, bagaimanapun, akhir masa manfaat produk ini mencapai dan itu adalah baik (1) dibuang atau (2) daur ulang. Keberhasilan dari industri total Sistem ekologi dapat diukur sebagian besar oleh sejauh mana bersifat lebih dominan daur ulang lebih pembuangan.
Sektor Pengolahan Limbah
Daur ulang telah menjadi begitu luas dipraktekkan bahwa pengolahan sampah yang sama sekali terpisah sektor sistem ekonomi sekarang dapat didefinisikan terdiri dari perusahaan-perusahaan yang secara khusus menangani pengumpulan, pemisahan, dan pengolahan daur ulang bahan dan distribusi mereka kepada pengguna akhir. Operasi tersebut mungkin sepenuhnya pribadi atau mereka mungkin melibatkan usaha koperasi dengan sektor pemerintah. Mereka sering didorong oleh undang-undang dan peraturan serta insentif ekonomi dan peraturan yang positif untuk daur ulang mereka.
19.4 Metabolisme Industri
Metabolisme industri secara keseluruhan mengikuti arus bahan dan energi dari sumber-sumber awal mereka melalui sistem industri, untuk konsumen, dan mereka pembuangan akhir. Dalam sistem biologi, metabolisme dapat dipelajari di tingkat manapun mulai dari proses molekuler yang terjadi pada sel-sel individual melalui beberapa proses dan siklus metabolisme yang terjadi pada organ individu, dan untuk Proses keseluruhan metabolisme yang terjadi di seluruh organisme. Demikian pula,metabolisme industri dapat diperiksa sebagai unit operasi individu dalam suatu operasi industri, di tingkat pabrik, di tingkat industri, dan global. Untuk Pendekatan ekologi industri, seringkali yang paling berguna untuk melihat metabolisme industri proses di tingkat daerah, cukup besar untuk memiliki sejumlah industri dengan berbagai produk limbah potensial yang dapat digunakan oleh industri lain, tapi kecil cukup untuk memungkinkan transportasi dan pertukaran bahan antara berbagai industri. Untuk meminimalkan polusi, dapat berguna untuk mempertimbangkan unit yang terdiri dari lingkungan domain, seperti cekungan atmosfer atau DAS.
Berbeda dengan proses metabolisme hidup yang terjadi di sistem alam di mana benar produk limbah sangat jarang, metabolisme industri seperti yang sekarang dipraktekkan memiliki yang membingungkan kecenderungan untuk mencairkan, menurunkan, dan menyebarkan bahan ke mana bahwa merekatidak lagi berguna namun masih berbahaya bagi lingkungan. Memang, sampah telah ditetapkan sebagai penggunaan disipatif sumber daya alam. Selain kerugian sederhana dari dilusi dan dispersi dalam lingkungan, bahan dapat hilang dengan diikat di-energi rendah bentuk atau dimasukkan ke dalam bentuk kimia dari mana mereka sangat sulit untuk diambil.
Contoh dari pembuangan material yang mengakibatkan pencemaran lingkungan, sekarang sangat banyak masalah yang berkurang, adalah meluasnya penggunaan timbal dalam tetraethyl lead Antiknock aditif dalam bensin. Hasil bersih dari penggunaan ini adalah memisahkan timbal seluruh lingkungan gas buang mobil, tanpa harapan pemulihan.
Industri Metabolisme dan Biologi Analogi
Analogi yang kuat antara ekosistem alam dan sistem industri yang efisien pertama jelas dinyatakan pada tahun 1989 oleh Frosch dan Gallopoulos dalam sebuah artikel di Scientific Amerika dikutip di bawah Referensi Tambahan. Sebuah ekosistem alami, yang biasanya didorong oleh energi matahari dan fotosintesis, terdiri dari pembentukan organisme yang saling berinteraksi dan lingkungannya di mana bahan-bahan yang dipertukarkan dengan cara sebagian besar siklus. Hal ini dimungkinkan untuk memvisualisasikan analog ekosistem industri di mana bahan diputar, didorong oleh sumber energi.
Hal ini berguna untuk melihat proses metabolisme dari ekosistem alam secara keseluruhan, bukan hanya mengamati setiap organisme individu. Seperti ekosistem alam,ekosistem industri mensintesis zat, sehingga melakukan anabolisme, dan menurunkan zat, sehingga tampil secara analog dengan biologis katabolisme. Biasanya, sejumlah besar bahan, seperti bijih atau minyak sumber, dimetabolisme untuk menghasilkan jumlah yang relatif kecil dari produk jadi itu. Tujuan dari ekosistem industri yang dirancang dengan baik dan dioperasikan adalah untuk melakukan metabolisme industri dengan cara yang paling efisien mungkin sehingga paling mungkin Bahan baku yang digunakan, jumlah maksimum bahan daur ulang melalui sistem, dan kemungkinan penggunaan yang paling efisien terbuat dari energi yang menopang ekosistem industri.
Ekosistem biologis yang ideal melibatkan banyak organisme hidup selaras dengan lingkungan mereka tanpa konsumsi bersih sumber daya atau produksi limbah produk. Satu-satunya input yang diperlukan untuk ekosistem tersebut adalah energi surya. Energi ini ditangkap dan digunakan oleh produsen utama fotosintesis untuk mengubah karbon dioksida, air, dan bahan anorganik lainnya menjadi biomassa. Herbivora mencerna biomassa ini dan menggunakannya untuk energi dan untuk mensintesis biomassa mereka sendiri. Karnivora, yang mungkin ada beberapa tingkatan, mengkonsumsi herbivora, dan rantai makanan ada yang mungkin terdiri dari beberapa tingkatan organisme. Parasit ada di atau organisme lain. Saprophytes dan bakteri dan jamur yang bertanggung jawab untuk kerusakan memanfaatkan dan mendegradasi biomassa, akhirnya mengubahnya kembali ke konstituen anorganik sederhana melalui proses mineralisasi. Hubungan simbiosis dan sinergis berlimpah dalam ekosistem alami. Dengan demikian, suatu ekosistem yang ideal ada tanpa batas dalam kondisi mapan tanpa menyebabkan degradasi bersih lingkungannya.
Sebuah ekosistem alami dapat divisualisasikan sebagai memiliki kompartemen di mana berbagai Saham bahan disi mpan, dihubungkan dengan arus bahan. Contoh seperti kompartemen meliputi tanah, yang adalah gudang nutrisi tanaman; badan air, seperti danau; dan atmosfer, yang adalah gudang karbon dioksida diperlukan untuk fotosintesis. Dalam sebuah ekosistem alami terganggu, jumlah bahan di setiap kompartemen ini masih relatif stabil karena sistem tersebut inheren daur ulang. Sebaliknya, jumlah bahan dalam kompartemen dari sistem industri yang tidak konstan. Waduk bahan baku, seperti esensial mineral, terus berkurang, meskipun dengan penemuan-penemuan baru dari mineral sumber daya, mereka mungkin tampak meningkat. Selain itu, waduk limbah dalam sistem industri terus meningkat karena bahan melintasi sebuah dasarnya satu arah jalan melalui sistem. Sistem industri yang berkelanjutan memaksimalkan daur ulang sehingga jumlah bahan dalam waduk tetap konstan sebanyak mungkin.
Sistem metabolisme biologis mengatur diri sendiri. Pada tingkat organisme individu, regulasi dicapai secara internal oleh biologis peraturan mekanisme, seperti yang mempekerjakan hormon. Pada tingkat ekosistem, regulasi terjadi melalui kompetisi antar organisme untuk sumber daya yang tersedia. Dengan cara analog dengan ekosistem alam, sistem industri dapat dirancang pada prinsipnya untuk beroperasi secara tunak yang sama, idealnya tidak mengkonsumsi terbarukan sumber daya atau memproduksi produk-produk limbah yang tidak berguna. Sistem tersebut dapat mengatur diri sendiri, dengan sistem ekonomi yang beroperasi di bawah hukum penawaran dan permintaan sebagai Mekanisme regulasi.
Perbandingan metabolisme ekosistem alam dengan industri sistem seperti yang biasa ditemui menunjukkan kontras. ini kontras disorot dalam Tabel 19.1
Menarik sebagai ide mungkin terdengar; dalam masyarakat modern dan terutama dalam "dunia ekonomi, "ekosistem industri yang lengkap melakukan metabolisme industri dalam mode ideal tidak praktis atau bahkan diinginkan. Pada dasarnya semua masyarakat yang modern menghasilkan setidaknya satu produk yang diekspor ke luar, dan harus membawa bahan dan sumber energi dari tempat lain. Sebuah model yang lebih realistis dari industri ekosistem adalah satu di mana bahan baku yang diimpor dari luar dan setidaknya satu produk utama yang diekspor dari sistem, tetapi di mana sejumlah perusahaan hidup berdampingan secara sinergis, memanfaatkan produk dan layanan masing-masing untuk saling keuntungan. Dalam sistem seperti itu, biasanya, bahan baku mengalir ke bahan baku utama prosesor, yang mengubah mereka untuk bahan olahan. Materi yang diproses kemudian pergi ke satu atau lebih perakit yang membuat produk untuk distribusi dan penjualan.Terkait dengan perusahaan secara keseluruhan adalah pemasok berbagai bahan, barang, atau jasa, dan prosesor bahan sekunder atau limbah. Untuk memenuhi kriteria ekosistem industri, karena banyak produk sampingan dan limbah mungkin harus dimanfaatkan dan diolah di dalam sistem.
Meskipun sistem industri yang mengatur diri sendiri, mereka tidak selalu begitu dalam cara kondusif untuk keberlanjutan; memang, sebaliknya sering terjadi. diserahkan kepada perangkat mereka sendiri dan beroperasi di bawah prinsip-prinsip ekonomi tradisional, sistem industri cenderung ke arah keadaan keseimbangan atau entropi maksimum yang bahan penting telah dieksploitasi, dijalankan melalui sistem, dan hilang ke lingkungan encer, tidak berguna, bentuk kadang-kadang berbahaya. Suatu pertanyaan inti adalah, Oleh karena itu, skala waktu yang disipasi ireversibel ini dibiarkan terjadi. jika itu adalah beberapa dekade, peradaban modern dalam kesulitan nyata; jika pada skala ribu tahun, ada banyak waktu untuk mengambil tindakan korektif untuk mempertahankan keberlanjutan. Suatu tantangan untuk masyarakat industri modern adalah untuk memodifikasi sistem industri untuk memaksimalkan waktu rentang di mana keberlanjutan dapat dicapai.
19.5 TINGKAT PEMANFAATAN BAHAN
Ada dua yang ekstrim dalam tingkat pemanfaatan bahan dalam sistem industri. Pada tingkat yang paling tidak efisien, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.3 bahan baku dipandang sebagai bahan yang tidak terbatas dan tidak ada pertimbangan yang diberikan untuk membatasi limbah. Pendekatan semacam itu yang khas berkembang pada industri di AS. pada tahun 1800 dan awal 1900-an ketika pandangan yang berlaku adalah bahwa tidak ada batas untuk bijih besi , sumber daya energi fosil, dan jenis lain dari bahan baku, Selanjutnya, secara umum menyatakan bahwa benua memiliki kapasitas tak terbatas untuk menyerap limbah industri.
Jenis kedua dari sistem industri di mana kedua bahan baku dan limbah yang
terbatas pada besar atau lebih kecil sejauh diilustrasikan pada Gambar 19.4. Sistem seperti itu memiliki sirkulasi bahan yang relatif besar dalam sistem industri secara keseluruhan, dibandingkan dengan mengurangi jumlah bahan yang masuk ke sistem dan secara relatif produksi yang lebih rendah dari limbah. Sistem seperti ini khas berkembang di negara-negara industri dan sistem ekonomi modern di mana kekurangan bahan baku dan batas untuk tempat meletakkan sampah sudah mulai dirasakan. Bahkan dengan kendala seperti itu, besar banyaknya bahan yang diekstrak, diproses, dan digunakan juga dibuang ke lingkungan dalam bentuk limbah terkonsentrasi (limbah berbahaya) sehingga kemudian menjadi tersebar. dalam beberapa tahun baru-baru ini, peraturan dan kendala lainnya dari sumber titik polusi dari kegiatan industri telah menurun tajam. Namun, karena volume bahan yang tipis diproses melalui masyarakat industri, polusi disipatif terus menjadi masalah.
Ekosistem industri tanpa bahan masukan dan tidak ada limbah yang digambarkan dalam Gambar 19.5. Arus materi dalam sistem itu sendiri cukup tinggi. Selain itu, kebutuhan energi dari sistem tersebut dapat menjadi lebih tinggi, dan kunci dari fiturnya yang berhasil yaitu pengoperasian yang seringkali berlimpah, sumber utama energi menimbulkan minimal polusi. suatu seperti Sistem merupakan salah satu yang ideal yang tidak pernah direalisasikan dalam praktek, tetapi berfungsi sebagai tujuan berguna sekitar sistem yang lebih praktis dan dapat dicapai serta dapat dijadikan dasar.
19.6. HUBUNGAN DENGAN BIDANG LINGKUNGAN LAINNYA
Setelah ditangani ekologi industri terutama dari sudut pandang antrosfer,
sekarang itu adalah waktu yang tepat untuk mempertimbangkan bagaimana antrosfer dan praktek industrial ekologi yang dipengaruhi oleh empat bidang lain dari lingkungan yaitu atmosfer,hidrosfer, geosfer, dan biosfer. Pengaruh kegiatan industri,
didefinisikan secara luas untuk memasukkan energi dan produksi pertanian serta pembuatan barang dan penyediaan layanan penting, berkisar dari efek kecil sepanjang jalan sampai dengan gangguan utama lingkungan yang dapat menimbulkan ancaman yang signifikan untuk kemampuan bumi dalam mendukung kehidupan. Seperti dari berbagai pengaruh yang sangat lokal terjadi hanya untuk jangka waktu singkat efek global yang memiliki potensi untuk bertahan selama berabad-abad. Contoh dari perubahan akan insiden yang terisolasi air pencemaran oleh bahan organik oksigen digunakan dalam reservoir. Kerusakan ini sering terbatas pada reservoir dan hanya untuk waktu yang relatif singkat waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan limbah dan mengisi pasokan oksigen. Contoh utama dari efek global jangka panjang adalah emisi gas rumah kaca, yang memiliki potensi untuk mengubah seluruh iklim bumi selama ribuan tahun. Efek dari durasi menengah adalah kontaminasi atmosfer dengan ozon kloro fluro karbon (Bab 16, Bagian 16,4), efek yang akan berlangsung selama beberapa dekade setelah rilis zat ini telah dihentikan.Tujuan utama dari ekologi industri, oleh karena itu harus meminimalkan atau menghilangkan efek merugikan dari kegiatan antrosfer pada bidang-bidang lain dari lingkungan. Di luar pelestarian lingkungan, praktek ekologi industri juga harus memperbaiki dan meningkatkan kondisi lingkungan. Di bawah ini adalah utama Kegiatan antrosfer bersama dengan efek potensial mereka terhadap bidang lingkungan lainnya.
Pembakaran bahan bakar fosil Atmosfer:
Efek potensi terbesar adalah pemanasan rumah kaca. Sebagian emisi yang dibakar yaitu hidrokarbon dan oksida nitrogen dapat menyebabkan pembentukan
oksidan fotokimia (asap fotokimia). Curah hujan asam mungkin disebabkan oleh
emisi sulfur oksida dari pembakaran bahan bakar. Kerusakan umum kualitas atmosfer dapat terjadi melalui pengurangan visibilitas.
Hidrosfer: Potensi pencemaran air ada dari air asam tambang, produksi bensin Eum oleh-produk air asin, curah hujan asam, dan pemanasan air yang digunakan untuk pembangkit listrik keren.
Geosfer: Efek potensial terbesar adalah gangguan tanah dari tambang batubara.Biosfer: Kebanyakan efek yang tidak langsung sebagai akibat dari pengaruh di atmosfer, hidrosfer, dan geosfer.
Industri manufaktur dan pengolahan
Atmosfer: Efek potensial Terbesar disebabkan emisi gas, uap, dan partikel. Ini termasuk gas rumah kaca, gas asam, partikel, prekursor untuk pembentukan asap foto-kimia, dan spesies yang berpotensi menguras stratosfer ozon. Hidrosfer: Kegiatan industri dapat mencemari air dengan berbagai polutan. Penggunaan konsumtif air dapat menempatkan tekanan pada pasokan air yang terbatas, terutama di daerah kering. Air yang digunakan untuk pendinginan dapat termal tercemar.
Geosfer: Efek potensial besar dari industri ekstraktif di mana mineral yang ditemukan. Geosfer mungkin terkontaminasi oleh solid dan berbahaya limbah, dan ruang TPA yang tersedia dapat menjadi habis. Biosfer: Pengaruh langsung terbesar adalah dari distribusi zat beracun seperti hasil dari kegiatan industri. Ada juga mungkin efek langsung yang signifikan dihasilkan dari kerusakan atmosfer, hidrosfer, dan geosfer.
Produksi tanaman
Atmosfer : Sebuah efek potensial utama adalah emisi gas rumah kaca sebagai hasil deforestasi dan "tebang dan bakar" pertanian tumbuh lebih tanaman. Jumlah gas metana rumah kaca yang dipancarkan ke atmosfer sebagai akibat dari Bakteri metana menghasilkan tumbuh di sawah. Hidrosfer: jumlah besar air yang digunakan untuk irigasi. Beberapa air hilang oleh transpirasi dari tanaman, dan beberapa oleh infiltrasi air tanah. Air Putih kembali ke hidrosfer dari irigasi mungkin memiliki salinitas terlalu tinggi. Air permukaan dan air tanah dapat terkontaminasi oleh zat padat, pupuk, dan
herbisida dari produksi tanaman.Geosfer: Sebagian besar wilayah geosfer dapat terganggu oleh budidaya untuk menghasilkan tanaman. Humus bisa hilang dari erosi air dan angin. Proper praktek pertanian, seperti pertanian kontur dan pertanian rendah pengolahan, meminimalkan efek ini dan bahkan mungkin meningkatkan kualitas tanah.
Biosfer: Organisme sangat dipengaruhi oleh praktek-praktek pertanian yang dirancang untuk menghasilkan tanaman. Seluruh ekosistem dihancurkan dan diganti dengan yang lain "antrosfer" ekosistem. Efek terbesar pada biosfer adalah hilangnya spesies keragaman dari rusaknya ekosistem alam, dan dari budidaya tanaman yang dihasilkan terbatas.
Produksi Ternak (hewan domestik)
Suasana: Hewan Ruminansia adalah produsen besar gas rumah kaca metana sebagai hasil dari bakteri penghasil metana dalam sistem pencernaan mereka.
Hidrosfer: Produksi ternak membutuhkan sejumlah besar air. Besar
jumlah oksigen memakan limbah yang mungkin mencemari air permukaan yang
diproduksi oleh ternak. Limbah nitrogen dari kotoran dan urine hewan dapat menyebabkan kontaminasi nitrat tanah.
Geosfer: Produksi massa satuan makanan dari sumber ternak membutuhkan
produksi tanaman lebih dari yang diperlukan untuk biji-bijian yang dikonsumsi langsung oleh manusia. Sebuah dorongan utama di balik perusakan hutan hujan telah tumbuh hijauan dan lainnya makanan untuk ternak. Tanah rentang telah memburuk karena penggembalaan.
Biosfer: Efek utama adalah hilangnya keanekaragaman spesies. Hal ini terjadi bahkan di dalam ternak negeri ini di mana praktik peternakan modern yang telah mengakibatkan kehilangan seluruh keturunan ternak. Efek Utama hilangnya keanekaragaman domestik terjadi ketika hewan kloning. Yang paling merusak lingkungan efek aktivitas manusia adalah mereka yang kumulatif. Sebagaimana dicatat sebelumnya, yang paling penting saat ini adalah kemungkinan
akumulasi gas rumah kaca yang memiliki potensi untuk menyebabkan pemanasan global.
Beberapa masalah lingkungan, seperti yang dihasilkan dari emisi
fotokimia asap membentuk polutan ke atmosfer berpotensi dapat balik.
Namun, pada saat pemanasan global telah menunjukkan bahwa akan menjadi
masalah, jika itu ternyata menjadi kasus, kerusakan telah dilakukan, dan sedikit, jika apa-apa, akan dapat membalikkan itu semua.
19.7 Pertimbangan Dampak Lingkungan Dalam Ekologi Industri
Umumnya, produksi industrial mempunyai dampak bagi lingkungan. Setiap kali bahan baku yang diambil, diproses, digunakan, dan akhirnya dibuang, beberapa dampak lingkungan akan terjadi. Dalam merancang suatu sistem ekologi industri, beberapa jenis utama dari dampak lingkungan harus diperhatikan untuk meminimalkan dan menjaga dalam batas yang dapat diterima. Dampak tersebut dan langkah-langkah yang diambil akan dibahas di bawah ini.
Untuk kebanyakan proses industri, yang pertama berdampak untuk lingkungan adalah penggalian bahan baku. Ini menjadi kasus sederhana dari ekstraksi mineral, atau bisa kurang langsung, seperti pemanfaatan biomassa ditanam di hutan atau lahan tanaman. Oleh karena itu, perhatikan dalam memilih jenis material yang akan digunakan. Jika memungkinkan, bahan harus dipilih yang tidak mungkin akan habis di masa mendatang. Sebagai contoh, silika yang digunakan untuk membuat garis yang digunakan untuk serat optik dalam pasokan terbatas dan pilihan yang jauh lebih baik untuk jalur komunikasi dari kawat tembaga yang terbuat dari pasokan terbatas bijih tembaga.
Sistem ekologi industri harus dirancang untuk mengurangi atau bahkan sama sekali menghilangkan emisi polutan di udara. Di antara kemajuan baru-baru ini yang paling menonjol yaitu di daerah terjadi pengurangan dan bahkan penghapusan total emisi pelarut uap (karbon organik volatil, VOC), terutama yang dari pelarut organoklorin. Beberapa kemajuan di daerah ini telah dibuat dengan perangkap yang lebih efektif yaitu pelarut uap. Dalam kasus lain, penggunaan pelarut telah benar-benar dihilangkan. Ini adalah kasus untuk chlorofluorocarbons (CFC), yang tidak lagi digunakan dalam hembusan busa plastik dan pembersihan karena potensi mereka untuk mempengaruhi ozon stratosfer. Emisi polutan udara lain yang harus dihilangkan adalah uap hidrokarbon, termasuk metana, CH, dan oksida nitrogen atau sulfur.
Pembuangan polutan air harus sepenuhnya dihilangkan. Untuk beberapa dekade, sistem pengolahan air yang efisien dan efektif telah digunakan yang meminimalkan pencemaran air. Namun, cara "ujung pipa", jauh lebih diinginkan untuk merancang sistem industri sehingga potensial polutan air bahkan tidak dihasilkan.
Operasi industri harus dirancang untuk mencegah produksi air cair berbasis organik atau limbah berbasis pelarut yang mungkin harus dikirim ke pengolah limbah. Dalam kondisi ini, penyeba terbesar yang disebut "limbah berbahaya" adalah air. Penghapusan air dari aliran limbah secara otomatis mencegah polusi dan mengurangi jumlah limbah yang membutuhkan pembuangan. Pelarut dalam limbah organik sebagian besar merupakan berpotensi didaur ulang atau mudah terbakar. Sebuah ekosistem industri yang dirancang dengan baik tidak memungkinkan limbah tersebut yang akan dihasilkan atau meninggalkan lokasi pabrik.
Selain limbah cair, banyak limbah padat harus dipertimbangkan dalam ekosistem industri. Yang paling merepotkan adalah padatan beracun yang harus ditempatkan di TPA berbahaya limbah. Masalahnya telah menjadi sangat akut di beberapa negara industri di mana ketersediaan ruang TPA sangat terbatas. Dalam pengertian umum, limbah padat hanya sumber daya yang belum dimanfaatkan dengan baik. Kerjasama yang lebih erat antara pemasok, produsen, konsumen, regulator, dan daur ulang dapat meminimalkan jumlah dan bahaya limbah padat.
Setiap kali energi yang dikeluarkan, ada tingkat kerusakan lingkungan. Oleh karena itu, efisiensi energi memiliki prioritas tinggi dalam ekosistem industri yang dirancang dengan baik. Kemajuan yang signifikan telah dibuat di daerah ini dalam beberapa dekade terakhir, sebanyak karena tingginya biaya energi untuk perbaikan lingkungan. Perangkat lebih efisien, seperti motor listrik, dan pendekatan, seperti congeneration listrik dan panas, yang membuat penggunaan terbaik dari sumber daya energi yang sangat disukai. Sebuah sisi manfaat penting dari pemanfaatan energi yang lebih efisien adalah emisi menurunkan polusi udara, termasuk gas rumah kaca.
19.8 TIGA ATRIBUT KUNCI: ENERGI, BAHAN, KERAGAMAN
Dengan analogi dengan ekosistem biologi, ekosistem industri yang sukses harus memiliki (1) energi terbarukan, (2) recyling lengkap bahan, dan (3) spesies keragaman untuk ketahanan terhadap guncangan eksternal. Ketiga karakteristik kunci dari industri ekosistem dibahas di sini.
Energi tak terbatas Energi jelas merupakan bahan utama dari ekosistem industri. Tidak seperti bahan, aliran energi dalam ekosistem bahkan industri yang seimbang tertutup pada dasarnya satu arah energi yang masuk dalam bentuk terkonsentrasi, sangat bermanfaat, seperti kimia energi dalam gas alam, dan daun dalam encer, membubarkan bentuk sebagai limbah panas. Sebuah pengecualian adalah energi yang tersimpan dalam bahan. Hal ini bisa dalam bentuk energi yang dapat diperoleh dari bahan, seperti dengan membakar ban karet, atau bisa di bentuk apa yang bisa disebut "kredit energi," yang berarti bahwa dengan menggunakan materi dalam bentuk halus yang, energi tidak dikonsumsi dalam membuat materi dari yang prekursor bahan baku. Sebuah contoh utama dari hal ini adalah "energi kredit" dalam logam, seperti yang terjadi di logam aluminium, yang dapat disempurnakan menjadi objek aluminium baru membutuhkan hanya sebagian kecil dari energi yang dikonsumsi untuk memperbaiki logam dari aluminium bijih. Di sisi lain, daur ulang dan reklamasi beberapa bahan dapat memerlukan banyak energi, dan konsumsi energi dari ekosistem industri yang baik tertutup dapat agak tinggi. Mengingat elemen yang diperlukan, bahan dapat dibuat jika jumlah yang cukup energi tersedia. Kebutuhan energi utama adalah sumber yang melimpah dan kualitas tinggi, yang dapat digunakan secara efisien, dan yang tidak menghasilkan produk sampingan yang tidak dapat diterima. Meskipun energi yang pada akhirnya hilang dari ekosistem industri, mungkin pergi melalui dua atau lebih tingkat penggunaan sebelum terbuang. Contoh ini akan menjadi energi dari gas alam dibakar di dalam turbin dihubungkan ke generator, gas buang digunakan untuk menghasilkan uap dalam pembangkit listrik untuk menjalankan turbin uap, dan relatif dingin uap dari turbin yang digunakan untuk bangunan panas.
Ekosistem alam berjalan di terbatas, energi terbarukan dari matahari atau, dalam beberapa kasus khusus, dari sumber geokimia. Ekosistem industri yang sukses harus juga memiliki sumber energi yang tidak sangat terbatas oleh pasokan atau potensial untuk kerusakan lingkungan agar dapat dipertahankan untuk waktu yang tidak terbatas. Pilihan yang jelas untuk sebuah sumber energi tampaknya akan menjadi energi surya. Namun, sumber surya menimbulkan masalah tangguh, tidak sedikit yang adalah bahwamereka bekerja buruk selama waktu hari dan musim tahun ketika matahari tidak bersinar. Bahkan dalam kondisi optimal, energi surya memiliki daya rendah density memerlukan pengumpulan dan distribusi sistem skala belum pernah terjadi sebelumnya jika mereka akan menggantikan sumber energi fosil ini. Sumber terbarukan lainnya, seperti angin, pasang surut, panas bumi, biomassa, tenaga air dan tantangan serupa hadir. Sangat mungkin, karena itu, bahwa sumber energi fosil akan memberikan bagian besar dari energi ekosistem industri di masa mendatang. Ini mengasumsikan bahwa cara dapat ditemukan untuk mengelola gas rumah kaca. Pada saat ini, tampak bahwa suntikan karbon dioksida dari pembakaran ke daerah laut dalam adalah satu-satunya alternatif untuk penyerapan karbon dioksida, dan pendekatan ini tetap merupakan teknologi yang belum terbukti dalam skala besar. (Salah satu potensi masalah adalah bahwa sedikit peningkatan pH air laut dari sekitar 1/10 pH Unit dapat merugikan banyak organisme yang hidup di laut. Kekuatan fusi nuklir tetap menjadi kemungkinan menggiurkan untuk energi tak terbatas, tapi reaktor fusi nuklir sejauh praktis untuk pembangkit listrik telah terbukti sulit dipahami Target. Menarik karena banyak, hanya tertentu, ramah lingkungan sumber energi yang dapat tanpa pertanyaan memenuhi kebutuhan energi industri modern sistem ekologi adalah energi fisi nuklir. Dengan reaktor peternak yang dapat menghasilkan bahan fisi tambahan dari persediaan pada dasarnya terbatas uranium-238, fisi nuklir dapat memenuhi kebutuhan energi umat manusia di masa mendatang. Dari Tentu saja, ada masalah dengan fisi nuklir lebih politik dan peraturan dari teknis. Solusi untuk masalah ini tetap menjadi tantangan utama bagi manusia di era modern.
Ekologi Industri dan Material Resources Sebuah sistem ekologi industri berhasil jika mengurangi permintaan bahan dari sumber perawan. Strategi untuk mengurangi penggunaan bahan mungkin didorong oleh teknologi, oleh ekonomi, atau dengan peraturan. Empat cara utama di mana konsumsi bahan dapat dikurangi adalah (1) menggunakan kurang bahan untuk aplikasi tertentu, pendekatan disebut dematerialisasi; (2) substitusi yang relatif lebih banyak dan aman materi untuk satu yang langka atau beracun; (3) daur ulang, didefinisikan secara luas; dan (4) ekstraksi bahan berguna dari limbah, kadang-kadang disebut pertambangan limbah. Ini empat aspek pemanfaatan bahan efisien diuraikan dalam bagian ini.
Dematerialisasi Ada contoh banyak baru-baru ini menggunakan mengurangi bahan untuk spesifik aplikasi. Salah satu contoh dematerialisasi adalah transmisi yang lebih besar listrik beban listrik dengan kawat tembaga kurang dengan menggunakan tegangan yang lebih tinggi pada jarak jauh jalur transmisi. Tembaga juga digunakan jauh lebih efisien untuk komunikasi transmisi daripada di hari-hari awal telegrafi dan komunikasi telepon. Jumlah perak yang digunakan per rol film fotografi telah menurun secara signifikan ditahun terakhir. Lapisan timah berlapis ke permukaan "kaleng" digunakan untuk makanan pelestarian dan penyimpanan jauh lebih rendah sekarang daripada beberapa dekade lalu. Di Menanggapi kebutuhan ekonomi bahan bakar yang lebih besar, jumlah bahan yang digunakan dalam mobil telah menurun secara signifikan selama 2 dekade terakhir, tren terbalik, Sayangnya, dengan meningkatnya popularitas yang lebih baru dari besar "sport utility kendaraan. "baterai penyimpanan mobil sekarang menggunakan lebih sedikit memimpin untuk jumlah yang sama kapasitas daripada yang mereka lakukan di tahun-tahun sebelumnya. Beralih dari 6-volt ke 12-volt otomatis baterai pada tahun 1950 memungkinkan penggunaan kabel yang lebih ringan, seperti dari baterai starter listrik. Agak kemudian, perubahan ke ban radial baja berikat diaktifkan penggunaan ban lebih ringan dan menghasilkan sangat meningkat tahan ban sehingga jauh lebih sedikit karet digunakan untuk ban. Salah satu contoh dematerialisasi yang paling sering dikutip adalah bahwa yang dihasilkan dari perubahan dari tabung vakum untuk perangkat sirkuit solid state. Sebenarnya, ini konversi harus dianggap sebagai substitusi bahan, seperti transistor diganti vakum tabung, diikuti oleh penurunan massa spektakuler seperti teknologi sirkuit solid state canggih. Dematerialisasi dapat diharapkan untuk melanjutkan kemajuan teknis, beberapa cepat dan spektakuler, yang lain lambat dan bertahap, terus dilakukan. Beberapa industri memimpin jalan keluar dari kebutuhan. Berat pesawat selalu memainkan peran penting dalam menentukan kinerja, sehingga sektor manufaktur pesawat adalah salah satu pemimpin di dematerialisasi. Substitusi BahanPergantian dan dematerialisasi pendekatan melengkapi mengurangi bahan digunakan. Penggantian komponen solid state untuk tabung vakum elektronik dan pengurangan menyertainya dalam jumlah materi telah dikutip. Itu substitusipolyvinylchloride (PVC) berpihak di tempat kayu di rumah telah menghasilkan di dematerialisasi dalam jangka panjang karena berpihak plastik tidak memerlukan cat. Teknologi dan ekonomi gabungan telah faktor utama dalam bahan substitusi. Sebagai contoh, teknologi untuk membuat pipa PVC untuk air dan tiriskan baris telah memungkinkan penggunaan di tempat yang lebih mahal besi cor, tembaga, dan bahkan menyebabkan pipa
(Dalam kasus terakhir, toksisitas dari kontaminasi timbal air juga merupakan faktor menjadi dianggap). Sebuah substitusi yang sangat signifikan yang telah terjadi selama beberapa dekade terakhir adalah bahwa dari aluminium tembaga dan zat lainnya. Tembaga, meskipun tidak strategis singkat sumber daya logam, namun tidak salah satu logam lebih banyak dalam kaitannya dengan permintaan untuk itu. Mengingat kelimpahan di geosfer dan sumber seperti batubara abu, aluminium merupakan logam yang sangat melimpah. Sekarang aluminium digunakan di tempat tembaga di banyak tegangan tinggi aplikasi transmisi listrik. Aluminium juga digunakan di tempat kuningan, paduan yang mengandung tembaga, dalam beberapa aplikasi. Aluminium atap pengganti tembaga dalam konstruksi bangunan. Kaleng aluminium yang digunakan untuk minuman di tempat kaleng baja berlapis timah. Ada sejumlah subsitutions bahan kimia dalam beberapa tahun terakhir, banyak mereka didorong oleh keprihatinan lingkungan dan peraturan yang dihasilkan dari mereka keprihatinan. Salah satu yang lebih besar dari ini telah menjadi substitusi hidroklorofluorokarbon (HCFC) dan hidrofluorokarbon (HFC) untuk chlorofluorocarbons (Freon atau CFC) didorong oleh keprihatinan atas penipisan ozon stratosfer. Substitusi pelarut Nonhalogenated, superkritis karbon dioksida cairan, dan bahkan air dengan aditif yang tepat untuk pelarut hidrokarbon diklorinasi akan terus sebagai masalah lingkungan atas pelarut ini meningkat. Substitusi untuk bahan kimia yang mengandung logam berjanji untuk mengurangi biaya dan toksisitas. Salah satu substitusi seperti yang telah sangat mengurangi kemungkinan memimpin keracunan adalah penggunaan pigmen berbasis titanium di tempat timbal untuk cat putih. Di Selain timbal, kadmium, kromium, dan seng juga digunakan dalam pigmen, dan substitusi pigmen organik untuk logam ini di cat telah mengurangi risiko toksisitas. Tembaga, kromium, dan arsen digunakan dalam diperlakukan kayu (CCA kayu). Karena toksisitas arsenik, terutama, akan dianjurkan untuk mengembangkan pengganti logam ini dalam kayu. Perlu menunjukkan, bagaimanapun, bahwa produksi praktis tidak bisa dihancurkan CCA kayu telah mengakibatkan penggunaan jauh lebih sedikit dari kayu, dan memiliki diselamatkan bahan dan energi yang dibutuhkan untuk mengganti kayu yang telah membusuk atau menjadi rusak oleh rayap.
Daur Ulang Untuk ekosistem industri yang benar dan lengkap, hampir 100% daur ulang bahan harus diwujudkan. Pada prinsipnya, mengingat pasokan yang terbatas dari semua elemen yang diperlukan dan energi yang melimpah, daur ulang pada dasarnya lengkap dapat dicapai. Tujuan utama dari ekologi industri adalah untuk mengembangkan teknologi yang efisien untuk daur ulang yang mengurangi kebutuhan bahan perawan ke tingkat serendah mungkin. Tujuan lain harus untuk menerapkan perubahan proses yang menghilangkan penggunaan disipatif zat beracun, seperti logam berat, yang tidak biodegradable dan yang menimbulkan ancaman bagi lingkungan ketika mereka dibuang. Untuk pertimbangan daur ulang, materi dapat dimasukkan ke dalam empat kategori yang terpisah. Yang pertama ini terdiri dari unsur-unsur yang terjadi berlimpah dan alami dalam dasarnya jumlah tak terbatas dalam konsumsi produk-produk. Makanan adalah yang paling produk konsumsi. Sabun dikonsumsi untuk membersihkan tujuan, dibuang ke bawah drain, diendapkan sebagai garam kalsium yang tidak larut, maka akhirnya dibiodegradasi. Bahan di Kategori ini didaur ulang dibuang ke lingkungan dan daur ulang melalui proses alami atau sangat aplikasi-nilai yang rendah, seperti lumpur limbah yang digunakan sebagai pupuk di tanah. Kategori kedua bahan daur ulang terdiri dari unsur-unsur yang tidak pasokan pendek, tetapi dalam bentuk yang sangat setuju untuk daur ulang. Kayu merupakan salah satu komoditas tersebut. Setidaknya sebagian dari kayu yang diambil dari bangunan yang sedang dihancurkan bisa dan harus didaur ulang. Contoh terbaik dari jenis komoditas di kelas ini adalah kertas. Serat kertas dapat didaur ulang hingga lima kali, dan sifat kertas tersebut bahwa itu mudah didaur ulang. Lebih dari 1/3 dari produksi kertas dunia saat ini dari daur ulang sumber, dan fraksi yang melebihi 50% dalam beberapa berikutnya dekade. Dorongan utama untuk daur ulang kertas tidak kekurangan kayu untuk membuat kertas perawan, melainkan kekurangan ruang TPA untuk limbah kertas. Kategori ketiga daur ulang terdiri dari elemen-elemen, sebagian besar logam, untuk yang sumber daya dunia yang rendah. Kromium dan kelompok platinum logam mulia adal ah contoh dari unsur-unsur tersebut. Insentif maksimum yang diberikan untuk mendaur ulang, terutama melalui mekanisme harga yang lebih tinggi, ada kemungkinan bahwa sumber perawan logam ini dapat membuat setiap kekurangan tidak bertemu dengan mendaur ulang di masa mendatang. Kategori keempat bahan untuk mempertimbangkan untuk daur ulang terdiri dari bagian dan apart, seperti suku cadang mobil dibahas sebelumnya. Dalam banyak kasus, bagian tersebut dapat diperbaharui dan digunakan kembali. Bahkan ketika hal ini tidak terjadi, deposito moneter substansial dikumpulkan dari pelanggan pada saat pembelian dapat memberikan insentif untuk daur ulang. Untuk komponen yang akan didaur ulang secara efisien dan mudah, mereka harus dirancang dengan menggunakan kembali dalam pikiran dalam aspek seperti pembongkaran lancar. Pendekatan seperti telah disebut "Desain untuk lingkungan," DFE, dan dibahas secara lebih rinci dalam Bagian 19.10.Pembakaran untuk menghasilkan energi bisa menjadi bentuk daur ulang. Untuk beberapa jenis bahan, pembakaran di pembangkit listrik yang paling hemat biaya dan ramah lingkungan cara yang aman untuk menangani bahan. Hal ini berlaku, misalnya, sampah kota yang berisi nilai energi yang signifikan karena bahan yang mudah terbakar di dalamnya serta berbagai item yang berpotensi didaur ulang untuk bahan di dalamnya. Akan Tetapi, sekali barang-barang tersebut menjadi campuran dalam sampah kota dan terkontaminasi dengan kotoran, cara terbaik berurusan dengan mereka hanya pembakaran. Perlu dicatat bahwa daur ulang datang dengan mengatur sendiri lingkungan keprihatinan. Salah satu yang terbesar di antaranya adalah kontaminasi bahan daur ulang dengan zat beracun. Dalam beberapa kasus, oli motor, terutama yang dikumpulkan dari individu sektor konsumer, dapat terkontaminasi dengan pelarut organohalide dan lainnya kotoran merepotkan. Wadah makanan mengambil berbagai kontaminan dan, sebagai Akibatnya, plastik daur ulang umumnya tidak dianggap sebagai bahan yang baik untuk makanan aplikasi. Zat bisa menjadi begitu dicampur dengan penggunaan bahwa daur ulang tidak praktis. Hal ini terjadi terutama dengan serat sintetis, tapi mungkin ada masalah dengan plastik, kaca, dan jenis lain dari bahan daur ulang.
Ekstraksi Bahan Berguna dari Limbah Kadang-kadang disebut pertambangan limbah, ekstraksi bahan yang bermanfaat dari limbah memiliki beberapa signifikan, potensi sebagian besar belum direalisasi untuk pengurangan penggunaan perawan bahan bahan. Pertambangan limbah sering dapat mengambil keuntungan dari biaya yang tentu harus terjadi dalam mengobati limbah, seperti gas buang. Sulfur adalah salah satu contoh terbaik dari bahan yang sekarang umum pulih dari limbah. Sulfur merupakan konstituen dari semua batubara dan dapat pulih dari gas buang yang dihasilkan oleh pembakaran batubara. Ini tidak akan biaya-efektif untuk menggunakan gas buang hanya sebagai sumber sulfur. Namun, karena penghapusan sulfur dioksida dari gas buang kini diwajibkan oleh peraturan, penambahan biaya kembali belerang sebagai komoditas, bukan hanya membuang itu, dapat membuat sulfur pemulihan ekonomi layak. Ada beberapa keuntungan untuk memulihkan sumber yang berguna dari limbah. Salah satu ini adalah mengurangi kebutuhan untuk mengekstrak sumber daya dari sumber utama. Sehubungan Dengan Itu, setiap kilogram belerang pulih dari gas buang berarti satu kg kurang belerang yang harus diambil dari sumber-sumber bijih belerang. Dengan menggunakan sumber-sumber limbah, primer
Sumber dipertahankan untuk penggunaan masa depan. Keuntungan lain adalah bahwa ekstraksi sumber daya dari aliran limbah dapat mengurangi toksisitas atau potensi kerusakan lingkungan dari aliran limbah. Penghapusan sampingan arsenik dari residu penyulingan beberapa logam yang terjadi dengan arsenik secara signifikan mengurangi toksisitas dan potensi kerusakan lingkungan oleh limbah. Abu batubara, residu yang tersisa setelah pembakaran batubara untuk pembangkit listrik, dapat digunakan sebagai sumber zat besi (Ferrosilicon), silikon, dan aluminium, dan mungkin beberapa elemen lain juga. Sebuah Keuntungan menggunakan abu batubara dalam aplikasi tersebut adalah bentuk fisiknya. Bagi kebanyakan listrik aplikasi, batubara pakan digiling halus, sehingga abu adalah dalam bentuk bubuk. Ini berarti bahwa abu batubara sudah dalam bentuk fisik yang paling setuju untuk pengolahan untuk produk sampingan pemulihan. Untuk bahan baku batubara tertentu, abu batubara homogen, yang menawarkan beberapa keuntungan yang pasti dalam pengolahan dan sumber daya pemulihan. Yang ketiga keuntungan dari abu batubara adalah bahwa hal itu anhidrat, sehingga tidak ada energi tambahan perlu dikeluarkan dalam menghilangkan air dari bijih. Keanekaragaman dan Karakter Kuat dari Ekosistem Industri
Ekosistem alami yang sukses sangat beragam, sebagai konsekuensi dari yang mereka
juga sangat kuat. Ketahanan berarti bahwa jika salah satu bagian dari sistem terganggu, ada orang lain yang dapat mengambil tempatnya. Pertimbangkan apa yang terjadi jika jumlah top predator di puncak rantai makanan dalam ekosistem alam sangat berkurang karena penyakit. Jika sistem ini seimbang, predator lain atas tersedia untuk
mengambil tempatnya. Sektor energi ekosistem industri sering menderita dari kurangnya ketahanan. Contoh kerentanan energi telah menjadi jelas dengan beberapa "krisis energi" selama sejarah. Persyaratan lain dari sistem ekologi industri yang sehat yang rentan di beberapa masyarakat adalah air. Di beberapa wilayah di dunia, baik kuantitas dan kualitas air yang sangat terbatas. Kurangnya swasembada pangan contoh ketiga kerentanan. Vulnerabililty dalam makanan dan air keduanya sangat tergantung pada iklim, yang pada gilirannya terkait dengan masalah lingkungan secara keseluruhan.
19.9 HIDUP SIKLUS: MENGEMBANGKAN DAN MENUTUP MATERI LOOP
Dalam pengertian umum, pandangan tradisional pemanfaatan produk adalah proses satu cara ekstraksi ® production ® consumption ® disposal ditampilkan di bagian atas Gambar 19.6. Bahan yang diekstrak dan dimurnikan dimasukkan ke dalam produksi barang-barang yang berguna, biasanya dengan proses yang menghasilkan besar quant-tanggung limbah oleh-produk. Setelah produk usang, mereka dibuang. Hasil jalan dasarnya satu arah ini dalam eksploitasi relatif besar sumber daya, seperti bijih logam, dan akumulasi konstan limbah. Seperti yang ditunjukkan di bagian bawah Gambar 19.6, namun, satu arah jalan yang diuraikan di atas dapat menjadi siklus yang diproduksi barang yang digunakan, kemudian didaur ulang di akhir hidup mereka rentang. Sebagai
Angka 19.6 satu arah jalur pemanfaatan konvensional sumber daya untuk membuat barang-barang manufaktur diikuti dengan pembuangan bahan dan barang di akhir mengkonsumsi sejumlah besar bahan dan membuat sejumlah besar limbah (atas). Dalam sebuah ekosistem industri yang ideal (bawah), loop tertutup dan produk menghabiskan didaur ulang ke tahap produksi. salah satu aspek dari sistem siklik seperti itu, sering berguna bagi produsen untuk bertanggung jawab atas produk mereka, untuk mempertahankan Idealnya, dalam sistem seperti produk atau materi di dalamnya akan memiliki siklus hidup yang tidak pernah berakhir "kepengurusan."; saat masa pakainya habis, itu adalah baik diperbaharui atau dikonversi menjadi produk lain.
Dalam mempertimbangkan siklus hidup, penting untuk dicatat commerce yang dapat dibagi menjadi dua kategori besar produk dan jasa. Sedangkan kegiatan komersial yang paling digunakan untuk berkonsentrasi pada penyediaan jumlah besar barang dan produk, permintaan sebagian besar telah puas untuk beberapa segmen dari populasi, dan ekonomi kaya bergerak lebih ke sistem layanan berbasis. Sebagian besar perdagangan yang diperlukan untuk masyarakat modern terdiri dari campuran jasa dan barang. Kecenderungan menuju ekonomi layanan menawarkan dua keunggulan utama sehubungan dengan minimisasi limbah. Jelas, layanan murni melibatkan bahan kecil, dan penyedia layanan berada dalam posisi yang jauh lebih baik untuk mengendalikan bahan-bahan untuk memastikan bahwa mereka daur ulang dan mengendalikan limbah, memastikan pembuangan mereka. Contoh sering dikutip adalah bahwa mesin fotokopi. Mereka menyediakan layanan, dan mesin fotokopi banyak digunakan memerlukan pemeliharaan sering dan pembersihan. Bagian-bagian dari mesin tersebut dan bahan habis pakai, seperti kartrid toner, terdiri dari bahan-bahan yang pada akhirnya akan harus dibuang atau didaur ulang. Dalam hal ini, sering masuk akal untuk penyedia sewa mesin untuk pengguna, mengambil tanggung jawab untuk pemeliharaan dan nasib akhir. Idenya bahkan bisa diperluas untuk mencakup daur ulang dari kertas diproses oleh mesin fotokopi, dengan penyedia mengambil tanggung jawab untuk kertas daur ulang diproses oleh mesin.
Hal ini biasanya sulit untuk mendaur ulang produk atau bahan dalam, industri relatif sempit tunggal. Dalam kebanyakan kasus, untuk menjadi praktis, daur ulang harus dilakukan pada skala yang lebih besar dari sekedar itu dari industri tunggal atau produk. Misalnya, plastik daur ulang yang digunakan dalam botol minuman ringan untuk membuat botol minuman ringan baru tidak diperbolehkan karena kemungkinan kontaminasi. Namun, plastik dapat digunakan sebagai bahan baku untuk suku cadang mobil. Biasanya, perusahaan yang berbeda yang terlibat dalam pembuatan bagian botol minuman ringan auto dan.
Stewardship Produk
Sejauh mana produk daur ulang sangat dipengaruhi oleh tahanan dari produk. Sebagai contoh, baterai yang mengandung kadmium atau merkuri menimbulkan masalah polusi yang signifikan ketika mereka dibeli oleh publik; digunakan dalam berbagai perangkat, seperti kalkulator dan kamera; kemudian dibuang melalui sejumlah saluran, termasuk sampah kota. Namun, ketika baterai tersebut digunakan dalam satu organisasi, adalah mungkin untuk memastikan bahwa hampir semua dari mereka dikembalikan untuk daur ulang. Dalam kasus seperti ini, sistem pengelolaan dapat dibuat di mana pemasar dan produsen latihan tingkat kontrol yang tinggi dari produk. Hal ini dapat dilakukan melalui beberapa cara. Salah satunya adalah untuk produsen untuk mempertahankan kepemilikan produk, seperti yang biasa dilakukan dengan mesin fotokopi. Mekanisme lain adalah satu di mana bagian penting dari harga pembelian akan dikembalikan untuk trade-in dari item yang dihabiskan. Pendekatan ini bisa bekerja dengan baik dengan baterai yang mengandung kadmium atau merkuri. Harga beli yang normal bisa dua kali lipat, maka diskon setengah dengan trade-in baterai yang dihabiskan.
Tertanam Utilitas
Gambar 19.7 dapat dianggap sebagai "energi / bahan piramida" menunjukkan bahwa jumlah energi dan bahan yang terlibat penurunan terjadi dari bahan baku ke produk jadi. Implikasi dari diagram ini adalah bahwa secara signifikan lebih sedikit energi, dan bahan tentu saja tidak lebih, yang terlibat ketika daur ulang dilakukan di dekat bagian atas rantai aliran bahan daripada dekat bagian bawah.
Gambar 19.7 Sebuah rantai aliran material atau energi / bahan piramida. Kurang energi dan bahan yang terlibat ketika daur ulang dilakukan menjelang akhir rantai aliran, sehingga mempertahankan utilitas tertanam.
Untuk memberikan contoh sederhana, energi yang relatif sedikit yang diperlukan untuk mengembalikan botol minuman kaca dari konsumen untuk pembotolan, sedangkan kembali botol untuk produsen kaca di mana ia harus dilebur dan refabricated sebagai wadah kaca jelas mengambil sejumlah besar energi.
Dari sudut pandang termodinamika, produk akhir relatif lebih teratur dan hal ini tentunya lebih bermanfaat untuk tujuan yang telah ditetapkan. Semakin besar kegunaan dan energi yang lebih rendah persyaratan untuk produk daur ulang yang lebih tinggi dalam urutan aliran material disebut utilitas tertanam. Salah satu tujuan utama dari sistem ekologi industri dan, oleh karena itu, salah satu alasan utama untuk melakukan penilaian siklus hidup adalah untuk mempertahankan utilitas yang tertanam dalam produk dengan tindakan seperti daur ulang sebagai dekat dengan akhir aliran material mungkin , dan mengganti hanya komponen-komponen sistem yang aus atau usang. Salah satu contoh yang terakhir terjadi pada 1960-an ketika efisien dan aman mesin turboprop yang dipasang masih-diservis airframes pesawat komersial untuk menggantikan mesin piston yang kompleks, sehingga memperpanjang masa pakai pesawat dengan satu dekade atau lebih.
19.10 PENILAIAN SIKLUS HIDUP
Sejak awal, ekologi industri harus mempertimbangkan proses desain / produk di pengelolaan bahan, termasuk nasib akhir dari bahan ketika mereka dibuang. Produk dan bahan-bahan di dalamnya harus dikenakan keseluruhan siklus hidup penilaian atau analisis. Sebuah penilaian siklus hidup berlaku untuk produk, proses, dan jasa melalui seluruh siklus hidup mereka dari ekstraksi bahan bakutembus manufaktur, distribusi, dan penggunaan terakhir mereka dari sudut pandang menentukan, mengukur, dan akhirnya meminimalkan dampak lingkungan mereka. Saya memperhitungkan manufaktur, distribusi, penggunaan, daur ulang, dan pembuangan. Siklus hidup Penilaian ini sangat berguna dalam menentukan manfaat lingkungan relatif produk dan layanan alternatif. Di tingkat konsumen, ini bisa terdiri dari Evaluasi kertas dibandingkan gelas styrofoam minum. Pada skala industri, siklus hidup Penilaian dapat melibatkan evaluasi nuklir dibandingkan energi fosil berbasis listrik pembangkit listrik.
Langkah dasar dalam analisis siklus hidup adalah analisis persediaan yang menyediakan kualitatif dan informasi kuantitatif mengenai konsumsi bahan dan energi sumber daya (pada awal siklus) dan rilis ke hidrosfer, hidrosfer, geosfer, dan suasana (selama atau pada akhir siklus). Hal ini didasarkan pada berbagai bahan siklus dan anggaran, dan mengkuantifikasi bahan dan energi yang dibutuhkan sebagai masukan dan manfaat dan kewajiban yang ditimbulkan oleh produk. Daerah terkait dampak analisis memberikan informasi tentang jenis dan tingkat dampak lingkungan dihasilkan dari siklus hidup lengkap produk atau kegiatan. . Setelah lingkungan dan dampak sumber daya telah dievaluasi, adalah mungkin untuk melakukan perbaikan analisis untuk menentukan langkah-langkah yang dapat diambil untuk mengurangi dampak pada lingkungan atau sumber daya.
Dalam membuat analisis siklus hidup berikut harus diperhatikan:
• Jika ada pilihan, pemilihan jenis bahan yang akan meminimalkan limbah
• Jenis bahan yang dapat digunakan kembali atau didaur ulang
• Komponen yang dapat didaur ulang
• jalur alternatif untuk proses manufaktur atau untuk berbagai bagian dari itu
Meskipun analisis siklus hidup lengkap mahal dan memakan waktu, dapat menghasilkan imbal hasil yang signifikan dalam menurunkan dampak lingkungan, konservasi sumber daya alam, dan mengurangi biaya. Hal ini terutama berlaku jika analisis dilakukan pada tahap awal pengembangan produk atau jasa. Peningkatan teknik komputerisasi yang membuat kemajuan signifikan dalam kemudahan dan efektivitas analisis siklus hidup. Sampai saat ini, Penilaian siklus hidup telah sebagian besar terbatas pada bahan-bahan sederhana dan produk seperti kain dapat digunakan kembali vs popok sekali pakai kertas. Tantangan utama saat ini adalah untuk memperluas upaya ini untuk produk yang lebih kompleks dan sistem seperti pesawat atau produk elektronik.
Penjajakan Hidup-Pengkajian Siklus
Langkah awal yang sangat penting dalam penilaian siklus hidup yang scoping proses dengan menentukan batas waktu, ruang, materi, proses, dan produk-produk yang harus dipertimbangkan. Pertimbangkan sebagai contoh pembuatan bagian-bagian yang dibilas dengan pelarut organoklorin di mana beberapa pelarut hilang oleh penguapan ke atmosfer, dengan tinggal di bagian, selama distilasi dan pemurnian proses yang pelarut dibuat cocok untuk daur ulang, dan dengan pembuangan limbah pelarut yang tidak dapat dimurnikan. Ruang lingkup penilaian siklus hidup dapat dibuat sangat sempit dengan membatasi untuk proses seperti itu ada. Penilaian dapat dibuat dari kerugian pelarut, dampak kerugian ini, dan sarana untuk mengurangi kerugian, seperti mengurangi emisi pelarut ke atmosfer dengan pemasangan aktif udara karbon filter atau mengurangi kerugian selama pemurnian dengan menggunakan distilasi lebih efisien proses. Sebuah penilaian siklus hidup yang lebih luas scoped akan mempertimbangkan alternatif untuk pelarut organoklorin. Sebuah lingkup yang lebih luas akan mempertimbangkan apakah bagian bahkan perlu dibuat-apakah ada alternatif untuk menggunakan mereka?
19.11 KONSUMSI, DAUR ULANG, DAN PERAWATAN PRODUK
Dalam ekologi industri, sebagian besar perawatan dari analisis siklus hidup membuat perbedaan antara produk konsumsi, yang pada dasarnya digunakan dan tersebar ke lingkungan selama siklus hidup mereka dan perawatan atau produk tahan lama, yang pada dasarnya tetap dalam bentuk aslinya setelah digunakan. Bensin jelas merupakan produk konsumsi, sedangkan mobil di mana ia dibakar adalah produk layanan. Hal ini berguna, namun, untuk menentukan kategori ketiga produk yang jelas menjadi "usang" bila digunakan untuk tujuan mereka, tetapi besar tetap tersebar ke lingkungan. Oli motor yang digunakan dalam mobil merupakan zat asli yang sebagian besar tetap menjadi bahan asli setelah digunakan. Kategori seperti bahan sererti ini dapat disebut komoditas daur ulang.
KARAKTERISTIK YANG DIINGINKAN OLEH KONSUMEN
Produk-produk Konsumsi termasuk deterjen, sabun tangan, kosmetik, kaca mobil, mesin cuci, pupuk, pestisida, toner printer laser, dan semua bahan lain yang tidak mungkin untuk merebut kembali setelah mereka digunakan. Implikasi lingkungan dari penggunaan bahan habis pakai banyak dan mendalam. Pada akhir 1960-an dan awal 1970-an, misalnya, surfaktan nondegradable dalam deterjen menyebabkan berbusa parah dan masalah estetika di pabrik pengolahan air limbah dan keluar, dan membangun fosfat dalam deterjen mendorong pertumbuhan alga yang berlebihan dalam perairan, sehingga kondisi ini dikenal sebagai eutrofikasi. Timbal dalam konsumsi bensin bertimbal secara luas tersebar ke lingkungan ketika bensin dibakar. Masalah-masalah ini kini telah diperbaiki dengan penerapan deterjen bebas fosfat menggunakan surfaktan biodegradable dan penggunaan wajib bensin tanpa timbal.
Karena mereka ditakdirkan untuk tersebar ke lingkungan, bahan habis pakai harus memenuhi beberapa "ramah lingkungan" kriteria, diantaranya sebagai berikut:
• Degradasi. Hal ini biasanya berarti biodegradasi, seperti dalam rumah tangga yang konstituen deterjen yang terjadi di pabrik pengolahan limbah dan lingkungan. Degradasi kimia juga dapat terjadi.
• Nonbioaccumulative. Zat buruk biodegradable lipid-larut, seperti DDT dan PCB, cenderung menumpuk dalam organisme dan akan diperbesar melalui rantai makanan. Karakteristik ini harus dihindari dalam zat habis.
• Beracun. Sedapat mungkin, habis tidak boleh beracun dalam konsentrasi yang organisme kemungkinan akan terkena mereka. Selain mereka tidak menjadi akut beracun, bahan habis pakai tidak harus mutagenik, karsinogenik, atau teratogenik (cacat lahir penyebab).
KARAKTERISTIK BARANG DAUR ULANG YANG DIINGINKAN
Daur ulang digunakan di sini untuk menggambarkan bahan yang tidak digunakan dalam seperti deterjen atau toner mesin fotokopi yang dikonsumsi, tetapi item tidak tahan lama. Daur ulang dapat terdiri dari berbagai zat kimia dan formulasi. Para hidroklorofluorokarbon (HCFC) digunakan sebagai cairan pendingin termasuk dalam kategori ini, seperti halnya etilena glikol dicampur dengan air dalam mesin mobil formulasi antibeku / antiboil (meskipun jarang daur ulang dalam praktek).
Sejauh mungkin, daur ulang harus meminimalisir bahaya terhadap racun, mudah terbakar, dan bahaya lainnya. Sebagai contoh, kedua pelarut hidrokarbon yang mudah menguap dan organochloride (chlorinated hydrocarbon) pelarut dapat didaur ulang setelah digunakan untuk bagian degreasing dan aplikasi lain yang membutuhkan pelarut yang baik untuk bahan organik. Pelarut hidrokarbon memiliki toksisitas relatif rendah, namun dapat menimbulkan bahaya mudah terbakar selama penggunaan dan reklamasi untuk didaur ulang. Pelarut organochloride kurang mudah terbakar, tetapi dapat menimbulkan bahaya toksisitas yang lebih besar. Contoh dari pelarut tersebut adalah karbon tetraklorida, yang begitu mudah terbakar yang pernah digunakan dalam alat pemadam kebakaran, tapi aplikasi saat ini yang sangat terkendala karena toksisitas yang tinggi.
Karakteristik jelas penting dari daur ulang adalah bahwa mereka harus dirancang dan diformulasikan untuk bisa menerima daur ulang. Dalam beberapa kasus, ada sedikit kelonggaran dalam merumuskan bahan yang berpotensi didaur ulang; oli motor, misalnya, harus memenuhi kriteria tertentu, termasuk kemampuan untuk melumasi, berdiri untuk suhu tinggi, dan atribut lainnya, terlepas dari nasib akhirnya. Dalam kasus lain, formulasi dapat dimodifikasi untuk meningkatkan daur ulang. Sebagai contoh, penggunaan tinta dapat diputihkan atau removable di surat kabar meningkatkan daur ulang dari kertas koran, memungkinkan untuk dikembalikan ke tingkat yang dapat diterima kecerahan.
Untuk beberapa komoditas, potensi daur ulang sangat besar. Hal ini dapat dicontohkan oleh minyak pelumas. Volume oli motor yang dijual di Amerika Serikat setiap tahun untuk mesin bensin adalah sekitar 2,5 miliar liter, sosok yang dua kali lipat jika semua minyak pelumas dianggap. Aspek penting memanfaatkan daur ulang adalah koleksi mereka. Dalam kasus oli motor, tarif pungut rendah dari konsumen yang mengubah minyak mereka sendiri, dan mereka bertanggung jawab atas penyebaran jumlah besar limbah minyak ke lingkungan.
Karakteristik yang diinginkan dari perawatan Produk
Karena, pada prinsipnya setidaknya, produk layanan ditakdirkan untuk daur ulang, mereka memiliki kendala relatif lebih rendah pada bahan dan kendala yang lebih tinggi pada pembuangan akhir mereka. Sebuah hambatan utama untuk daur ulang produk jasa adalah kurangnya saluran yang nyaman di mana mereka dapat dimasukkan ke dalam lingkaran daur ulang. Televisi set dan peralatan utama seperti mesin cuci atau oven memiliki banyak komponen yang dapat didaur ulang, tetapi sering berakhir di tempat pembuangan sampah dan limbah pembuangan hanya karena tidak ada cara praktis untuk mendapatkan mereka dari pengguna dan ke loop daur ulang. Dalam kasus tersebut, intervensi pemerintah mungkin diperlukan untuk menyediakan jalur yang tepat. Salah satu obat parsial untuk masalah pembuangan / daur ulang terdiri dari perjanjian sewa atau pembayaran deposito pada barang-barang seperti baterai untuk memastikan mereka kembali ke pendaur ulang. Istilah "de-shopping" atau "shopping terbalik" menggambarkan proses dengan layanan yang komoditas akan kembali ke lokasi seperti tempat parkir di mana mereka dapat dikumpulkan untuk didaur ulang. Menurut skenario ini, analogi dengan supermarket akan menjadi fasilitas dimana produk-produk layanan yang dibongkar untuk didaur ulang.
Banyak yang dapat dilakukan dalam desain produk jasa untuk memfasilitasi daur ulang mereka. Salah satu karakteristik utama dari produk layanan didaur ulang harus memiliki kemudahan pembongkaran sehingga komponen remanufacturable dan bahan daur ulang, seperti kawat tembaga, dapat dengan mudah dihapus dan dipisahkan untuk didaur ulang.
19. 12 DESAIN UNTUK LINGKUNGAN
Desain untuk lingkungan adalah istilah yang diberikan untuk pendekatan merancang dan produk rekayasa, proses, dan fasilitas dengan cara meminimalkan dampak lingkungan yang merugikan yang dihasilkan dan, jika mungkin, memaksimalkan manfaatnya bagi lingkungan. Dalam operasi industri modern, desain untuk lingkungan yang merupakan bagian dari skema yang lebih besar disebut "desain untuk X”, di mana "X" bisa menjadi salah satu dari nomor karakteristik seperti perakitan, manufakturabilitas, kehandalan, dan kemampuan servis. Dalam membuat desain seperti itu, banyak karakteristik yang diinginkan dari produk harus
dipertimbangkan, termasuk penggunaan utama, properti, biaya, dan penampilan. Desain untuk lingkungan mensyaratkan bahwa desain produk, proses yang dibuat,
dan fasilitas yang terlibat dapat sesuai dengan tujuan lingkungan
dan keterbatasan yang ditetapkan oleh kebutuhan untuk menjaga kualitas lingkungan. Ini juga harus mempertimbangkan nasib akhir produk, terutama apakah dapat didaur ulang di akhir masa pemakaian normal.
Produk, Proses, dan Fasilitas
Dalam membahas desain untuk lingkungan, perbedaan antara produk, proses,
dan fasilitas harus disimpan dalam perspektif yang jelas. Produk ̶ mobil, deterjen laundri, dan lemari es yang dijual kepada konsumen. Proses merupakan sarana menghasilkan produk dan jasa. Misalnya, ban yang dibuat oleh suatu proses monomer hidrokarbon dipolimerisasi untuk menghasilkan karet dibentuk dengan kerangka diperkuat oleh serat sintetis dan kawat baja. Fasilitas adalah tempat di mana suatu proses dilakukan untuk menghasilkan atau memberikan produk atau jasa. Dalam kasus di mana jasa dianggap sebagai produk, perbedaan antara produk dan proses menjadi kabur. Misalnya, layanan perawatan rumput memberikan produk dalam
bentuk pupuk, pestisida, dan benih rumput, tetapi juga memberikan layanan murni
termasuk memotong, merayap, dan tanah aerasi.
Meskipun produk cenderung mendapatkan perhatian yang paling umum dalam pertimbangan masalah lingkungan, proses sering memiliki dampak yang lebih bagi lingkungan. Desain proses yang sukses cenderung tetap selama bertahun-tahun dan digunakan untuk membuat berbagai berbagai produk. Sementara produk dari proses mungkin memiliki dampak lingkungan yang minim, proses dimana produk tersebut dibuat mungkin telah ditandai efek lingkungannya. Contohnya adalah pembuatan kertas. Dampak lingkungan dari kertas sebagai produk, bahkan ketika dibuang dengan sembarangan, tidak terlalu besar, sedangkan proses yang dibuat melibatkan kayu panen dari hutan, penggunaan air yang tinggi, emisi potensi berbagai polutan udara, dan faktor lain dengan implikasi lingkungan yang besar.
Prosesproses mengembangkan hubungan simbiosis ketika suatu penyelia memberikan produk atau jasa yang digunakan di tempat lain. Contoh dari hubungan tersebut adalah antara pembuatan baja dan proses untuk produksi oksigen yang dibutuhkan dalam proses oksigen dasar dengan karbon dan silikon kotoran yang teroksidasi dari besi cair untuk menghasilkan baja. Tahan lama dan proses penerapan luas yang populer membuat desain lingkungannya sangat penting.
Pada dasarnya sistem fungsi ekologi industri sedemikian rupa lebih terjalin daripada sebaliknya, karena produk sampingan dari beberapa proses digunakan oleh proses lainnya. Oleh karena itu, proses yang digunakan dalam sistem tersebut saling keterkaitan dan ketergantungan di antara mereka sangat penting. Sebuah perubahan besar dalam satu proses mungkin memiliki "efek domino" pada yang lain.
Faktor Kunci dalam Desain Lingkungan
Dua pilihan utama yang harus dilakukan dalam desain untuk lingkungan adalah bahan dan energi. Pilihan bahan dalam mobil mengilustrasikan beberapa trade off yang memungkinkan. Baja sebagai komponen badan mobil membutuhkan energi yang relatif besar dan membuat gangguan lingkungan yang signifikan di pertambangan dan pengolahan bijih besi. Baja adalah bahan yang relatif berat, sehingga diperlukan energi lebih membuat mobil yang terbuat dari baja bergerak. Namun, baja tahan lama, mudah untuk didaur ulang, dan diproduksi dari sumber bijih besi yang berlimpah. Aluminium jauh lebih ringan dari baja dan cukup tahan lama. Ini memiliki persentase yang sangat baik dalam daur ulang. Sumber utama dari aluminium, bijih bauksit, tidak melimpah seperti bijih besi, dan sejumlah energi yang besar diperlukan dalam produksi utama
aluminium. Plastik adalah salah satu sumber komponen otomotif. Berat ringan
plastik mengurangi konsumsi bahan bakar otomotif, plastik dengan sifat yang diinginkan adalah mudah dibuat, molding dan membentuk bagian yang dibuat dengan plastik dapat langsung dibentuk. Namun, komponen mobil plastik memiliki tingkat rendah daur ulang.
Tiga karakteristik yang terkait suatu produk yang harus dipertimbangkan dalam desain untuk lingkungan yaitu daya tahan, perbaikan, dan daur ulang. Daya tahan hanya mengacu seberapa baik produk berlangsung dan menolak kerusakan dalam penggunaan normal. Beberapa produk lebih terkemuka dalam daya tahan; dua silinder John Deere pertanian traktor kuno dari 1930-an dan 1940-an yang legendaris di kalangan pertanian untuk daya tahan mereka, ditingkatkan oleh sayang dilahirkan dalam pemiliknya, yang cenderung untuk menjaga mereka. Dalam perbaikan ukuran seberapa mudah dan murah untuk memperbaiki produk. Sebuah produk yang dapat diperbaiki cenderung dibuang ketika berhenti berfungsi untuk beberapa alasan. Daur ulang mengacu pada tingkat dan kemudahan dengan mana suatu produk atau komponen itu dapat didaur ulang. Sebuah aspek penting dari daur ulang adalah kemudahan produk dapat dibongkar menjadi konstituen yang terdiri dari bahan tunggal yang dapat daur ulang. Hal ini juga mempertimbangkan apakah komponen yang terbuat dari bahan-bahan dapat didaur ulang.
Bahan Berbahaya dalam Desain Lingkungan
Pertimbangan utama dalam praktek desain untuk lingkungan adalah pengurangan penyebaran bahan berbahaya dan polutan. Hal ini dapat berakibat orelimination pengurangan bahan berbahaya dalam pembuatan, contohnya penggantian stratosfer ozon chlorofluorocarbons (CFC) dalam busa bertiup dari plastik. Jika pengganti yang tepat dapat ditemukan, pelarut diklorinasi yang agak beracun dan reaktif tidak boleh digunakan dalam aplikasi manufaktur seperti sebagai bagian cuci. Penggunaan bahan berbahaya dalam produk-seperti sebagai baterai mengandung kadmium beracun, merkuri, dan timbal harus dihilangkan atau diminimalkan. Pigmen yang mengandung logam berat kadmium atau timbal tidak boleh digunakan jika ada pengganti yang memungkinkan. Substitusi hidroklorofluorokarbon dan hidrofluorokarbon untuk CFC ozon dalam produk (lemari es dan udara conditioner) adalah contoh dari penurunan besar dalam perusakan lingkungan bahan dalam produk. Penghapusan polychlorinated biphenyls (PCB) yang persisten dari transformator listrik sebagai limbah berbahaya menjadi masalah utama akibat penggunaan produk umum (meskipun tumpahan PCB dan kontaminasi dari penyalahgunaan dan pembongkaran trafo lama tetap merupakan masalah bahkan sampai sekarang).
19.13 GAMBARAN TERPADU EKOSISTEM INDUSTRI
Gambar 19.8 memberikan gambaran ekosistem industri terpadu termasuk
semua komponen yang didefinisikan dan dibahas sebelumnya dalam bab ini . Sistem seperti ini dapat dibagi menjadi tiga, sektor agak tumpang tindih dikendalikan oleh berikut ini :
( 1 ) menyediakan bahan-bahan dan pengolahan sektor baku ,
( 2 ) sektor manufaktur,dan
( 3 ) sektor konsumen .
Ada beberapa aspek penting dari ekosistem industri yang lengkap . salah satu ini adalah bahwa , seperti yang dibahas dalam bagian sebelumnya , ada beberapa titik di mana bahan dapat didaur ulang dalam sistem . Aspek kedua isthat ada beberapa titik di mana limbah yang dihasilkan. Potensi produksi terbesar limbah terletak pada tahap-tahap awal siklus di mana jumlah besar bahan dengan dasarnya tidak ada gunanya berhubungan dengan bahan baku , seperti tailing bijih , mungkin memerlukan pembuangan . Dalam banyak kasus , sedikit jika sesuatu yang berharga dapat diperoleh dari limbah tersebut
dan hal terbaik yang harus dilakukan dengan Themis untuk mengembalikan mereka ke sumber mereka ( biasanya tambang ) ,jika memungkinkan. Sumber lain besar limbah potensial , dan sering salah satu yang menyebabkan
sebagian besar masalah , terdiri dari pos limbah konsumen dihasilkan ketika product'slife sebuah siklus selesai . Dengan siklus ekologi industri yang dirancang dengan baik , limbah tersebut dapat menjadi diminimalkan dan , idealnya , benar-benar dihilangkan .
Secara umum , jumlah sampah per unit keluaran menurun dalam melewati
industri siklus ekologi dari bahan baku baru untuk produk konsumen akhir . Juga,jumlah energi yang dikeluarkan indealing dengan limbah atau daur ulang menurun jauh dalam siklus . Misalnya , besi limbah dari penggilingan dan pembentukan suku cadang kendaraan bermotor dapat didaur ulang dari produsen ke produsen utama besi scrap besi baja. Yang akan digunakan, baja tersebut harus dileburkan dan dijalankan melalui baja Proses manufaktur lagi , dengan konsumsi energi yang cukup . Namun, Item pasca konsumen , seperti blok mesin dapat diperbaharui dan didaur ulang ke pasar dengan pengeluaran yang relatif kurang energi
Pada saat ini , tiga perusahaan besar dalam siklus ekologi industri,
bahan produsen , produsen , dan konsumen , bertindak secara independen dari
satu sama lain. Sebagai bahan baku menjadi langka , akan ada insentif ekonomi yang lebih untuk daur ulang dan integrasi siklus keseluruhan . Selain itu , ada kebutuhan untuk lebih baik , lebih ilmiah berbasis insentif regulasi yang mengarah ke praktek industri ekologi .
19.14 CONTOH KALUNDBORG
Contoh yang paling sering dikutip dari ekosistem industri fungsional adalah dari Kalundborg, Denmark. Berbagai komponen ekosistem industri Kalundborg ditunjukkan pada Gambar 19.9. Untuk gelar, sistem Kalundborg dikembangkan secara spontan, tanpa direncanakan secara khusus sebagai suatu ekosistem industri. Hal ini didasarkan pada dua pemasok utama energi, 1.500-megawatt Asnaes batu bara pembangkit tenaga listrik dan 4-5 juta ton / tahun Statoil kompleks penyulingan minyak bumi, masing-masing yang terbesar dari jenisnya di Denmark. Pembangkit listrik menjual proses steam ke kilang minyak, dari mana ia menerima bahan bakar gas dan air pendingin. Sulfur dihapus dari minyak bumi pergi ke Kemira pabrik asam sulfat. Sampingan panas dari dua generator energi yang digunakan untuk district heating rumah dan perusahaan komersial, serta untuk memanaskan rumah kaca dan operasi ikan-pertanian. Uap dari pembangkit tenaga listrik yang digunakan oleh $ 2 miliar
per tahun pabrik farmasi Novo Nordisk, sebuah perusahaan yang memproduksi enzim industri dan 40% dari pasokan dunia dari insulin. Tanaman ini menghasilkan lumpur biologis yang digunakan oleh peternakan daerah untuk pupuk. Kalsium sulfat diproduksi sebagai produk sampingan dari sulfur removal dengan kapur menggosok dari tanaman listrik digunakan oleh perusahaan Gyproc untuk membuat papan dinding. Para produsen papan dinding juga menggunakan gas bersih-pembakaran dari kilang minyak bumi sebagai bahan bakar. Fly ash yang dihasilkan dari pembakaran batu bara masuk ke semen dan roadbed mengisi. Danau Tisso berfungsi sebagai sumber air tawar. Contoh lain dari penggunaan bahan yang efisien terkait dengan Kalundborg termasuk penggunaan lumpur dari tanaman yang memperlakukan air dan limbah dari pabrik pengolahan ikan pertanian untuk pupuk, dan blending kelebihan ragi dari produksi insulin Novo Nordisk sebagai suplemen untuk pakan babi.
Perkembangan kompleks Kalundborg terjadi selama jangka waktu yang panjang, dimulai pada tahun 1960, dan memberikan beberapa panduan untuk cara di mana ekosistem industri dapat tumbuh secara alami. Yang pertama dari banyak sinergis (saling menguntungkan) pengaturan adalah kogenerasi uap dapat digunakan bersama dengan listrik oleh pembangkit tenaga listrik Asnaes. Uap pertama kali dijual ke kilang minyak Statoil; Kemudian, sebagai keuntungan dari skala besar, produksi terpusat uap menjadi jelas, uap juga disediakan untuk rumah, rumah kaca, pabrik farmasi, dan peternakan ikan. Kebutuhan untuk menghasilkan listrik lebih bersih daripada yang mungkin hanya dengan pembakaran batu bara yang tinggi-sulfur menghasilkan dua sinergi lagi. Pemasangan unit kapur menggosok untuk menghilangkan belerang pada pembangkit listrik stack menghasilkan produksi dalam jumlah besar kalsium sulfat, yang menemukan pasar dalam pembuatan papan dinding gipsum. Itu juga menemukan bahwa bersih-pembakaran gas produk sampingan dari operasi penyulingan minyak bumi bisa diganti sebagian untuk batubara dibakar di pembangkit listrik, lebih lanjut mengurangi polusi.
Pelaksanaan ekosistem Kalundborg terjadi terutama karena kontak pribadi yang dekat antara manajer dari berbagai fasilitas di jaringan sosial dan profesional relatif dekat selama jangka waktu yang panjang. Semua kontrak telah didasarkan pada fundamental bisnis yang sehat dan telah bilateral. Setiap perusahaan telah ditindaklanjuti dirasakan kepentingan nya, dan belum ada rencana induk untuk sistem secara keseluruhan. Badan pengatur telah kooperatif, tapi tidak pemaksaan dalam mempromosikan sistem. Industri yang terlibat dalam perjanjian telah cocok dengan baik, dengan kebutuhan yang cocok dengan kemampuan lain dalam masing-masing perjanjian bilateral. Jarak fisik yang terlibat telah kecil dan dikelola; tidak layak ekonomis untuk komoditas kapal seperti uap atau pupuk lumpur untuk jarak jauh.
19,15 FAKTOR SOSIAL DAN ETIKA LINGKUNGAN
"Masyarakat konsumen" di mana orang menuntut barang lebih dan lebih, mengkonsumsi energi pelayanan, dan fasilitas lainnya yang bertentangan dengan sumber daya konservasi dan perbaikan lingkungan bertentangan dengan sistem yang bisa diterapkan baik ekologi industri. Banyak dari gaya hidup modern dan etika perusahaan didasarkan setelah membujuk konsumen biasanya bersedia bahwa mereka butuhkan dan pantas lebih banyak hal, dan bahwa mereka harus mengadopsi gaya hidup yang sangat merusak lingkungan. itu kebijaksanaan konvensional adalah bahwa konsumen tidak mau secara signifikan mengubah gaya hidup mereka dan mengurangi tuntutan mereka pada sumber daya dunia demi lingkungan pelestarian. Namun, dalam beberapa contoh di mana konsumen telah diberi kesempatan untuk latihan kewarganegaraan lingkungan yang baik, ada mendorong contoh bahwa mereka akan melakukannya secara sukarela. Sebuah contoh utama dari hal ini adalah keberhasilan kertas, kaca, dan program daur ulang kaleng sehubungan dengan pengumpulan sampah kota, diimplementasikan untuk memperpanjang masa hidup TPA.
Dua persyaratan utama untuk jenis etika publik yang harus menyertai setiap adopsi universal sistem ekologi industri adalah pendidikan dan kesempatan. Mulai pada usia dini, orang perlu dididik tentang lingkungan dan yang sangat penting dalam menjaga kualitas hidup mereka. Mereka perlu tahu tentang cara yang realistis, termasuk prinsip-prinsip ekologi industri, dimana mereka lingkungan dapat dipertahankan dan ditingkatkan. Media elektronik dan cetak memiliki peran yang sangat penting dalam mendidik masyarakat mengenai lingkungan dan sumber informasi. Mengingat pengetahuan yang diperlukan, sebagian besar orang akan melakukan hak hal bagi lingkungan.
Orang juga membutuhkan kesempatan yang baik untuk daur ulang dan untuk umum lingkungan pembenahan. Hal ini sering mengatakan bahwa orang-orang tidak akan bepergian dengan angkutan umum, tapi Tentu saja mereka tidak akan melakukannya jika angkutan umum tidak tersedia, atau jika buruk, tidak dapat diandalkan, dan bahkan berbahaya. Mereka tidak akan mendaur ulang kaleng, kertas, kaca, dan konsumen lainnya komoditas jika nyaman, lokasi pengumpulan terawat tidak dapat diakses oleh mereka. Ada contoh menggembirakan, termasuk beberapa dari Amerika Serikat, yang kesempatan untuk berkontribusi terhadap perlindungan lingkungan dan konservasi sumber daya akan bertemu dengan respon positif dari masyarakat.
20.1 PENDAHULUAN
Jika salah satu tanggal awal dari industri kimia sebagai kekuatan ekonomi yang signifikan dari sekitar 1850, itu adalah sekitar 150 tahun. Selama waktu itu, dan
terutama selama setengah abad terakhir, industri ini telah berkembang menjadi sebuah perusahaan besar memenuhi sejumlah besar kebutuhan manusia dan melayani untuk mendukung maju negara industri. Karena potensi industri ini mempengaruhi semua
segmen lingkungan, bisa dikatakan bahwa itu adalah segmen yang paling signifikan
dari anthrosphere tersebut. Setelah hukum ekonomi konvensional, kimia industri telah diarahkan memproduksi lebih banyak dan lebih tinggi nilai produk pada biaya terendah, yang diukur dari segi ekonomi konvensional. Namun demikian, khususnya sejak sekitar era Perang Dunia II, telah menjadi semakin jelas bahwa Praktek kimia industri memiliki biaya lain-lingkungan biaya-tidak biasanya diukur dengan langkah-langkah yang tidak lengkap dari ekonomi konvensional. Beberapa di antaranya biaya, seperti hilangnya produksi tanaman dari efek polusi udara, telah relatif mudah untuk diukur. Biaya-tidak lain kurang nyata-telah terbukti sulit untuk menetapkan nilai moneter. Ini adalah biaya kerusakan lingkungan dan manusia kesehatan akibat penyalahgunaan proses kimia dan produk. Dalam pengakuan atas dampak lingkungan dari industri kimia dan terkait
perusahaan, banyak undang-undang telah disahkan dan diimplementasikan di seluruh dunia untuk mengatur proses kimia dan produk. Undang-undang ini telah menekankan berurusan dengan masalah lingkungan setelah mereka telah terjadi, sebuah "komando dan kontrol" Pendekatan. Kepatuhan terhadap hukum lingkungan selama beberapa dekade terakhir telah melibatkan pengeluaran lebih dari satu triliun dolar di seluruh dunia. Undang-undang ini memiliki tidak diragukan lagi memiliki beberapa efek positif terhadap kualitas lingkungan, telah efektif dalam membantu menyelamatkan beberapa spesies dari kepunahan, dan telah meningkatkan manusia kesehatan dan kualitas hidup. Namun, perlu seperti itu, pendekatan regulasi untuk meningkatkan kualitas lingkungan memiliki beberapa kekurangan yang pasti. Pelaksanaan yang efektif dan pemeliharaan telah diperlukan legiun regulator dan telah mengakibatkan pengeluaran dalam jumlah besar untuk litigasi yang bisa lebih baik digunakan secara langsung untuk meningkatkan kualitas lingkungan. Dalam beberapa kasus peraturan telah muncul untuk menjadi kecil dan biaya kurang efektif. Sebuah masyarakat industri modern akan selalu membutuhkan peraturan dari berbagai jenis untuk menjaga kualitas lingkungan dan bahkan untuk memastikan keberadaannya terus. Tapi, yang ada alternatif untuk beberapa peraturan? Paling diinginkan adalah alternatif yang membantu untuk memastikan kualitas lingkungan dengan "alami," mengatur diri sendiri berarti. Sejak sekitar tahun 1990, telah menjadi semakin jelas bahwa, setidaknya sampai batas tertentu, ada alternatif untuk industri kimia dan perusahaan terkait melalui praktek apa yang kemudian dikenal di Amerika Serikat dan beberapa negara lainnya sebagai kimia hijau. Apa kimia hijau? Mungkin jawaban yang paling mudah untuk itu Pertanyaan adalah bahwa kita masih mencoba untuk mencari tahu. Istilah ini memiliki agak berbeda makna bagi orang yang berbeda dengan perspektif yang berbeda. Salah satu definisi hijau kimia adalah "melaksanakan kegiatan-termasuk kimia desain kimia, manufaktur, gunakan, dan pembuangan-rupa sehingga zat berbahaya tidak akan digunakan dan dihasilkan. "1
Harus diakui bahwa penggunaan bahan berbahaya tidak mungkin pernah bisa
benar-benar dihilangkan. Tantangannya adalah dengan menggunakan zat-zat tersebut dengan cara yang aman dan mencegah penyebaran mereka terhadap lingkungan. Dengan pemikiran ini, kimia hijau dapat didefinisikan agak lebih luas sebagai latihan berkelanjutan kimia ilmu pengetahuan dan teknologi dalam rangka praktik yang baik ekologi industri sehingga penggunaan dan penanganan bahan berbahaya diminimalkan dan semacamnya zat yang tidak pernah dilepaskan ke lingkungan. Dimasukkannya industri ekologi (lihat Bab 19) dalam definisi ini disertai dengan sejumlah implikasi mengenai konsumsi minimum bahan baku, daur ulang maksimum bahan,produksi minimum produk sampingan dapat digunakan, dan lainnya yang ramah lingkungan faktor.
Sebuah aspek kunci dari kimia hijau adalah keberlanjutan. Idealnya, kimia hijau adalah mandiri karena beberapa alasan. Salah satunya adalah ekonomi karena hijau
kimia dalam bentuk yang paling maju yang lebih murah dalam hal ketat moneter dari
kimia cara telah dilakukan secara tradisional. Kimia hijau berkelanjutan dalam hal bahan karena efisiensi penggunaan minimum bahan baku. Dan kimia hijau berkelanjutan dalam hal limbah, karena tidak menyebabkan akumulasi tertahankan produk berbahaya limbah.
Dalam melaksanakan praktek kimia hijau, dua sering saling melengkapi pendekatan adalah sebagai berikut:
• Gunakan bahan kimia yang ada, tetapi membuat mereka dengan ramah lingkungan
sintesis.
• bahan kimia Pengganti dibuat oleh sintesis ramah lingkungan untuk ada
zat kimia.
Kedua pendekatan perlu digunakan. Dan kedua pendekatan menantang kecerdikan
ahli kimia dan insinyur kimia untuk datang dengan solusi inovatif untuk lingkungan
masalah yang timbul dari industri kimia.
20.2 KUNCI KONSEP ATOM EKONOMI
Meskipun hasil produk konvensional didefinisikan sebagai persentase konversi dari reagen membatasi untuk produk yang diinginkan mungkin cukup tinggi, atau bahkan mencapai 100%, proses tersebut mungkin masih menghasilkan jumlah besar produk sampingan yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, ukuran yang jauh lebih baik dari sejauh mana sintesis adalah konsisten dengan proses kimia hijau adalah ekonomi atom didefinisikan sebagai berikut: 2
Ekonomi atom = Produk massa yang diinginkan molekul (20.2.1)
Massa molekul total bahan yang dihasilkan
Konsep ekonomi atom dapat digambarkan secara umum oleh reaksi,
(reagen)1 +...+ (reagen)n produk + produk sampingan (20.2.2)
Yang paling dalam ekonomi atom dicapai ketika tidak ada produk sampingan sehingga,
(reagen)1 +...+ (reagen)n produk (produk sampingan = 0 ) (20.2.3)
dan semua reagen yang terkandung dalam produk. Meskipun hal ini sering tidak dapat dicapai dalam praktek, diharapkan untuk merancang skema reaksi sedemikian rupa sehingga
produk sampingan << produk (20.2.4)
Salah satu kebutuhan yang lebih besar dalam penelitian kimia saat ini adalah pengembangan dari reaksi untuk sintesis yang memiliki tingkat tinggi ekonomi atom.3
20.3 PENURUNAN BAHAYA
Praktek kimia hijau membutuhkan usaha yang terus menerus untuk mengurangi bahaya dari
bahan baku, media, katalis, dan produk sampingan. Bahaya dapat terjadi dalam sejumlah bentuk berbeda. Di antara yang paling jelas dari ini adalah bahaya dari mudah terbakar atau meledak
reagen atau media, khususnya pelarut. Bahan kesehatan mungkin juga berbahaya, seperti karsinogenitas manusia yang dikenal vinil klorida yang digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan polimer polivinil klorida, atau gejala perypheral neuropati yang disebabkan oleh paparan cairan hidrokarbon ringan seperti pentana.
Karena zat berbahaya mewujudkan bahaya mereka terutama melalui reaksi kimianya dan karakteristik, akan lebih mudah untuk mengklasifikasikan mereka secara kimia. Meskipun variabilitas zat kimia berbahaya membuat suatu sistem klasifikasi
agak eksak, beberapa kategori dapat didefinisikan berdasarkan perilaku kimia.
4 kategori ini adalah sebagai berikut:
• Bahan mudah terbakar dan peka api, reduktor kuat yang mudah membakar atau keras dengan adanya oksigen atmosfer
• Oksidator yang menyediakan oksigen untuk pembakaran reduksi
• zat reaktif yang cenderung cepat mengalami, reaksi kekerasan,
sering dengan cara yang tak terduga
• zat korosif yang umumnya sumber ion H+ atau ion OH- dan
yang cenderung bereaksi destruktif dengan bahan, khususnya logam
Beberapa zat berbahaya jatuh ke lebih dari satu dari kelompok-kelompok ini, yang meningkatkan sikap bahaya mereka. Seringkali perhatian terbesar dengan zat berbahaya harus dilakukan dengan toksisitas. Zat beracun yang tidak begitu mudah untuk mengklasifikasikan dalam hal sifat kimia seperti zat milik klasifikasi yang tercantum di atas. Hal ini lebih tepat untuk mengklasifikasikan zat beracun berdasarkan sifat biokimia mereka. Dari penggunaan khusus dalam membuat klasifikasi ini adalah hubungan struktur-aktivitas yang berhubungan fitur struktural dikenal dan kelompok fungsional untuk kemungkinan efek beracun.
Tiga jenis zat berbahaya menonjol sebagai calon pengurangan praktek kimia hijau. Yang pertama ini terdiri dari logam berat, seperti timah, merkuri, atau kadmium. Sebagai elemen, zat ini bisa dihancurkan. Mereka memiliki berbagai efek biologis yang merugikan. Kategori lain terdiri terus-menerus, bahan organik nonbiodegradable, seperti polychlorinated biphenyls, PCB. Sering tidak sangat beracun, zat ini bertahan dalam lingkungan dan memperlihatkan kecenderungan untuk menjadi bertambah melalui rantai makanan biologis, dampak negatif organisme di atau dekat akhir dari rantai makanan. Contoh klasik dari senyawa tersebut adalah DDT insektisida, yang menyebabkan masalah reproduksi burung, seperti elang falcon atau elang, di bagian atas rantai makanan. Kategori ketiga menyulitkan zat berbahaya terdiri dari senyawa organik yang mudah menguap, VOC. Ini telah sangat lazim dalam pengaturan industri karena penggunaan mereka sebagai pelarut untuk reaksi organik, cat dalam kendaraan dan pelapis, dan untuk membersihkan bagian-bagian. Dalam dua aplikasi terakhir, cara yang paling mudah untuk mengatasi bahan-bahan yang mudah menguap adalah dengan memungkinkan mereka untuk menguap, sehingga jumlah besar itu hanya dibuang ke atmosfer.
Terlepas dari jenis bahaya yang ditimbulkan oleh suatu zat, tujuan utama dari
praktek kimia hijau adalah untuk menghindari harus berurusan dengan zat-zat tersebut dalam berbagai cara. Meskipun ini merupakan target idealis dan sebagian besar terwujud dalam praktek, memiliki sebagai tujuan akhir berfungsi sebagai kerangka yang baik untuk praktek jinak dan kimia berkelanjutan. Sejauh ini zat berbahaya yang bersangkutan, praktek kimia hijau memerlukan: (1) tidak menggunakannya, (2) tidak membuat mereka, dan (3), jika (1) dan / atau (2) tidak dapat dihindari, tidak pernah melepaskan zat berbahaya ke lingkungan hidup.
20.4 BAHAN MENTAH
Sebuah keputusan penting yang harus dibuat dalam melaksanakan proses untuk memproduksi bahan kimia atau produk pemilihan bahan baku. Sedapat mungkin, bahan baku harus menempatkan tuntutan minimal pada sumber daya bumi. Ini harus seaman mungkin, dan akuisisi dan pemurnian harus aman. Dalam beberapa kasus, proses dan reagen yang diperlukan untuk mengisolasi bahan baku dinyatakan aman membuat akuisisi berbahaya, seperti dalam penggunaan sianida yang sangat beracun untuk menghapus tingkat rendah emas dari bijih. Jika memungkinkan, bahan baku yang harus terbarukan; misalnya bahan baku dari biomassa yang dapat tumbuh berulang kali sering lebih baik untuk bahan baku minyak bumi depletable.Dalam arti umum, keseluruhan proses mendapatkan produk yang berguna dari bahan baku, seperti minyak bumi atau biologis bahan, dapat dibagi ke dalam tiga kategori yang ditunjukkan pada Gambar 20.1. Kedua sumber minyak bumi dan biologis bahan baku potensial relatif dikenal.
Untuk bahan baku minyak bumi, teknologi pemisahan telah dikembangkan untuk tingkat tinggi kecanggihan. Teknologi untuk memperoleh bahan baku dari sumber tanaman, seperti ekstraksi minyak dengan pelarut atau pemisahan selulosa dari lignin dalam kayu, baik maju. Karena tingkat tinggi pengembangan industri petrokimia, ilmu mengkonversi bahan baku minyak bumi untuk produk yang diinginkan dikembangkan dengan sangat baik, tapi kurang begitu dalam kasus bahan baku biologis.Source (seumur hidup, metode dan dampak lingkungan dari ekstraksi)Pemisahan komponen yang diinginkan dari limbah atau hasil samping materiKonversi bahan baku terisolasi dengan produk yang diinginkanProduk sampingan dan Dampak LingkunganGambar 20.1 Tiga langkah utama dalam memperoleh bahan baku dan mengubahnya menjadi produk yang berguna. Masing-masing langkah ini memiliki implikasi lingkungan dan bisa mendapatkan keuntungan dari penerapan prinsip-prinsip kimia hijau.Bahan baku biologisDengan beberapa miliaran ton karbon tetap sebagai biomassa setiap tahun, terdapat potensi besar untuk penggunaan bahan biologis sebagai bahan baku. Bahan tersebut paling jelas terdiri dari kayu dari pohon. Sejumlah besar selulosa yang dihasilkan setiap tahun dalam produksi tanaman seperti jagung dan gandum. Meskipun sebagian kecil dari tanaman biomassa produk samping harus dikembalikan ke tanah untuk mempertahankan kondisi per- sebagai media pertumbuhan tanaman, ada kelebihan substansial yang dapat digunakan sebagai bahan baku. Proses biologis, terutama pertumbuhan tanaman, menghasilkan sejumlah biopolimer berpotensi berguna termasuk, selain selulosa, hemiselulosa, pati, lignin, dan protein.
Tanaman juga merupakan sumber yang berguna molekul yang lebih kecil, termasuk monosakarida (glukosa), disakarida (sukrosa), asam amino, lilin, lemak, minyak, dan hidrokarbon terpene, termasuk yang digunakan untuk membuat karet alam. Potensi rekayasa genetika untuk menghasilkan tanaman yang memiliki hasil yang tinggi bahan kimia saham umpan bisa mengarah pada pengembangan sumber baru yang menarik dari bahan baku biologis. Potensi bahan baku dari sumber hayati cenderung lebih kompleks daripada yang dari minyak bumi. Ini menawarkan keuntungan memulai dengan bahan yang banyak sintesis yang dibutuhkan untuk membuat sebuah produk telah dilakukan oleh tanaman hidup. Selain itu, banyak produk yang diinginkan memiliki kandungan oksigen yang relatif tinggi, dan bahan-bahan biologis cenderung mengandung oksigen terikat. Hal ini dapat menghindari operasi mengkonversi bahan baku hidrokarbon berbasis minyak bumi untuk suatu senyawa oksigen, yang sering membutuhkan kondisi parah, zat pengoksidasi berbahaya, dan berpotensikatalis merepotkan. Dalam beberapa kasus, bagaimanapun, kompleksitas saham umpan biologis adalah kerugian karena biasanya lebih sulit untuk mengubah molekul kompleks untuk satu yang berbeda secara signifikan daripada menggunakan bahan baku yang relatif sederhana. Bisa dibilang bahan baku biologis yang paling penting untuk sintesis kimia karbohidrat yang dihasilkan oleh tanaman, termasuk glukosa, fruktosa, sukrosa, dan pati. seperti pati dari biji jagung dan sukrosa dari tebu, yang dihasilkan dalam jumlah tinggi oleh sejumlah tanaman. Selain itu, limbah selulosa dapat dihidrolisis untuk menghasilkan gula sederhana yang dapat digunakan dalam sintesis kimia. Keuntungan utama karbohidrat dalam sintesis kimia kelimpahan mereka kelompok fungsional hidroksil, seperti yang ditunjukkan dalam struktur glukosa di atas. Keberfungsiannya seperti menyediakan situs untuk lampiran dari fungsi lain dan untuk memulai reaksi kimia yang mengarah ke produk yang diinginkan. Biodegradabilitas melekat karbohidrat menyediakan mereka dengan beberapa keuntungan lingkungan juga.
Selain selulosa, bahan yang sangat melimpah di kayu lignin, bahan mengikat kompleks yang berfungsi untuk menahan kayu bersama-sama. Lignin merupakan biopolimer yang berisi kelompok kelompok seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.2. Tidak seperti selulosa karbohidrat, yang memiliki struktur yang seragam dan seluruhnya terdiri dari unit monomer glukosa, lignin, Segmen lignin polimer.memiliki struktur variabel. Ini adalah kerugian parah penggunaannya sebagai bahan baku kimia. Salah satu manfaat potensial yang lebih menjanjikan untuk sumber daya yang melimpah lignin adalah hasil produksi senyawa fenolik.
Sebuah kerugian besar bagi penggunaan lignin dalam kimia hijau ketahanan terhadap apapun proses biologis yang mungkin dipertimbangkan untuk konversi untuk produk yang bermanfaat. Sebuah pereaksi kimia yang berpotensi penting yang dapat disintesis dari glukosa dengan cara biologis katekol. Katekol digunakan untuk membuat berbagai bahan kimia pharm- aceutical, pestisida, antioksidan, dan bahan baku kimia lainnya. Itusintesis standar katekol melibatkan menggunakan benzena yang berasal dari petroleum dan propilena untuk membuat kumena, penghapusan aseton dari kumena oleh pengobatan dengan oksigen untuk memberikan fenol, maka oksidasi fenol untuk katekol dengan 70% hidrogen peroksida. Langkah-langkah ini memerlukan beberapa kondisi yang agak parah, melibatkan bahan baku benzena beracun dan fenol beracun menengah, dan memerlukan tindakan pencegahan yang ketat dalam menangani sangat reaktif hidrogen peroksida. Seperti katekol, sintesis kimia konvensional asam adipat umumnya dimulai dengan benzena, yang hydrogen diciptakan untuk sikloheksana. Oksidasi udara sikloheksana lebih katalis logam menghasilkan heksanol peredaran dan produk sampingan sikloheksanon. Oksidasi sikloheksanol dengan 60% hasil asam nitrat asam adipat. Suhu tinggi (250C), tekanan tinggi (50 atm), dan penggunaan asam nitrat oksidan yang kuat, yang disertai dengan kemungkinan nitrogen oksida rilis, masalah dengan sintesis. Sebagai sintesis biologis alternatif asam adipat, proses mikroba yang menggunakan strain rekayasa genetika bakteri diberi sebutan Escherichia coli AB2834 / pKD136 / pKD8.243A, dikembangkan mampu mengkonversi glukosa menjadi asam cis-cis-muconic dengan cara katekol menengah.
Hidrogenasi pada tekanan hanya 3 atm melalui katalis platinum kemudian dapat digunakan untuk mengkonversi cis, cis-muconic asam asam adipat:Cis, asam muconic cis Asam adipat Asam 3-Dehydroshikimic adalah zat yang sekarang dapat dilakukan dengan sintesis biologis ramah lingkungan. Zat ini memiliki potensi untuk menggantikan zat yang dibuat oleh kurang berarti ramah lingkungan sebagai bahan baku dan sebagai antioksidan. Seperti yang ditunjukkan oleh formula, Dehydroshikimic asam Asam 3-dehydroshikimic adalah senyawa hydroaromatic. Ini adalah perantara dalam biosintesis asam amino aromatik, asam adipat, katekol, asam galat, dan vanili. Senyawa ini telah disintesis biologis dalam hasil signifikan dengan rekayasa genetika Escherichia coli galur KL3 menggunakan sebagai bahan baku glukosa serta campuran D-glukosa, D-xilosa dan L-arabinose.5 ini menunjukkan tanggung-kemungkinan biosintesis dari 3 Asam -dehydroshikimic sebagai bahan baku untuk facture pabrikan senyawa organik lainnya.
Biosintesis lancar asam 3-dehydroshikimic dan kemampuannya untuk bertindak sebagai antioksidan menunjukkan bahwa hal itu mungkin menjadi antioksidan yang penting. Antioksidan seperti ditambahkan ke makanan, minyak, lemak, bahan bakar dan pelumas untuk mencegah mer Nida Salamah
20.5 Reagen
Pilihan tepat reagen dan media untuk melakukan proses kimia dapat menjadi faktor penting dalam mengembangkan proses kimia hijau yang sukses. Penggunaan bahan baku jinak mungkin relatif sedikit digunakan jika jumlah besar reagen berbahaya diperlukan untuk pengolahannya. Media, yang sering digunakan terdiri dari pelarut, dibahas secara lebih rinci dalam Bagian 20.6.
Dua faktor penting pendorong seleksi reagen adalah selektivitas produk dan hasil produk. Selektivitas tinggi produk berarti konversi yang lebih tinggi dari bahan baku untuk produk yang diinginkan. Hasil tinggi-produk berarti persentase yang tinggi dari produk yang diinginkan diperoleh relatif terhadap hasil maksimum dihitung dari pertimbangan stoikiometri. Kedua selektivitas-produk yang tinggi dan hasil-produk yang tinggi mengurangi jumlah bahan asing yang harus ditangani dan dipisahkan.
Dalam memilih media yang aman dan bahan baku, pertimbangan hubungan struktur-aktivitas bisa sangat berguna. Hal ini diketahui bahwa struktur tertentu atau kelompok fungsional cenderung menciptakan jenis-jenis tertentu bahaya. Sebagai contoh, adanya oksigen dan nitrogen-khususnya beberapa nitrogen atomdalam kedekatan dalam molekul cenderung untuk membuatnya reaktif atau bahkan meledak. Kehadiran N-N = O hasil kelompok fungsional dalam senyawa N-nitroso (nitrosamin), banyak yang bersifat karsinogenik. Kehadiran struktur kimia yang dapat menghasilkan sumbangan kelompok metil untuk biomolekul dapat membuat senyawa mutagenik atau karsinogenik; substitusi gugus hidrokarbon rantai yang lebih lama dapat mengurangi bahaya ini.
Dalam mengevaluasi keamanan reagen dan memilih alternatif yang lebih aman, perhatian khusus harus diberikan kepada kelompok fungsional yang terdiri dari kelompok tertentu atom. Potensi karsinogenik dari N-N = O kelompok yang disebutkan di atas. Aldehida cenderung iritasi pada hewan dan fotokimia aktif, sehingga mereka dapat berkontribusi untuk menghasilkan pembentukan asap ketika dilepaskan ke atmosfer. Bila mungkin yang terbaik adalah menggunakan senyawa alternatif ketika kelompok-kelompok fungsional tertentu cenderung menjadi masalah. Hal ini juga kadang-kadang mungkin untuk menutupi kelompok fungsional untuk menghasilkan bentuk yang kurang berbahaya, maka membuka kedok mereka pada titik di mana sintesis fungsi yang dibutuhkan.
Oksidasi adalah salah satu operasi yang paling umum dalam sintesis kimia. The oksidasi sering membutuhkan kondisi yang keras dan reagen yang keras, seperti permanganat (MnO4-), chromium (VI) senyawa (seperti kalium dikromat, K2Cr2O7), beracun dan mahal osmium tetroksida, atau asam m-kloroperbenzoat. Oleh karena itu, salah satu tujuan utama kimia hijau telah pengembangan agen pengoksidasi yang lebih ramah dan reaksi oksidasi.
Reduksi adalah operasi umum dalam sintesis kimia. Seperti oksidasi, reagen yang digunakan untuk pengurangan cenderung reaktif dan sulit untuk ditangani. Dua dari reagen tersebut yang paling umum adalah lithium aluminium hydride dan tributiltin hidrida. LiAlH4 agak berbahaya untuk digunakan. Tributyltin hidrida dapat melepaskan produk tincontaining volatil yang menimbulkan keracunan bahaya. Kedua pengoksidasi dan zat pereduksi yang digunakan dalam sintesis kimia menghasilkan produk sampingan yang harus hati-hati dibuang dengan biaya yang signifikan.
Alkilasi terdiri dari keterikatan kelompok alkil, seperti kelompok metil, CH3, ke molekul organik. Tambahan gugus alkil ke nitrogen dalam amina digunakan sebagai langkah dalam sintesis berbagai pewarna, obat-obatan, pestisida, zat pengatur tumbuh, dan bahan kimia khusus lainnya. Dalam kasus tersebut, alkilasi umumnya dilakukan dengan menggunakan alkil halida atau alkil sulfat dengan adanya dasar seperti yang ditunjukkan di bawah untuk tambahan dari kelompok metil ke N di anilin:
Reaksi ini menghasilkan sejumlah besar produk sampingan garam anorganik, seperti Na2SO4. juga, alkil halida dan alkil sulfat menimbulkan kekhawatiran toksisitas; dimetil sulfat adalah karsinogen utama, menyebabkan kanker tanpa perlu bioaktivasi.
karbonat dialkil relatif tidak beracun adalah agen alkylasi sangat efektif yang menjanjikan untuk memberikan alternatif yang lebih aman untuk alkil halida atau sulfat untuk beberapa jenis reaksi alkilasi. Janji dimetil karbonat untuk metilasi (alkilasi dimana kelompok metil, CH3, terpasang) telah ditingkatkan oleh sintesis langsung senyawa ini dari metanol dan karbon monoksida dengan adanya garam tembaga:
Dimetil karbonat dapat digunakan untuk metilasi nitrogen dalam senyawa amina pada suhu 180 ° C dalam kondisi aliran kontinyu transfer fase katalisis gas-cair (yang melibatkan transfer organik spesies reaktan ionik antara air dan fase organik) seperti yang ditunjukkan di bawah ini untuk metilasi anilin:
Penggunaan dimetil karbonat sebagai agen metilasi menawarkan keuntungan ganda hingga 99% efisiensi konversi ke produk dengan selektivitas dari 99% atau lebih untuk produk monomethyl. Produk sampingan adalah karbon dioksida tidak berbahaya dan metanol, yang dapat diresirkulasi melalui proses untuk membuat dimetil karbonat (Reaksi 20.5.2). Dimetil karbonat berguna, misalnya, dalam membuat turunan monomethyl organonitrogen diperlukan untuk sintesis analgesik, seperti Ibuprofen.
campuran Karbonat organik di mana kelompok metil melekat karbonat sebagai adalah bagian organik jauh lebih besar, R,
campuran karbonat orgnanik
bisa menjadi agen yang sangat efektif methylating, sebagai contoh, memberikan anisoles dari fenol, dan N-metil anilin dari anilin. Keuntungan utama adalah bahwa tinggi-massa-molar campuran karbonat organik titik didih lebih tinggi dari dimethylcarbonate dan reaksi menggunakan mereka dapat dijalankan pada tekanan ambien bukan di bejana bertekanan.
eka yang teroksidasi dengan bereaksi dengan oksigen dan zat antara reaktif dalam proses oksidasi. Saat ini, antioksidan yang paling umum digunakan adalah butylated hydroxytoluene, disintesis dari bahan baku minyak bumi, dan propil gallate terbuat dari asam gallic,asam galatyang berasal dari kacang empedu sumber alami atau bubuk tara.
20.6 MEDIA
Media adalah suatu istilah yang digunakan untuk mengacu pada acuan di mana atau apa yang terjadi dalam proses kimia . Jenis dan kekuatan interaksi antara media dan komponen reaktan dalam suatu proses kimia memainkan suatu peran sangat penting dalam menentukan jenis, derajat tingkat, dan tingkat proses tersebut. Walaupun media boleh meliputi padat saat reaksi berlangsung, hanya media yang paling umum yang terdiri dari bahan pelarut cairan, di mana bahan reaksi akan dihancurkan. Bahan pelarut saling berhubungan ke berbagai luas dan berbagai jalan dengan solutes yang mereka hancurkan. Suatu peristiwa penting adalah solvation, di mana molekul bahan pelarut saling berhubungan dengan solute molekul. Contoh umum ini adalah daya tarik dari molekul bahan pelarut air kutub untuk kation yang dihancurkan dan anion seperti ditunjukkan Bab 7, Gambar 7.3. Kemampuan ini membuat air menjadi salah satu solvent yang baik untuk zat ionik, asam, basa, dan garam yang biasanya digunakan dalam reaksi kimia. Kemampuan air untuk membentuk ikatan hidrogen penting sekali terutama dalam kemampuan nya untuk memecahkan suatu cakupan luas material biologi yang mampu membentuk ikatan hidrogen.
Dengan kealamian mereka, bahan pelarut menyebabkan lebih banyak masalah pada lingkungan dan kesehatan dibanding oleh bahan lainnya dalam proses sintesis kimia. Kebanyakan bahan pelarut adalah mudah menguap dan cenderung untuk lepas ke dalam lingkungan dan atmospir. Bahan pelarut Hidrokarbon mudah terbakar dan dapat menyebabkan suatu campuran meletus jika dicampur dengan udara yang dilepaskan ke atmospir, mereka sebagai penolong dalam pembentukan fotokimia kabut campur asap ( lihat Bab 16). Sejumlah efek kesehatan kurang baik dihubungkan dengan bahan pelarut. Karbon Tetrachloride, CCL4, menyebabkan lipid peroxidation di dalam badan dan dapat menyebabkan kerusakan pada hati. Benzen menyebabkan kekacauan darah dan dicurigai menyebabkan leukemia. C5-C7 Mudah menguap, alkanes menyebabkan kegelisahan dan dapat mengakibatkan kondisi yang disebut peripheral neuropathy. Kemungkinan dapat menyebabkan kanker selalu di pertimbangan saat berhadapan dengan bahan pelarut di dalam tempat kerja.
20,7 PENTINGNYA PELARUT KHUSUS
Seperti telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, pelarut adalah jenis unik penting media di mana proses kimia dilakukan. Selain menggunakan mereka sebagai media yang reaksi, pelarut memiliki kegunaan lain, terutama di pemisahan, pemurnian, dan pembersihan. Air adalah pelarut yang paling banyak dan paling aman dan harus digunakan sebisa mungkin. Bahkan, salah satu tujuan utama dari praktek kimia hijau adalah untuk mengkonversi proses untuk penggunaan pelarut air sebisa mungkin. Namun, pelarut air tidak cocok untuk berbagai zat organik yang digunakan industri. Oleh karena itu, penggunaan pelarut organik yang terdiri dari hidrokarbon dan turunannya hidrokarbon, seperti hidrokarbon diklorinasi, tidak dapat dihindari dalam banyak kasus. Selain menjabat sebagai Media reaksi, pelarut organik yang digunakan sebagai pembersih, gemuk, dan sebagai ekstraktan untuk menghilangkan zat-zat organik dari zat padat. Sebuah penggunaan utama dari pelarut organik sebagai kendaraan cair untuk mengaktifkan aplikasi, penyebaran, dan impregnasi (seperti kain) terlarut atau tersuspensi pewarna dan agen lainnya dalam formulasi cat, pelapis, tinta, dan bahan terkait.
Pertimbangan utama dalam memilih dan menggunakan pelarut untuk praktek yang tepat dari kimia hijau terdiri dari efek toksikologi dan lingkungan pada sistem biologi. Ini jelas termasuk efek racun bagi manusia. Sifat fisik, seperti volatilitas, kepadatan, dan kelarutan, yang penting dalam memperkirakan potensi dampak lingkungan dan biologi. Lipofilisitas, kecenderungan untuk membubarkan jaringan lipid, adalah ukuran dari kemampuan pelarut untuk menembus kulit dan karenanya merupakan faktor penting dalam menentukan efek biologis. Kegigihan lingkungan dan biodegradasi pelarut harus dipertimbangkan. Perhatian khusus harus diambil untuk tidak menggunakan atau setidaknya mencegah pelepasan ke atmosfer pelarut yang mudah menguap yang mungkin terlibat dalam reaksi fotokimia menyebabkan asap fotokimia formasi. Penggunaan sebelumnya luas pelarut yang mudah menguap chlorofluorocarbon sebagai agen meniup untuk memproduksi plastik berpori dan busa plastik mengakibatkan disipasi luas ozon menghancurkan uap chlorofluorocarbon ini ke atmosfer (lihat Bab 16, Bagian 16,4).
Banyak kemajuan yang telah dibuat ke arah tujuan kimia hijau telah datang dengan penggantian pelarut berpotensi merepotkan dengan yang kurang berbahaya. Beberapa contoh terkait penggantian tersebut ditunjukkan pada Tabel 20.1. Pelarut terbaik untuk menggunakan, bila memungkinkan, adalah air. Hal ini dibahas di bawah.
Air, Hijau Solvent
Meskipun tidak benar-benar larut zat organik hidrofobik, tetapi mungkin menahan mereka di suspensi sebagai halus dibagi materi koloid, air sering dapat digunakan di tempat pelarut organik sebagai media reaksi organik dan untuk applications lainnya. Selain zat organik yang tidak melarutkan, air menderita kerugian bereaksi kuat dengan beberapa reagen, seperti AlCl3 digunakan dalam reaksi Friedel- Kerajinan, sangat mengurangi LiAlH4, dan natrium logam yang digunakan dalam beberapa aplikasi. Di sisi lain, justru karena air adalah suatu pelarut yang buruk untuk organik zat-efek-beberapa reaksi organik hidrofobik melanjutkan lebih baik dalam media air. Air adalah pelarut yang sangat baik untuk beberapa molekul biologis yang lebih hidrofilik, seperti glukosa, yang mendapatkan bantuan sebagai reaktan untuk proses kimia hijau.
Tabel 20.1 Pelarut untuk yang Pengganti Telah Dikembangkan
Reaksi yang menarik dikaitkan dengan efek hidrofobik diilustrasikan dengan mengikuti reaksi Selain Diels-Alder dilakukan dengan reaktan larut dalam air buruk diadakan sebagai suspensi dalam air: 8
Hal ini diyakini bahwa reaksi benar-benar terjadi di dalam air, dan produk yang tidak larut air keluar dari air sebagai fase organik. Sebuah aspek penting dari reaksi adalah bahwa produk penambahan Diels-Alder adalah dalam bentuk endo yang bertentangan dengan bentuk exo ditunjukkan di bawah ini:
Pembentukan preferensial bentuk endo dikaitkan dengan apa yang disebut hidro lebih fobia kemasan dan paparan kurang konsekuen untuk pelarut air untuk keadaan transisi menuju bentuk endo. Secara umum, untuk reaksi jenis yang dijelaskan di atas, reaktan yang ada secara terpisah dalam air memiliki energi yang lebih tinggi daripada mereka akan di lebih "ramah" lingkungan pelarut organik. Keadaan transisi antara dua reaktan hidrofobik dalam air memiliki pencahayaan yang lebih sedikit untuk "bermusuhan" lingkungan air daripada dua reaktan secara terpisah. Ini keadaan transisi penuh semangat disukai menyebabkan reaksi yang lebih lancar dalam air dan nikmat produk yang terkena air diminimalkan.
Dalam kasus di mana efek hidrofobik air seperti yang dijelaskan di atas adalah berlebihan, adalah mungkin untuk mengurangi dengan menambahkan cosolvents organik. Salah satu pelarut yang berguna untuk tujuan ini adalah etanol. Etanol memiliki keuntungan tambahan yang mudah yang disiapkan dari sumber hayati dan menjadi terdegradasi. Oleh karena itu, juga, sebagian besar memenuhi kriteria "hijau" pelarut.
Diabaikan selama Pengembangan sintesis organik, udara mendapatkan Perhatian Astra Honda Motor sebagai media yang Reaksi kimia organik Dan harga bersaing. Hal inisial terutama disebabkan Diposkan udara Menjadi pelarut hijau Utama DENGAN TIDAK merugikan Lingkungan mental, Keselamatan (MUDAH Terbakar) Ngayogyakarta ASPEK toksikologi UNTUK penggunaannya. Astra Honda Motor sebagai harga UNTUK Bahan Baku UNTUK MEMBUAT pelarut organik memiliki peningkatan-fenomena Sangat menyakitkan DENGAN kenaikan harga minyak pãda Tahun 2000-Fakta pãda bahwa udara dasarnya MENINGKAT gratis Daya tarik. Adalah Air pelarut yang Baik Bagi Banyak Bahan biologis mendapatkan nikmat Astra Honda Motor sebagai reagen kimia hijau, dan, Seperti Yang dibahas di differences, tolakan Yang beberapa reagen organophilic DAPAT menguntungkan di beberapa Kasus. Produk organik TIDAK DAPAT Larut udara Segera dipisahkan Dari Tanpa udara Harus menyaring off pelarut organik. Kontrol Panas Dan Suhu merupakan ASPEK Penting Dari Banyak Proses kimia. UNTUK Panas Dan Suhu Kontrol, Adalah udara pelarut Terbaik UNTUK digunakan KARENA kapasitasnya Yang Sangat Tinggi Panas (Pembersih lihat Bab 11, Tabel 11.1).
Dense Phase Karbon Dioksida sebagai Pelarut
Zat yang biasanya dianggap sebagai gas mengambil sifat khusus ketika sangat padat. Diagram umum ditunjukkan pada Gambar 20.3 menunjukkan bahwa, pada suhu melebihi suhu kritis, Tc, dan tekanan melebihi tekanan kritis, Pc, perbedaan antara cairan dan gas menghilang dan zat menjadi fluida superkritis. Fluida superkritis yang paling banyak dipelajari adalah yang terbentuk oleh karbon dioksida, yang Tc adalah 31.1˚C dan Pc adalah 73,8 atm. Cairan superkritis memiliki banyak sifat pelarut yang berguna. Hal ini juga telah ditemukan, bagaimanapun, bahwa sangat padat karbon dioksida di bawah titik kritis, di mana tidak superkritis, tetapi mungkin ada sebagai campuran cairan dan gas, memiliki beberapa sifat pelarut yang sangat baik juga. Istilah fluida fase padat digunakan untuk menunjuk sangat padat, zat padat yang mungkin cairan superkritis, gas sangat padat, atau campuran gas dan liquid.9
Gambar 20.3 petak Suhu tekanan menunjukkan supercriticality.
Padat cairan fase memiliki sejumlah properti pelarut yang menarik dan telah diteliti secara luas sebagai ekstraktan dan untuk pemisahan kromatografi (kromatografi cairan superkritis). Karakteristik penting dari cairan tersebut adalah viskositas mereka jauh lebih rendah daripada cairan konvensional; bahwa CO2 superkritis hanya sekitar 1/30 viskositas cairan biasanya digunakan sebagai pelarut. Ini berarti bahwa zat terlarut berdifusi jauh lebih mudah dalam cairan superkritis, sehingga memungkinkan mereka untuk bereaksi lebih cepat. Lintang luas di mana tekanan dan suhu padat cairan fase dapat diubah memungkinkan sifat-sifat mereka yang bervariasi secara luas.
Superkritis karbon dioksida cairan pelarut yang sangat baik untuk zat terlarut organik. Hal ini telah menyebabkan penggunaannya di tempat pelarut organoklorin untuk membersihkan bagian logam dan dry cleaning. Keuntungan utama dari superkritis karbon dioksida cairan dalam beberapa
aplikasi adalah bahwa hal itu mudah menguap dari zat terlarut dengan melepaskan tekanan. Hal ini telah menyebabkan minat pelarut sebagai wahana untuk cat dan coating. Dengan aparat yang tepat, karbon dioksida yang dilepaskan dapat direklamasi dan-rekomendasi ditekan kembali ke keadaan superkritis untuk didaur ulang. Kemampuan ini cenderung untuk mengatasi kritik dari penggunaan karbon dioksida, yang, tentu saja, gas rumah kaca ketika dilepaskan ke atmosfer. Superkritis karbon dioksida cairan memiliki sifat yang sangat ophilic organ, yang mungkin berlebihan untuk beberapa aplikasi dengan lebih zat terlarut polar atau ion. Penambahan cosolvents polar, seperti metil alkohol, dapat mengatasi kelemahan ini. Sebuah keuntungan lebih lanjut dari superkritis karbon dioksida cairan pelarut adalah kemampuannya untuk melarutkan gas, ditingkatkan dengan tekanan yang sangat tinggi di mana superkritis karbon dioksida cairan harus dipertahankan. Hal ini memungkinkan reaksi terjadi secara efisien dengan reaktan gas di superkritis karbon dioksida cairan yang lain tidak akan mungkin.
Cairan superkritis memiliki beberapa kelemahan. Kerugian utama dari pelarut tersebut adalah aparat khusus yang diperlukan untuk mempertahankan kondisi superkritis. Namun, keuntungan superkritis karbon dioksida fluida biaya rendah, tari abun- tinggi dari sejumlah sumber, sifat beracun, nonflammability, dan fakta bahwa itu tidak diklasifikasikan sebagai pelarut organik volatil (VOC) pasti akan mengarah ke penggunaan peningkatan ini pelarut di masa depan.
20.8 SINTETIS DAN PENGOLAHAN JALUR
Dari sudut pandang kimia hijau, sintesis kimia yang ideal dimulai dengan murah, bahan beracun non tersedia dan mengkonversi dengan satu langkah dengan Hasil 100% dan efisiensi atom 100% untuk produk yang diinginkan. Meskipun seperti benar-benar efisien sintesis hampir tidak pernah dapat diwujudkan, hal ini memberikan kerangka di mana untuk mencoba untuk menghasilkan produk yang diinginkan dengan menggunakan sesedikit mungkin reagen dan media reaksi (pelarut) oleh kemungkinan jalur yang paling mudah. Bila ini dilakukan, polusi diminimalkan pada sumber dan tujuan dari praktek kimia hijau terpenuhi.
Dalam mengevaluasi sejauh mana sintetis dan pengolahan jalur konsisten dengan praktek kimia hijau, hal ini berguna untuk mempertimbangkan tiga besar kategori reaksi sintetik, mengakui bahwa dua atau bahkan tiga mungkin terlibat dalam pembuatan produk yang diinginkan:
· Reaksi tambahan di mana semua reagen yang dimasukkan ke dalam produk
· Reaksi substitusi dimana reagen atau bagian dari itu menggantikan kelompok pada reagen lain
· Reaksi eliminasi di mana zat dikeluarkan dari bahan baku lain dengan produk
Di mana mereka dapat digunakan, reaksi samping yang terbaik karena semua bahan awal akhir di produk, dan tidak ada oleh produk yang dibuang atau menemukan penggunaan lain adalah yang dibutuhkan. Secara alami mereka, reaksi substitusi menghasilkan setidaknya beberapa oleh produk. Reaksi eliminasi tidak memerlukan masukan dari bahan selain bahan baku, tapi jangan yang dihasilkan oleh produk yang membutuhkan pembuangan atau daur ulang.
20.9 Peran Katalis
Dalam beberapa kasus, katalis cenderung bisa menambah bahaya dalam proses kimia dan menghasilkan produk sampingan yang merepotkan dan produk terkontaminasi. Hal ini dapat terjadi, misalnya, dengan katalis homogen yang erat dicampur dengan reagen yang terlibat dalam sintesis kimia. Katalis yang paling pas dengan praktek kimia hijau adalah katalis heterogen, seperti saringan molekul, yang dapat disimpan sepenuhnya dan terpisah dari produk Sejauh mungkin karena katalis tersebut beracun
Meskipun mereka tidak melibatkan katalis dalam arti ketat, alternatif energi kimia atau panas untuk pengenalan energi yang dibutuhkan untuk melaksanakan proses kimia dapat menghasilkan proses yang jauh lebih menarik lingkungan. Dua cara utama untuk melakukan hal ini adalah melalui penggunaan listrik atau energi fotokimia.
Bagian dari arus listrik langsung melalui media reaksi dapat menyebabkan kedua pengurangan dan oksidasi terjadi. Pengurangan, penambahan elektron, e, dapat terjadi pada katoda yang relatif bermuatan negatif, dan oksidasi, hilangnya elektron, pada anoda relatif bermuatan positif. Sebuah contoh sederhana dari proses kimia elektro yang digunakan untuk memproduksi bahan kimia industri terjadi ketika arus langsung melewati cair natrium klorida, NaCl. Pada katoda, ion natrium berkurang,
dan pada anoda , ion klorida teroksidasi menjadi gas klorin
lalu unsur memberikan reaksi bersih berikut
Reaksi ini menggunakan energi listrik secara efisien dan terjadi dengan ekonomi atom 100%. Oksidasi elektrokimia dan reduksi dapat dikontrol oleh potensi yang diterapkan oleh media di mana mereka terjadi, dan pada elektroda yang digunakan. Dalam arti, proses elektrokimia menggunakan reagen "materi-bebas"; lalu ada pendekatan lain yang datang lebih dekat ke pencapaian kimia hijau yang ideal.
Reaksi enzimatik katalisasi dilakukan oleh mikroorganisme rekayasa genetika yang dapat dikombinasikan dengan proses elektrokimia untuk memberikan sintesis yang sangat bersih dan efisien dalam beberapa kasus. Contoh dari sintesis tersebut adalah corduritol C, dimana skema reaksi ditunjukkan pada Gambar 20.4. 10 Dalam hal ini, bahan awal yang ditunjukkan oleh struktur pertama pada Gambar 20.4 dibuat enzimatik oleh aksi bakteri Escherichia coli pDTG601. Sisa skema reaksi terdiri dari reaksi elektrokimia dan reaksi hidrolisis
Reaksi fotokimia menggunakan energi foton radiasi sinar ultraviolet atau yang bias menyebabkan reaksi terjadi. Untuk radiasi elektromagnetik frekuensi n, energi foton diberikan oleh persamaan E = hn, di mana h adalah konstanta Planck.
Gambar 20.4 Penggunaan elektrokimia dalam proses sintesis corduritol C.
Ada potensi besar untuk menggunakan energi fotokimia yang menyebabkan reaksi sintesis terjadi lebih efisien dan dengan lebih sedikit produksi limbah sampingan dari proses non fotokimia. Dari 11 contoh salah satu adalah asilasi benzokuinon dengan aldehida untuk menghasilkan acylhydroquinone , perantara yang digunakan untuk membuat beberapa polimer khusus yaitu :
Reaksi ini terjadi dengan ekonomi atom 100 % . Berbeda dengan jenis Friedel dan Crafts dengan tipe standar reaksi , yang memanfaatkan efek katalitik asam Lewis jenis asam halida , terutama aluminium klorida , AlCl3 , proses fotokimia tidak memerlukan zat katalitik berpotensi embun reaktif dan udara yang sensitif .
20.10 Alternatif Biologi
Organik karbon terikat adalah blok bangunan dasar dari dunia luas organik
kimia dan polimer industri. Pada saat ini, hampir semua karbon ini disediakan oleh minyak bumi dan gas alam. Meskipun sumber-sumber yang luas dan dapat kebutuhan pasokan karbon selama beberapa dekade, terutama jika alternatif menggunakan mereka untuk BBM dikembangkan, mereka adalah sumber daya depletable dan akhirnya nonsustainable. A terbarukan, alternatif yang berkelanjutan disediakan oleh photosynthetically dihasilkan biomassa. Biomassa sebagian besar terdiri dari selulosa biopolymeric, hemiselulosa, pati,lignin, dan protein, semua dengan potensi untuk digunakan secara langsung atau setelah bahan kimia atau modifikasi biokimia. Selain itu, proses biologis menghasilkan berbagaimonomer, termasuk gula (glukosa, sukrosa), minyak dan lemak (Trigliserida), lilin,asam amino, dan zat diekstrak dari tanaman, seperti hidrokarbon terpen. Diperkirakan bahwa sumber-sumber biologis bahan-bahan tersebut bisa memasok pada dasarnya semua U. S., dan mungkin dunia, kebutuhan untuk kimia karbon tetap bahan baku. 12 Banyak upaya penelitian di National AS Energi Terbarukan Laboratorium di Golden, Colorado dikhususkan untuk pengembangan hemat biaya metodologi praktis untuk konversi selektif polimer biologis dan monomer bahan kimia berguna dan bahan baku kimia. Bahan limbah biologis merupakan sebagian besar limbah padat yang dibuang diperlukan. Salah satu alternatif yang menarik adalah penggunaan dari banyak limbah padat ini sebagai baku material, atau sumber makanan, dalam sintesis biologis bahan baku kimia yang diinginkan. Sebuah fitur yang menarik dari sistem biologis adalah reaksi enzim-dimediasi yang mereka melaksanakan bawah sangat kondisi kamar ringan. Proses Haber industri untuk sintesis amonia dari hidrogen dan nitrogen unsur,
3H2+N2→2NH3 (20.10.1)
dilakukan melalui katalis dalam kondisi ekstrim dari 500 C suhu dan 200 atmosfer (atm) tekanan. Bakteri, seperti nitrogen Rhizobium bac-teria pada akar tanaman polongan menggunakan enzim untuk memperbaiki nitrogen atmosfer di suhu tanah 25 C atau kurang dan tekanan atmosfer. Dalam industri kimia proses, oksidasi sering dilakukan oleh varietas oksidan menggunakan lebar berbagai katalis. Banyak oksidan, seperti dichrom- makan atau ozon, serta banyak katalis, menimbulkan bahaya reaktivitas yang tinggi dan toksisitas. Sistem alam, sebaliknya, melaksanakan semua oksidasi yang dibutuhkan oleh menggunakan molekul oksigen, O2, Dan hidrogen peroksida, H2O2. Dengan demikian, organisme menggunakan Reaksi elegan Skema menggunakan enzim sebagai katalis. Enzim ini termasuk mono-oksigenase untuk mengkatalisis oksidasi dengan O 2 dan peroksidase untuk mengkatalisasi oksidasi dengan hidrogen peroksida. Biopolimer Pembuatan polimer sintetik mengkonsumsi besar jumlah minyak bumi untuk bahan baku, dan sintetis dan polimer alami membuat sebuah sebagian besar dari limbah padat. Untuk alasan ini, itu diinginkan untuk
keduanya membuat polimer dari terbarukan sumber hayati dan untuk mensintesis dan menggunakan polimer yang akan terurai setelah pembuangan. Alam memiliki
menyediakan berbagai macam pabrik polimer, memproduksi berguna... polimer seperti selulosa kayu dan kapas, lignin dalam kayu, dan protein dalam wol
dan sutra. Dengan pengecualian dari degradasi tahan lignin, polimer tersebut, yang dibuat oleh organisme, juga didegradasi oleh organisme, khususnya jamur dan bakteri. Sindroma polimer thetic dapat disesuaikan untuk biodegradasi. Salah satu pendekatan yang telah mencoba luas adalah untuk mensintesis polimer biodegradable dengan pati diubah. Yang Lainnya kemungkinan untuk pembuatan polimer biodegradable adalah untuk mensintesis mereka dari monomer biodegradable, termasuk asam polylactic, polivinil alkohol, lebih dr satu ester, selulosa asetat, dan poli {3-hidroksibutirat-3-hidroksivalerat}.
Selain dari polimer alam yang telah lama dikenal dan digunakan, seperti kapas, daerah saat ini yang paling aktif penelitian dalam polimer alam melibatkan poli (hydroxyalkanoate) ester (alkanoates). Polimer ini ditemukan menjadi diproduksi oleh neon Pseudomonad dan bakteri lain, 13 yang menghasilkan dan menyimpannya sebagai cadangan karbon dan energi. Produksi mereka sekarang telah dicapai dalam transgenik (rekayasa genetika) tanaman. 14 Yang pertama dari biologis diproduksi poli (hydroxyalkanoate) ester diidentifikasi adalah polimer dari 3-hidroksida Asam ybutyric ( Gambar 20.5 ). Banyak hidroksi lainnya disintesis oleh mikroorganisme dapat digunakan untuk membuat ester tersebut.
Itu adalah mungkin untuk membuat poli Polimer (hydroxyalkanoate) ester mulai dari sifat fleksibel, merenggang elastomer dan karet polimer kaku, rapuh plastik padat. Selain merekayang disentesis tanpa perlu monomer berbasis minyak bumi, yang alkanoatesmencerminkan asal-usul biologis mereka untuk menjadi benar-benar biodegradable.
Gambar 20.5 Sebuah monomer asam hidroksi umum,Asam 3-hidroksibutirat, dan perwakilan dari polimer yang terbentuk dari kelas ini senyawa.
Jelas, polimer alkanoat ester yang "Hijau" bahan kimia, dan ada yang besar Kesepakatan kepentingan dalam menggunakan mereka sebagai komersial polimer. Meskipun polimer initelah dibuat pada skala industri kecil dengan fermentasi bakteri menggunakan Ditanam berasal glukosa sebagai substrat, jalur ini mungkin terlalu mahal untuk komersialproduksi. Produksi tanaman adalah alternatif yang menarik, dan beberapa keberhasilan memiliki telah dicapai dengan melakukan dengan tanaman rekayasa genetika dengan gen bakteri untuk produksi ester alkanoat. Gen dari bakteri Alcaligenes eutrophus memiliki telah ditambahkan ke Arabidopsis thaliana , Untuk menghasilkan tanaman rekayasa genetika yang kemudian diproduksi hingga massa 14% kering poli (asam hidroksibutirat) dalam Surat daun. Polimer alkanoat dan kopolimer dengan berbagai rantai panjang-maka,
Sifat-variabel ini kini telah diproduksi oleh tanaman. Sebagai contoh, genetik direkayasa Arabidopsis dan Brassica telah terbukti menghasilkan kopoliester dari 3-hidroksibutirat dan 3-hidroksivalerat Sebuah kekhawatiran dengan hidroksibutirat yang harus dilakukan dengan penggunaan satu anggota dari seri sebagai obat terlarang. Jadi yang disebut gamma-butirat, 4-hidroksibutirat asam, adalah terkenal "Date-rape" obat, yang telah menyebabkan kematian para korban yang telah tertelan dengan "berduri" minuman
20.11 APLIKASI KIMIA HIJAU
Kimia hijau adalah prinsip-prinsip yang lebih banyak diterapkan dalam industri untuk mengurangi emisi dan menghemat uang dan bahan. Keberhasilan yang signifikan di daerah ini telah dicapai di Kompleks manufaktur Dow Chemical di Midland, Michiga.15 Operasi besar tersebut membuat produk lebih dari 500 , termasuk polimer , kemasan , pestisida , dan obat-obatan .Yang kuat walaupun upaya telah dilakukan untuk mengurangi emisi selama bertahun-tahun , di mid-to-late-1990s sebuah program yang dilakukan untuk lebih mengurangi emisi produksi dan produk samping yang tidak diinginkan .
Seperti itu biasanya kasus dengan upaya, seperti ini besar pengurangan limbah yang dicapai dengan langkah-langkah sederhana.Salah satu ini adalah pengurangan oleh 15,500 kg per tahun dari senyawa organochlorine emisi dari pembuatan dari saran plastik dengan mentransfer produk untuk sebuah tangki penyimpanan dua kali sehari bukan hanya sekali.Ketika hanya satu transfer per hari dilakukan, tangki penuh untuk kapasitas dengan cairan dan menguap organochlorine emisi senyawa harus menjadi vented untuk limbah.Mempertahankan bahan-bahan ini untuk recycle dari setengah penuh tank menyelamatkan perusahaan diperkirakan $ 34,000 per tahun.
Produksi dari tar formaldehyde-containing limbah dari resin pembuatan adalah dibatasi oleh beralih katalis dan membuat perubahan pengolahan.Biaya membuat perubahan ini adalah $ 330.000, tetapi mereka ini diperkirakan untuk menyelamatkan perusahaan 3,3 juta dolar setiap tahun di waste-treatment biaya.Meningkatkan pemulihan dari reagen unreacted di produksi dari 2,4-d herbisida mengakibatkan sebuah 66% pengurangan limbah tetra- chloroethylene.Prosedur sebelumnya dalam pembuatan dari sb lateks binder dalam cat yang dilakukan sehingga limbah yang diperlukan incineration karena berbahaya kotoran yang dicampur dengan limbah didaur ulang, dengan demikian memerlukan yang seluruh campuran menjadi dibakar. Yang melakukan perubahan untuk menjaga agar limbah dapat didaur ulang dipisahkan memungkinkan derajat yang lebih tinggi dari daur ulang , styrene butadiena dan mengurangi limbah sebesar 35%. Masalah dengan butadiena digunakan untuk membuat resin dan karet adalah bahwa hal itu membentuk dimer butadiena selama penyimpanan .Dimer butadiena adalah materi yang memerlukan penanganan yang tidak dapat digunakan .Dan pengendapan pembentukan dimer aparat yang cenderung untuk menyumbat peralatan .Refrig- eration dari butadiena dari penyedia ditemukan untuk menurunkan laju pembentukan dimer dan untuk mengurangi secara signifikan dari sumber pembuangan limbah ini memerlukan . Pengurangan limbah dan polutan dirilis ini berhasil dalam pembuatan dari ethocel, produk dengan beragam aplikasi sebagai sebuah menstabilkan agen dan map dalam makanan, obat-obatan, dan bahan lainnya.Penggunaan sistem uap untuk membersihkan zat volatil dari produk bersama dengan sebuah didinginkan kondensor untuk sistem digunakan untuk memulihkan zat volatil dikurangi baik limbah dan polutan dibebaskan di bentuk dari chlor- oethane dan toluena oleh antara 50 % dan 60 %. Keberhasilan dari dow “ kimia hijau “ inisiatif di midland, meskipun sederhana dalam hal penghematan biaya relatif terhadap anggaran tahunan dari kompleks, telah memberikan dorongan untuk inisiatif tambahan dari alam yang sama di perusahaan. Langkah-langkah serupa dirancang untuk perusahaan besar operasi manufaktur petrokimia di freeport, texas.Di samping itu perseroan telah menetapkan tujuan dari mengurangi kimia beracun emisi sebesar 50 untuk 90 % dari dekade berakhir pada 2005.Inisiatif serupa yang berlangsung, dengan perusahaan lain meningkatkan prospek dari banyak lebih rendah emisi kimia di masa depan.
21.1 PENDAHULUAN
Zat berbahaya adalah bahan yang dapat menimbulkan bahaya bagi kehidupan
organisme, bahan, struktur, atau lingkungan dengan ledakan atau kebakaran bahaya,
korosi, toksisitas pada organisme, atau efek merugikan lainnya. Apa, kemudian, adalah
limbah berbahaya? Meskipun telah telah menyatakan bahwa, 1 "Pembahasan tentang hal ini. Pertanyaan ini selama itu sia-sia, "definisi sederhana dari limbah berbahaya adalah bahwa itu adalah zat berbahaya yang telah dibuang, ditinggalkan, diabaikan,
dilepaskan atau ditunjuk sebagai bahan limbah, atau yang mungkin berinteraksi dengan lainnya. zat yang berbahaya. Definisi limbah berbahaya ditujukan secara lebih
rinci dalam Bagian 21.2, namun, dalam arti sederhana, itu adalah materi yang sudah ditinggalkan di mana seharusnya tidak dan itu bisa membahayakan makhluk hidup atau sekitarnya. Sejarah Hazardous Substances Manusia selalu terkena zat berbahaya, akan kembali ke zaman prasejarah ketika orang menghirup gas vulkanik beracun atau menyerah karbon monoksida dari kebakaran yang tidak cukup vented dalam gua tempat tinggal disegel terlalu baik melawan Ice Age-dingin. Budak di Yunani Kuno mengembangkan penyakit paru-paru dari tenun serat asbes mineral menjadi kain untuk membuatnya lebih tahan degradasi. Beberapa studi arkeologi dan sejarah telah menyimpulkan bahwa memimpin wadah anggur adalah penyebab utama keracunan timbal di kelas yang berkuasa lebih makmur dari Kekaisaran Romawi, yang mengarah ke perilaku tak menentu seperti fiksasi pada olahraga spektakuler peristiwa, defisit anggaran diatur kronis, pembelian spekulatif yang terlalu tinggi saham, trysts terlarang di kantor-kantor pemerintah, dan disalahpahami, terlalu ambisius usaha militer di negeri-negeri asing jauh. Alkemis yang bekerja selama Tengah yang Usia sering mengalami cedera dan penyakit melemahkan yang dihasilkan dari bahaya peledak dan bahan kimia beracun mereka. Selama tahun 1700-an, limpasan dari tambang-rampasan tumpukan mulai menciptakan masalah pencemaran yang serius di Eropa. Sebagai produksi pewarna dan bahan kimia organik lainnya yang dikembangkan dari industri tar batubara di Jerman selama tahun 1800-an, polusi dan keracunan dari produk sampingan tar batubara diamati. Oleh sekitar tahun 1900 kuantitas dan berbagai limbah kimia yang diproduksi setiap tahun adalah meningkat tajam dengan penambahan limbah seperti baja menghabiskan dan pengawetan besi minuman keras, memimpin limbah baterai, limbah kromat, limbah kilang minyak, radium limbah, dan limbah fluoride dari bijih aluminium pemurnian.
Sebagai abad berlangsung ke era Perang Dunia II, limbah dan produk sampingan berbahaya manufaktur meningkat tajam dari sumber seperti pembuatan pelarut diklorinasi, pestisida pengawet sintesis, pembuatan polimer, plastik, cat, dan kayu. Cinta Canal urusan tahun 1970-an dan 1980-an membawa limbah berbahaya ke perhatian publik sebagai isu politik besar di AS Mulai sekitar 1940, situs ini di Air Terjun Niagara, New York, telah menerima sekitar 20.000 metrik ton bahan kimia limbah yang mengandung setidaknya 80 bahan kimia yang berbeda. Pada tahun 1994, negara bagian dan federal
pemerintah telah menghabiskan lebih dari $ 100 juta untuk membersihkan situs dan pindah warga. Daerah lain yang mengandung limbah berbahaya yang mendapat perhatian termasuk sebuah Situs industri di Woburn, Massachusetts, yang telah terkontaminasi oleh limbah dari penyamakan kulit, pabrik pembuatan lem-, dan perusahaan kimia dating kembali ke sekitar 1850; Asam Stringfellow Pits dekat Riverside, California; Lembah Drums di Kentucky; dan Times Beach, Missouri, seluruh kota yang ditinggalkan karena kontaminasi oleh TCDD (dioxin). Masalah limbah berbahaya benar-benar internasional dalam scope.2 Sebagai hasil dari masalah dumping limbah seperti di negara-negara berkembang, 1989 Basel Konvensi tentang Pengendalian Gerakan Lintas Batas Limbah Berbahaya danPembuangan mereka diadakan di Basel, Swiss pada tahun 1989, dan p ada tahun 1998 telah ditandatangani oleh lebih dari 100 negara. Perjanjian ini mendefinisikan Daftar A panjang limbah berbahaya, a Daftar B limbah tidak berbahaya, dan Daftar C bahan yang belum terdata. Sebuah contoh materi tentang Daftar C adalah polyvinyl chloride (PVC) yang dilapisi kawat, yang berbahaya itu sendiri, tetapi dapat melepaskan dioksin atau logam berat ketika diobati termal.
Peraturan Perundang-Undangan Pemerintah di sejumlah negara telah mengeluarkan undang-undang untuk menangani bahan berbahaya dan limbah. Di AS, undang-undang tersebut sudah termasuk
berikut:
• Pengendalian Zat Beracun Act of 1976
• Konservasi Sumberdaya dan Recovery Act (RCRA) 1976 (diubah dan
reauthorized oleh Undang-Undang Limbah Berbahaya dan Solid Amandemen
(HSWA) 1984)
• Komprehensif Respon Lingkungan, Kompensasi, dan Kewajiban
Undang-Undang (CERCLA) tahun 1980
Undang-undang RCRA dikenakan US Environmental Protection Agency (EPA) dengan
melindungi kesehatan manusia dan lingkungan dari manajemen yang tidak benar dan
pembuangan limbah berbahaya dengan menerbitkan dan menegakkan peraturan yang berkaitan dengan itu
limbah. RCRA mengharuskan limbah berbahaya dan karakteristik mereka terdaftar dan
dikendalikan dari waktu asalnya hingga pembuangan atau penghancuran. Peraturan yang berkaitan dengan perusahaan menghasilkan dan mengangkut limbah berbahaya membutuhkan bahwa mereka menyimpan catatan rinci, termasuk laporan kegiatan dan bermanifestasi mereka memastikan pelacakan yang tepat dari limbah berbahaya melalui sistem transportasi. Kontainer disetujui dan label harus digunakan, dan limbah hanya dapat dikirim ke Fasilitas disetujui untuk pengobatan, penyimpanan, dan pembuangan. Ada sekitar 290 juta ton limbah diatur oleh RCRA. Di AS, sekitar 3.000 fasilitas terlibat dalam pengobatan, penyimpanan, atau pembuangan limbah RCRA.
CERCLA (Superfund) penawaran undang-undang dengan rilis aktual atau potensial
bahan berbahaya yang memiliki potensi untuk membahayakan orang atau sekitar
lingkungan di lokasi berbahaya-sampah yang tidak terkendali atau ditinggalkan di AS Tindakan membutuhkan pihak yang bertanggung jawab atau pemerintah untuk membersihkan situs limbah. Di Kalangan Tujuan utama CERCLA adalah sebagai berikut:
• Identifikasi Site
• Evaluasi bahaya dari situs sampah
• Evaluasi kerusakan sumber daya alam
• Pemantauan pelepasan zat berbahaya dari situs
• Penghapusan atau pembersihan limbah oleh pihak yang bertanggung jawab atau pemerintah
CERCLA diperpanjang selama 5 tahun dengan berlalunya Superfund
Perubahan dan Reauthorization Act (SARA) Tahun 1986, undang-undang dengan sangat
peningkatan cakupan dan penunjang dalam pendanaan. Sebenarnya lebih lama dari CERCLA, SARA mendorong pengembangan alternatif untuk pembuangan tanah yang mendukung permanen solusi mengurangi volume, mobilitas, dan toksisitas limbah; penekanan pada kesehatan masyarakat, penelitian, pelatihan, dan negara dan keterlibatan warga negara; dan pembentukan program baru untuk bocor underground tank (minyak bumi) penyimpanan. Setelah 1986 beberapa inisiatif legislatif baru berurusan dengan limbah berbahaya yang akan datang di As AS 1999, Kongres AS telah pergi selama enam tahun tanpa reauthorizing Superfund. Selama tahun 1999, baik DPR dan Senat sedang mempertimbangkan bagian dari undang-undang untuk reauthorize tindakan Superfund dalam form.3 diubah Pada tahun 1998, ada 1.359 situs Superfund ditunjuk, yang 509 situs, 37 persen dari total, telah dibersihkan dengan total biaya untuk perusahaan sebesar $ 15 billion.4 Dengan asumsi biaya yang sama untuk masing-masing situs yang tersisa, tambahan $ 25 miliar dana sektor swasta akan diperlukan untuk membersihkan mereka. The DuPont perusahaan, untuk Misalnya, mendaftarkan sebuah kewajiban yang masih harus dibayar dari $ 561.000.000 untuk limbah-situs pembersihan pada perusahaan 1997 laporan tahunan, turun dari $ 602.000.000 pada tahun 1995.
21.2 KLASIFIKASI BAHAN BERBAHAYA DAN LIMBAH
Banyak bahan kimia tertentu digunakan secara luas berbahaya karena mereka
reaktivitas kimia, bahaya kebakaran, toksisitas, dan properti lainnya. Ada berbagai macam zat berbahaya, biasanya terdiri dari campuran khusus zat kimia. Ini termasuk hal-hal seperti bahan peledak; cairan mudah terbakar; padatan yang mudah terbakar, seperti logam magnesium dan natrium hidrida; bahan oksidasi seperti peroksida; bahan korosif, seperti asam kuat; agen etiologi yang menyebabkan penyakit; dan bahan radioaktif.
Karakteristik dan Limbah Terdaftar
Untuk tujuan peraturan dan hukum di AS, zat berbahaya tercantum secara spesifik dan didefinisikan sesuai dengan karakteristik umum. Di bawah otoritas Konservasi Sumber Daya dan Recovery Act (RCRA),Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (EPA) mendefinisikan zat berbahaya dalam hal
karakteristik sebagai berikut:
• Ignitability, karakteristik zat yang cairan, uap dari yang
mungkin akan menyulut dengan adanya sumber pengapian; nonliquids yang dapat menangkap api dari gesekan atau kontak dengan air dan yang membakar penuh semangat atau
terus-menerus; gas terkompresi ignitable; dan oksidasi
• Corrosivity, karakteristik zat yang menunjukkan ekstrem keasaman atau kebasaan
atau kecenderungan untuk menimbulkan korosi baja
• Reaktivitas, karakteristik zat yang memiliki kecenderungan untuk menjalani kekerasan
Perubahan kimia (contoh adalah bahan peledak, bahan piroforik, air-reaktif
zat, atau sianida atau sulfida-bantalan limbah)
• Toksisitas, didefinisikan dalam hal prosedur ekstraksi standar yang diikuti oleh
analisis kimia untuk zat-zat tertentu
Selain klasifikasi dengan karakteristik, EPA menetapkan lebih dari 450 limbah terdaftar yang adalah zat atau kelas zat yang dikenal sebagai Pemba- ardous tertentu. Setiap zat tersebut diberikan sebuah nomor limbah berbahaya EPA dalam format surat diikuti oleh tiga angka, di mana surat yang berbeda ditugaskan untuk
zat dari masing-masing empat daftar berikut:
• F-jenis limbah dari sumber spesifik: Sebagai contoh, pendinginan air limbah
lumpur pengobatan dari panas logam mengobati operasi di mana sianida yang digunakan dalam proses (F012).
• K-jenis limbah dari sumber tertentu: Misalnya, ujung berat dari
penyulingan etilen diklorida produksi etilen diklorida (K019).
• P-jenis limbah berbahaya akut: Limbah yang telah ditemukan untuk menjadi fatal bagi
manusia dalam dosis rendah, atau dapat menyebabkan atau memberikan kontribusi signifikan terhadap peningkatan penyakit reversibel serius ireversibel atau melumpuhkan. Ini adalah spesies kimia sebagian besar tertentu seperti fluor (P056) atau 3-chloropropane nitril (P027).
• U-Type limbah berbahaya lain-lain: ini sebagian besar spesifik
senyawa seperti kalsium kromat (U032) atau anhidrida ftalat (U190).
C ompared dengan RCRA, CERCLA memberikan definisi yang agak luas berbahaya
zat yang meliputi:
• Setiap elemen, senyawa, campuran, solusi, atau substansi, rilis yang
substansial dapat membahayakan kesehatan masyarakat, kesejahteraan masyarakat, atau lingkungan
• Setiap elemen, senyawa, campuran, solusi, atau substansi dalam jumlah dilaporkan
ditunjuk oleh Bagian CERCLA 102
• zat tertentu atau polutan beracun yang ditunjuk oleh Polusi Air Federal
Control Act
• Setiap polutan udara berbahaya terdaftar di bawah Bagian 112 dari Clean Air Act
• Setiap zat kimia berbahaya dalam waktu dekat atau campuran yang telah subjek
tindakan pemerintah berdasarkan Pasal 7 dari Zat Beracun Control Act (TSCA)
• Dengan pengecualian yang ditangguhkan oleh Kongres di bawah Pembuangan Limbah Padat
Undang-undang, limbah berbahaya yang terdaftar atau memiliki karakteristik diidentifikasi oleh RCRA
Limbah Berbahaya
Tiga pendekatan dasar untuk mendefinisikan limbah berbahaya adalah (1) deskripsi kualitatif dengan asal, jenis, dan konstituen; (2) klasifikasi dengan karakteristik sebagian besar didasarkan pada prosedur pengujian; dan (3) dengan cara konsentrasi zat berbahaya tertentu. Limbah dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis umum seperti "menghabiskan pelarut terhalogenasi," atau sumber industri seperti "pengawetan minuman keras dari
manufaktur baja. "
Limbah Berbahaya dan Air dan Pengendalian Pencemaran Air
Agak paradoks, langkah-langkah yang diambil untuk mengurangi polusi udara dan air (Figure 21.1) memiliki kecenderungan untuk meningkatkan produksi limbah berbahaya. Sebagian besar proses pengolahan air menghasilkan lumpur atau minuman keras terkonsentrasi yang membutuhkan isasi stabil- dan pembuangan. Proses scrubbing udara juga menghasilkan lumpur. Rumah kantong dan debu yang digunakan untuk mengendalikan polusi udara semua menghasilkan jumlah yang signifikan dari padatan, beberapa di antaranya berbahaya.
21,3 SUMBER LIMBAH
Kuantitas limbah berbahaya yang dihasilkan setiap tahun tidak diketahui dengan pasti dan tergantung pada definisi yang digunakan untuk bahan-bahan tersebut. Pada tahun 1988, angka untuk limbah RCRA-diatur di AS ditempatkan di 290 juta ton. Namun, sebagian besar dari bahan ini adalah air, dengan hanya beberapa juta ton yang terdiri dari padatan. Beberapa limbah konten high-air-yang dihasilkan langsung oleh proses yang membutuhkan sejumlah besar air dalam pengolahan limbah, dan limbah cair lainnya diproduksi dengan mencampur limbah berbahaya dengan air limbah.
Beberapa limbah yang mungkin menunjukkan tingkat bahaya dibebaskan dari RCRA
peraturan oleh undang-undang. Limbah ini dibebaskan sebagai berikut:
• abu bakar dan penyikat lumpur dari pembangkit listrik oleh utilitas
• lumpur pengeboran minyak dan gas
• air garam sampingan dari produksi minyak bumi
• Semen kiln debu
• Limbah dan lumpur dari pertambangan dan benefisiasi fosfat
• limbah pertambangan dari uranium dan mineral lainnya
• limbah rumah tangga
Jenis Limbah Berbahaya
Dari segi kuantitas berat, jumlah terbesar adalah mereka yang berasal dari kategori yang ditunjuk oleh nomor limbah berbahaya didahului oleh F dan K, masing-masing. Mantan adalah mereka dari sumber tidak spesifik dan termasuk contoh berikut:
• F001-menghabiskan pelarut terhalogenasi yang digunakan dalam pembersih: timah hitam,
timah hitam, metilen klorida, 1,1,1-trikloroetan, karbon tetraklorida,
dan fluoro karbon diklorinasi; dan lumpur dari pemulihan pelarut ini
dalam operasi penghilangan.
• F004-Pelarut menghabiskan Non Halogenasi: kresol, asam cresylic, Dan nitro benzena;
dan masih dibawah dari pemulihan pelarut ini
• plating-bath solusi F007-Menghabiskan dari operasi elektroplating
• F010-Quenching-bath lumpur dari mandi minyak dari panas logam mengobati
Operasi
"K-type" limbah berbahaya adalah mereka dari sumber-sumber tertentu yang dihasilkan oleh
industri seperti pembuatan pigmen anorganik, kimia organik,
pestisida, bahan peledak, besi dan baja, dan logam nonferrous, dan dari proses
seperti penyulingan minyak bumi atau pengawetan kayu; beberapa contoh yang diberikan di bawah ini:
• K001-Bawahan sedimen lumpur dari pengobatan air limbah dari woodpreserving
proses yang menggunakan creosote dan / atau pentaklorofenol
• pengobatan K002-limbah lumpur dari produksi krom kuning dan
pigmen oranye
• K020-berat ujung (residu) dari distilasi vinil klorida di vinil klorida
produksi monomer
• K043-2,6-Dichlorophenol limbah dari produksi 2,4-D
• K047-Pink / air merah dari operasi TNT
• K049-Slop emulsi minyak padat dari industri penyulingan minyak bumi
• K060-Amonia kapur masih lumpur dari operasi kokas
• K067-elektrolit slimes anoda / lumpur dari produksi seng primer
Sisa dari limbah terdiri dari limbah reaktif, limbah korosif, limbah beracun,
limbah ignitable, dan "P" limbah (produk kimia komersial dibuang, spesifikasi mati
spesies, kontainer, dan residu tumpahan), "U" limbah, dan tidak ditentukan
jenis jenis.
Generator berbahaya-Limbah Beberapa ratus ribu perusahaan menghasilkan Limbah berbahaya dan AS, tetapi sebagian besar subsektor generator menghasilkan kuantitas hanya kecil. Penghasil limbah berbahaya tidak merata secara geografis di seluruh wilayah AS, dengan jumlah yang relatif besar Terletak di industri atas Midwest, includingï¼ negara bagian Illinois, Indiana, Ohio, Michigan, dan Wisconsin. Jenis industri generator berbahaya limbah dapat Dibagi antara tujuh Setelah kategori utama, masing-masing Mengandung beberapa 10-20% dari generator berbahaya limbah: bahan kimia dan sekutu produk manufaktur, industri minyak bumi yang berhubungan, logam fabrikasi, produk yang berhubungan dengan logam, listrik peralatan pembuatan, "semua manufaktur lainnya," dan non manufaktur dan generator non Ditentukan. Sekitar 10% dari generator menghasilkan Lebih dari 95% dari semua Limbah berbahaya. Bertindak sebagai di atas dicatat, jumlah generator berbahaya limbah didistribusikan relatif merata antara jenis utama beberapa industri, 70-85% dari Kuantitas Limbah berbahaya yang dihasilkan oleh industri kimia dan minyak bumi. Sisanya, sekitar 3/4 berasal dari industri yang berhubungan dengan logam, dan sekitar 1/4 dari semua industri lainnya.
21,4 BAHAN mudah terbakar
Kebanyakan bahan kimia yang mungkin untuk membakar sengaja adalah cairan. Cairan membentuk uap, yang biasanya lebih padat daripada udara, sehingga cenderung untuk menetap. Kecenderungan cairan untuk menyalakan diukur dengan tes yang cair dipanaskan dan secara berkala terkena api sampai campuran uap dan udara menyatu di permukaan cairan. Suhu di mana pengapian terjadi pada kondisi ini disebut titik nyala. Dengan definisi ini dalam pikiran, adalah mungkin untuk membagi bahan ignitable menjadi empat kelas utama. Sebuah mudah terbakar padat adalah salah satu yang dapat memicu dari gesekan atau dari panas yang tersisa dari pembuatannya, atau yang mungkin menyebabkan bahaya serius jika dinyalakan.
Bahan peledak tidak termasuk dalam klasifikasi ini. Sebuah cairan yang mudah terbakar adalah salah satu yang memiliki titik nyala di bawah 60.5˚C (141˚F). Suatu cairan yang mudah terbakar memiliki titik nyala lebih dari 60.5˚C, tetapi di bawah 93.3˚C (200F). Dimana gas adalah zat yang ada sepenuhnya di fase gas pada 0C dan 1 atm tekanan, dikompresi gas yang mudah terbakar memenuhi kriteria yang ditentukan untuk batas mudah terbakar yang lebih rendah, kisaran mudah terbakar (lihat di bawah), dan proyeksi api. Dalam mempertimbangkan pengapian uap, dua konsep penting adalah dari batas mudah terbakar dan jangkauan mudah terbakar. Nilai rasio uap-udara di bawah yang pengapian tidak dapat terjadi karena bahan bakar tidak cukup menentukan batas mudah terbakar rendah (LFL).
Demikian pula, nilai rasio uap-udara di atas yang pengapian tidak dapat terjadi karena udara tidak cukup menentukan batas mudah terbakar atas (UFL). Perbedaan antara batas atas dan bawah mudah terbakar pada suhu ified alamiah lainnya adalah rentang mudah terbakar. Persentase bahan yang mudah terbakar untuk pembakaran terbaik (campuran paling eksplosif) diberi label "optimal." Dalam kasus aseton, misalnya, campuran yang mudah terbakar yang optimal adalah 5,0% aseton. Salah satu masalah yang lebih bencana yang dapat terjadi dengan cairan yang mudah terbakar adalah cairan memperluas ledakan uap mendidih, Bleve. Ini disebabkan oleh penumpukan tekanan yang cepat dalam wadah tertutup cairan yang mudah terbakar dipanaskan oleh sumber eksternal. Ledakan terjadi ketika penumpukan tekanan cukup untuk memecahkan dinding kontainer.
Pembakaran Partikel halus TerbagiPartikel halus yang terpisah dari bahan mudah terbakar agak analog dengan uap sehubungan dengan mudah terbakar. Salah satu contohnya adalah semprotan atau kabut cairan karbon hidro di mana oksigen memiliki kesempatan untuk kontak intim denganpartikel cair menyebabkan cairan untuk menyalakan pada suhu di bawah titik flash. Ledakan debu dapat terjadi dengan berbagai macam padatan yang telah digiling ke keadaan halus dibagi. Banyak debu logam, terutama magnesium dan paduannya, zirkonium, titanium, dan aluminium, dapat membakar eksplosif di udara.
Dalam kasus aluminium, misalnya, reaksi adalah sebagai berikut:4AL (powder) + 3O2 (dari udara) → 2Al2O3. Debu batu bara dan biji-bijian debu telah menyebabkan banyak kebakaran fatal dan ledakan di tambang batu bara dan lift gandum, masing-masing. Debu polimer seperti selulosa asetat, polietilen, dan polystyrene juga bisa meledak.OksidasiBahan mudah terbakar mengurangi agen yang bereaksi dengan oksidasi (oksidator atau oksidan) untuk menghasilkan panas. Oksigen diatomik, O2, dari udara adalah pengoksidasi yang paling umum.
Banyak oksidasi adalah senyawa kimia yang mengandung oksigen dalam formula mereka. Halogen (Tabel periodik kelompok 7A) dan banyak senyawa mereka oksidasi. Contoh dari reaksi oksidator adalah HNO3 pekat dengan logam tembaga, yang memberikan gas NO2 beracun sebagai produk:4HNO3 + Cu → Cu (NO3) 2 + 2H2O + 2NO2. Ignition spontanZat yang terbakar secara spontan di udara tanpa sumber pengapian disebut piroforik. Ini termasuk beberapa elemen-putih fosfor, logam alkali (group 1A), dan bentuk bubuk magnesium, kalsium, kobalt, mangan, besi, zirkonium, dan aluminium. Juga termasuk beberapa senyawa organologam, seperti ethyllithium (LiC2H5) dan phenyllithium (LiC6H5), dan beberapa senyawa karbonil logam seperti besi pentakarbonil, Fe (CO) 5. Kelas utama lain dari senyawa piroforik terdiri dari logam dan metaloid hidrida, termasuk lithium hidrida, LiH; pentaborane, B5H9; dan arsine, AsH3. Kelembaban di udara sering merupakan faktor dalam pengapian spontan. Misalnya, hidrida lithium mengalami reaksi berikut dengan air dari udara lembab: LiH + H2O → LiOH + H2 + panas. Panas yang dihasilkan dari reaksi ini bisa cukup untuk menyalakan hidrida sehingga membakar di udara: 2LiH + O2 → Li2O + H2O Beberapa senyawa dengan karakter organologam juga piroforik.
Produk beracun Pembakaran
Beberapa bahaya yang lebih besar dari kebakaran berasal dari produk-produk beracun dan produk sampingan dari pembakaran. Yang paling jelas dari ini adalah karbon monoksida, CO, yang dapat menyebabkan
penyakit serius atau kematian karena bentuk karboksihemoglobin dengan hemoglobin dalam darah sehingga darah tidak lagi membawa oksigen ke jaringan tubuh. SO2 beracun, P4O10, dan HCl terbentuk oleh pembakaran belerang, fosfor, dan senyawa organoklorin, masing-masing. Sejumlah besar senyawa organik berbahaya seperti aldehid yang dihasilkan sebagai produk sampingan dari pembakaran. Selain membentuk karbon monoksida, pembakaran dalam kondisi kekurangan oksigen menghasilkan hidrokarbon aromatik polisiklik yang terdiri dari struktur cincin menyatu. Beberapa dari pound com, seperti benzo [a] pyrene, bawah, adalah precarcinogens yang ditindaklanjuti oleh enzim dalam tubuh untuk menghasilkan metabolit kanker memproduksi
21,5 BAHAN REAKTIF
Zat reaktif adalah mereka yang cenderung mengalami reaksi cepat atau kekerasandalam kondisi tertentu. Zat tersebut termasuk orang-orang yang bereaksi atau bentukberpotensi ledakan campuran dengan air. Contohnya adalah logam natrium, yang bereaksikuat dengan air sebagai berikut:
2na + 2H2O ® 2NaOH + H2 + panas (21.5.1)
Reaksi ini biasanya menghasilkan panas yang cukup untuk menyalakan natrium dan hidrogen. Bahan peledak merupakan kelas lain zat reaktif. Untuk tujuan peraturan,
zat yang menghasilkan gas atau uap beracun ketika mereka bereaksi dengan air, asam, atau dasar juga diklasifikasikan sebagai reaktif. Hidrogen sulfida atau hidrogen sianida adalah zat beracun paling umum dirilis dengan cara ini.
Panas dan suhu biasanya faktor yang sangat penting dalam reaktivitas. Banyak Sekali
reaksi memerlukan energi aktivasi untuk mendapatkan mereka memulai. Tingkat yang paling reaksi cenderung meningkat tajam dengan meningkatnya suhu dan reaksi kimia yang paling mengeluarkan panas. Oleh karena itu, sekali reaksi dimulai dalam campuran reaktif kurang memiliki cara yang efektif untuk pembuangan panas, angka tersebut meningkat secara eksponensial dengan waktu, yang mengarah ke sebuah acara tak terkendali. Faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi laju reaksi termasuk
bentuk fisik dari reaktan (misalnya, serbuk logam halus dibagi yang bereaksi
eksplosif dengan oksigen, sedangkan massa tunggal logam hampir tidak bereaksi), tingkat dan tingkat pencampuran reaktan, tingkat pengenceran media reaktif (solvent),
adanya katalis, dan tekanan. Beberapa senyawa kimia diri reaktif yang mengandung oksidan dan reduktor di kompleks yang sama. Nitrogliserin, sebuah ledakan kuat dengan rumus C3H5 (ONO2) 3 terurai secara spontan untuk CO2, H2O, O2, dan N2 dengan cepat pelepasan jumlah yang sangat tinggi energi. Nitrogliserin murni memiliki seperti yang melekat tinggi ketidakstabilan bahwa pukulan sedikit mungkin cukup untuk meledakkannya. Trinitrotoluene (TNT) juga bahan peledak dengan tingkat tinggi reaktivitas. Namun, secara inheren relatif stabil karena beberapa jenis perangkat meledakkan diperlukan untuk menyebabkannya meledak.
Struktur kimia dan ReaktivitasSeperti terlihat pada Tabel 21.3, beberapa struktur kimia yang terkait dengan tinggireaktivitas. Reaktivitas tinggi di beberapa senyawa organik hasil dari tak jenuhobligasi dalam rangka karbon, terutama di mana beberapa obligasi yang berdekatan(Allenes, C = C = C) atau dipisahkan oleh hanya satu karbon-karbon tunggal ikatan (diena,C = C-C = C). Beberapa struktur organik yang melibatkan oksigen sangat reaktif. Contohadalah oksiran, seperti etilen oksida,
C H H O HH C Ethylene oxide hidroperoksida (ROOH), dan peroksida (roor '), di mana R dan R' berdiri untuk hidrokarbongugus seperti kelompok metil, CH3. Banyak senyawa organik yang mengandungnitrogen bersama dengan karbon dan hidrogen yang sangat reaktif. Termasuktriazenes mengandung fungsi dengan tiga atom nitrogen (RN = NN), beberapa azo
Tabel 21.3 Contoh Reaktif Senyawa dan Struktur Nama Struktur atau formula
Nama
|
Struktur atau formula
|
Organic
|
|
Allienes
|
C=C=C
|
Dienes
|
C=C=C=C
|
Azo compounds
|
C-N=N-C
|
Triazenes
|
C-N=N-N
|
Hydroperoxides
|
R-OOH
|
Peroxides
|
R-OO-R’
|
Alkyl nitrates
|
R-O-NO2
|
Nitro compounds
|
R-NO2
|
Inorganic
|
|
Nitrous oxide
|
N2O
|
Nitrogen halides
|
NCI3, NI3
|
Interhalogen compounds
|
BrCI
|
Halogen oxides
|
CIO2
|
Halogen azides
|
CIN3
|
Hypohalites
|
NaCIO
|
Senyawa (RN = N-R '), dan beberapa nitril di mana atom nitrogen triply terikat
pada atom karbon: R C N nitrilKelompok fungsional yang mengandung oksigen dan nitrogen cenderung untuk memberikan reaktifitassenyawa organik. Contoh-contoh gugus fungsional seperti alkil nitrat (R-NO2), alkil nitrit (R-O-N = O), senyawa nitroso (R-N = O), dan nitro Senyawa (R-NO2). Banyak kelas yang berbeda dari senyawa anorganik yang reaktif. Ini termasuk beberapa senyawa halogen nitrogen (shock-sensitif triiodida nitrogen, Ni3, adalah contoh yang luar biasa), senyawa dengan ikatan logam-nitrogen (NaN3), halogen oksida (ClO2), dan senyawa dengan oksianion dari halogen. Sebuah contoh dari Kelompok terakhir dari senyawa amonium perklorat adalah, NH4ClO4, yang terlibatdalam serangkaian ledakan besar yang menghancurkan £ 8.000.000 senyawa dan menghancurkan sebuah £ 40.000.000 / tahun US tanaman bahan bakar roket dekat Henderson, Nevada, di
1988. (Pada akhir 1989 baru tanaman $ 92.000.000 untuk pembuatan amonium
perchlorate telah dibangun di dekat Cedar City di wilayah terpencil di barat daya
Utah. Hati-hati, bangunan di pabrik baru telah ditempatkan pada jarak jauh
dari satu sama lain!) Bahan peledak seperti nitrogliserin atau TNT adalah senyawa tunggal yang mengandung kedua oksidasi dan mengurangi fungsi dalam molekul yang sama. Zat tersebut biasa disebut senyawa redoks. Beberapa senyawa redoks bahkan lebih oksigen daripada yang dibutuhkan untuk reaksi lengkap dan dikatakan memiliki keseimbangan positif oksigen, beberapa memiliki persis jumlah stoikiometrik oksigen yang dibutuhkan (zero keseimbangan, pelepasan energi maksimum), dan lain-lain memiliki saldo negatif dan membutuhkan oksigen dari sumber luar untuk benar-benar mengoksidasi semua komponen. Trinitrotoluene memiliki saldo negatif substansial oksigen; amonium dikromat ((NH4) 2Cr2O7) memiliki saldo nol, bereaksi dengan stoikiometri tepat untuk H2O, N2, dan Cr2O3; dan nitrogliserin setia peledak memiliki keseimbangan positif, seperti yang ditunjukkan oleh reaksi berikut:
4C3H5N3O9 ® 12CO2 + 10H2O + 6N2 + O2 (21.5.2)
21.6 ZAT KOROSIF
Zat korosif dianggap sebagai yang melarutkan logam atau menyebabkan bahan teroksidasi terbentuk pada permukaan logam berkarat besi adalah contoh utama dan, untuk lebih luasnya, dapat menyebabkan kerusakan material, termasuk jaringan hidup, bahwa mereka saling terhubung. Kebanyakan korosif memiliki setidaknya satu dari empat jenis kimia berikut: (1) asam kuat, (2) basa kuat, (3) oksidan, (4) dehidrasi agen. Tabel 21.4 daftar beberapa zat korosif utama dan efeknya.
Asam Sulfat
Asam sulfat merupakan contoh utama dari zat korosif. Serta menjadi asam kuat, asam sulfat pekat juga agen dehidrasi dan oksidan. Kedekatan luar biasa H2SO4 dengan air digambarkan dari panas yang dihasilkan ketika air dan asam sulfat pekat dicampur. Jika hal ini dilakukan secara tidak benar dengan menambahkan air ke asam, didihan dan percikan dapat terjadi yang berkemungkinan mengakibatkan seseorang cedera. Efek merusak utama asam sulfat pada jaringan kulit adalah pengangkatan air dengan pelepasan panas secara bersamaan. Asam sulfat mengurai karbohidrat dengan menghilangkan air. Sebagai contoh, dalam kontaknya dengan gula, asam sulfat pekat akan bereaksi dan meninggalkan sisa hangus. Reaksinya sebagai berikut
C12H22O11 + H2SO4 - 11H2O (H2SO4) + 12C + panas (21.6.1)
Beberapa reaksi dehidrasi asam sulfat bisa sangat kuat. Sebagai contoh, reaksi dengan asam perklorat menghasilkan Cl2O7 tidak stabil, dan menghasikan ledakan keras. Asam sulfat pekat menghasilkan produk yang berbahaya atau beracun dengan sejumlah zat lain, seperti karbon monoksida yang beracun (CO) dari reaksi dengan asam oksalat,H2C2O4; bromin beracun dan sulfur dioksida (Br2, SO2) dari reaksi dengan natrium bromida, NaBr; dan beracun, klorin dioksida yang tidak stabil (ClO2) dari reaksi dengan natrium klorat, NaClO3.
Kontak dengan asam sulfat menyebabkan kerusakan jaringan yang parah mengakibatkan luka bakar parah yang mungkin sulit untuk disembuhkan. Menghirup asap asam sulfat atau kabutnya dapat merusak jaringan pada saluran pernapasan bagian atas dan mata. Paparan jangka panjang untuk asap atau kabut asam sulfat telah menyebabkan erosi gigi.
21.7 BAHAN BERACUN
Keracunan merupakan perhatian utama yang berurusan bahan berbahaya. Ini termasuk efek kronis jangka panjang baik dari eksposur terus-menerus atau periodik ke rendah tingkat racun dan efek akut dari paparan tunggal yang besar. Zat beracun dibahas secara lebih rinci dalam Bab 23.
Prosedur Pencucian Ciri Khas Keracunan
Untuk tujuan peraturan dan remediasi, tes standar yang dibutuhkan untuk mengukur kemungkinan zat-zat beracun masuk ke lingkungan dan menyebabkan kerugian bagi organisme. Lembaga Perlindungan Lingkungan A.S menetapkan tes yang disebut Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) dirancang untuk menentukan bahaya limbah beracun. Tes ini dirancang untuk memperkirakan ketersediaan untuk organisme dari kedua spesies anorganik dan organik dalam bahan-bahan berbahaya hadir sebagai cairan, padatan, atau beberapa campuran fase dan tidak menguji beracun langsung efek limbah. Pada dasarnya, prosedur terdiri dari pencucian bahan dengan pelarut dirancang untuk meniru lindi yang dihasilkan dalam sebuah situs pembuangan sampah kota, diikuti dengan analisis kimia dari lindi. Prosedur ini dibahas lebih rinci dalam Bab 26.
21.8 BENTUK FISIK DAN PEMISAHAN LIMBAH
Tiga kategori utama dari limbah berdasarkan bentuk fisik mereka adalah bahan organik, limbah air, dan lumpur. Bentuk-bentuk sangat menentukan tindakan yang diambil dalam mengobati dan membuang limbah. Tingkat segregasi, sebuah konsep yang diilustrasikan pada Gambar 21.2, sangat penting dalam mengobati, menyimpan, dan membuang berbagai jenis limbah. Hal ini relatif mudah untuk menangani limbah yang tidak dicampur dengan jenis lain dari limbah, yaitu orang yang sangat terpisah. Sebagai contoh, pelarut hidrokarbon menghabiskan dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam boiler. Namun, jika pelarut ini dicampur dengan pelarut menghabiskan organoklorin, produksi kontaminan hidrogen klorida selama pembakaran dapat mencegah penggunaan bahan bakar dan memerlukan pembuangan di insinerator berbahaya-limbah khusus. Selanjutnya pencampuran dengan lumpur anorganik menambah bahan mineral dan air. Kotoran ini menyulitkan proses pengobatan yang diperlukan dengan memproduksi abu mineral dalam pembakaran atau menurunkan nilai kalor dari bahan dibakar karena keberadaan air. Di antara jenis yang paling sulit dari limbah untuk menangani dan mengobati orang-orang dengan pemisahan paling tidak, dari mana "skenario terburuk" akan "encer lumpur yang terdiri dari campuran limbah organik dan anorganik," seperti yang ditunjukkan pada Gambar 21.2.
Konsentrasi limbah merupakan faktor penting dalam manajemen mereka. Limbah yang telah terkonsentrasi atau, sebaiknya, tidak pernah diencerkan umumnya jauh lebih mudah dan lebih ekonomis untuk menangani dari satu yang tersebar dalam jumlah besar air atau tanah. Berurusan dengan limbah berbahaya sangat difasilitasi ketika jumlah asli limbah diminimalkan dan limbah tetap dipisahkan dan terkonsentrasi sebanyak mungkin.
21.9 KIMIA LINGKUNGAN LIMBAH BERBAHAYA
Sifat bahan berbahaya, produksi mereka, dan apa yang membuat zat berbahaya limbah berbahaya yang dibahas dalam bagian sebelumnya dari bab ini. Bahan-bahan berbahaya biasanya menyebabkan masalah ketika mereka memasuki lingkungan dan memiliki efek merugikan pada organisme atau bagian lain dari lingkungan hidup. Oleh karena itu, penawaran bab ini dengan kimia lingkungan bahan berbahaya. Dalam membahas kimia lingkungan bahan berbahaya, akan lebih mudah untuk mempertimbangkan lima aspek berikut berdasarkan definisi kimia lingkungan:
▪Sumber ▪pengangkutan ▪reaksi ▪dampak ▪kematian
Hal ini juga berguna untuk mempertimbangkan lima bidang lingkungan sebagaimana didefinisikan dan dibahas dalam bab-bab lain dari buku ini:
▪antrosfer ▪geosfer ▪hidrosfer ▪atmosfer ▪biosfer
Bahan-bahan berbahaya hampir selalu berasal antrosfer, sering dibuang ke geosfer, dan sering diangkut melalui hidrosfer atau atmosfer. Perhatian terbesar bagi efek mereka biasanya di biosfer, terutama manusia. Gambar 21.3 merangkum hubungan ini.
Ada beberapa cara di mana limbah berbahaya masuk ke lingkungan. Meskipun sekarang jauh lebih dikendalikan oleh undang-undang pencegahan polusi, bahan berbahaya telah sengaja ditambahkan ke lingkungan oleh manusia. Air limbah yang mengandung berbagai zat beracun telah habis dalam jumlah besar ke saluran air. Gas berbahaya dan partikel telah dibuang ke atmosfir melalui tumpukan dari pembangkit listrik, insinerator, dan berbagai operasi industri. Limbah berbahaya telah sengaja menyebar di tanah atau ditempatkan di tempat pembuangan sampah di geosfer. Penguapan dan erosi angin bisa bergerak bahan berbahaya dari limbah pembuangan ke atmosfer, atau mereka mungkin kehabisan dari limbah pembuangan ke air tanah atau permukaan air. Tangki penyimpanan bawah tanah atau pipa bocor berbagai bahan ke dalam tanah. Kecelakaan, kebakaran, dan ledakan dapat mendistribusikan bahan berbahaya ke lingkungan. Sumber lain bahan tersebut terdiri dari benar dioperasikan pengolahan limbah atau fasilitas penyimpanan.
21.10 SIFAT FISIK DAN KIMIA DARI LIMBAH BERBAHAYA
Setelah mempertimbangkan generasi limbah berbahaya dari atmosfer, hal berikutnya yang perlu dipertimbangkan adalah sifat-sifat mereka, yang menentukan gerakan dan jenis lain dari perilaku. Properti ini secara umum dapat dibagi menjadi fisik.
Perilaku zat sampah di atmosfer sangat ditentukan oleh volatilitas mereka. Selain itu, kelarutan dalam air menentukan sejauh mana mereka kemungkinan akan dihapus dengan curah hujan. Kelarutan air adalah properti fisik yang paling penting dalam hidrosphere tersebut. Gerakan zat melalui aksi air di geosfer sangat ditentukan oleh tingkat penyerapan untuk soilo, strata mineral, dan sedimen.
Volatilitas merupakan fungsi dari tekanan uap senyawa. Tekanan uap pada suhu pqrticular dapat bervariasi selama bertahun-lipat. Cairan organik umum, dietil eter memiliki salah satu dari tekanan uap tertinggi, sedangkan yang dari polychlorinated biphenyls (PCB) yang sangat rendah. Ketika cairan yang mudah menguap hadir dalam tanah atau dalam air, kelarutan air yang juga menentukan bagaimana akan hal itu eveporates. Sebagai contoh, meskipun biols metanol pada suhu lebih rendah dari benzena, kelarutan jauh lebih rendah dari benzena dalam air berarti bahwa ia memiliki kecenderungan lebih besar untuk pergi dari hidrosfer atau geosfer ke atmosfer.
Yang lingkungan gerakan, efek, dan nasib senyawa berbahaya-limbah sangat terkait dengan sifat kimianya. Sebagai contoh, sebuah spesies kationik logam berat beracun, seperti Pb2+ ion, mungkin yang dipegang teguh oleh padatan tanah bermuatan negatif. jika memimpin adalah chelated oleh kelat EDTA anion, diwakili Y4-, akan jauh lebih mobile PbY2-, bentuk anionik. Oksidasi bisa sangat penting dalam pergerakan zat berbahaya. Negara yang berkurang dari besi dan mangan, Fe2 + dan Mn2 +, masing-masing, yang larut dalam air dan relatif mobile di hidrosfer dan geosfer. Namun, di negara-negara bersama mereka teroksidasi. Fe (III) dan Mn (IV), elemen ini hadir sebagai larut Fe2O3 . xH2O dan MnO2, yang hampir tidak memiliki kecenderungan untuk bergerak. Selain itu, ini besi dan mangan oksida akan menyerap ion logam berat, seperti Pb2+ dan Cd2+, mencegah gerakan mereka dalam bentuk larut.
Sifat utama dari bahan berbahaya dan sekitarnya yang menentukan transportasi lingkungan zat-zat tersebut adalah sebagai berikut:
> Sifat fisik dari zat, termasuk oressure uap dan kelarutan.
> Sifat fisik dari matriks sekitarnya
> Conditons fisik yang limbah dikenakan. Suhu yang lebih tinggi dan kondisi angin erosif memungkinkan zat yang mudah menguap untuk bergerak lebih mudah
> Kimia dan sifat biokimia wates. Zat yang kurang reaktif secara kimia dan kurang biodegradable akan cenderung bergerak lebih jauh sebelum mogok.
21.11 TRANSPORT, EFEK, DAN NASIB LIMBAH BERBAHAYA
Pengangkutan limbah berbahaya sebagian besar merupakan fungsi fisik
properti, sifat fisik matriks sekitar mereka, fisik kondisi yang mereka dikenakan, dan faktor kimia. Limbah sangat volatile jelas lebih mungkin diangkut melalui atmosfer, dan banyak lagi yang larut akan terbawa air. Limbah akan bergerak lebih jauh lebih cepat di berpori, berpasir formasi daripada di tanah padat. Limbah Volatile lebih mobile di bawah panas, berangin kondisi, dan yang larut selama periode hujan deras. Limbah yang lebih
kimia dan biokimia reaktif tidak akan bergerak sejauh limbah kurang reaktif
sebelum mogok.
Sifat Fisik Limbah
Sifat fisik yang besar limbah yang menentukan tanggungan mereka untuk
transportasi volatilitas, kelarutan, dan sejauh mana mereka diserap ke padatan,
termasuk tanah dan sedimen. Distribusi senyawa berbahaya limbah antara atmosfer dan
geosfer atau hidrosfer sebagian besar merupakan fungsi dari volatilitas senyawa. Biasanya, dalam hidrosfer, dan sering dalam tanah, senyawa berbahaya-sampah dilarutkan dalam air putih; Oleh karena itu, kecenderungan air untuk menahan senyawa merupakan faktor yang mobilitas. Sebagai contoh, meskipun etil alkohol memiliki tekanan uap yang lebih tinggi dan lebih rendah Suhu (77,8 ° C) dari toluena (110,6 ° C), uap senyawa terakhir mendidih lebih mudah berkembang dari tanah karena kelarutan terbatas dalam air dibandingkan dengan etanol, yang benar-benar larut dengan air. Faktor kimia
Sebagai gambaran faktor kimia yang terlibat dalam transportasi limbah, pertimbangkan spesies anorganik kationik yang terdiri dari ion-ion logam biasa. Spesies anorganik ini dapat dibagi menjadi tiga kelompok berdasarkan retensi mereka dengan mineral lempung. Elemen yang cenderung sangat ditahan oleh tanah liat termasuk kadmium, merkuri, timbal, dan seng. Kalium, magnesium, besi, silikon, dan NH4
+ Ion yang cukup ditahan oleh tanah liat, sedangkan natrium, klorida, kalsium, mangan, dan ion boron adalah buruk dipertahankan. Retensi tiga elemen terakhir mungkin bias dalam mereka tercuci dari tanah liat, sehingga retensi negatif (elusi) sering diamati. Saya T Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa retensi besi dan mangan adalah kuat fungsi oksidasi dalam bentuk penurunan Mn dan Fe relatif buruk dipertahankan, sedangkan bentuk teroksidasi Fe2O3 • xH2O dan MnO2 sangat larut dan tinggal di tanah sebagai padatan.
Pengaruh Limbah Berbahaya
Efek dari limbah berbahaya di lingkungan dapat dibagi antara efek pada organisme, efek pada bahan, dan efek pada lingkungan. Ini adalah ditangani secara singkat di sini dan secara lebih rinci dalam bagian berikutnya. Perhatian utama dengan limbah harus dilakukan dengan efek toksik terhadap hewan, tanaman, dan mikroba. Hampir semua zat berbahaya limbah beracun ke derajat, beberapa sangat begitu. Toksisitas limbah merupakan fungsi dari banyak faktor, termasuk sifat kimia limbah, matriks di mana itu terkandung,keadaan paparan, spesies terkena, cara pemaparan, tingkat eksposur, dan waktu paparan. Toksisitas limbah berbahaya dibahas di
lebih rinci dalam Bab 23.Sebagaimana disebutkan dalam Pasal 21.6, banyak limbah berbahaya yang merusak bahan, biasanya karena ekstrem pH atau karena kandungan garam terlarut.
Oksidan limbah dapat menyebabkan bahan mudah terbakar untuk membakar tak terkendali. Sangat reaktif limbah dapat meledak, menyebabkan kerusakan pada bahan dan struktur. Kontaminasi oleh limbah, seperti pestisida beracun dalam biji-bijian, dapat menyebabkan zat 'menjadi tidak layak untuk digunakan.Selain efek beracun dalam biosfer, limbah berbahaya dapat merusak udara, air, dan tanah. Limbah yang masuk ke udara dapat menyebabkan penurunan kualitas udara, baik secara langsung atau dengan pembentukan polutan sekunder. senyawa berbahaya limbah dilarutkan dalam, ditangguhkan, atau mengambang seperti film permukaan pada permukaan air dapat membuat itu tidak layak untuk digunakan dan untuk kelangsungan organisme akuatik.
Tanah terkena limbah berbahaya dapat rusak parah akibat perubahan yang sifat fisik dan kimia dan kemampuan untuk mendukung tanaman. Misalnya, tanah terkena air asin terkonsentrasi dari produksi minyak bumi dapat menjadi tidak dapat pertumbuhan tanaman dukungan sehingga tanah menjadi sangat rentan terhadap erosi.
Nasib Limbah Berbahaya
Nasib bahan berbahaya limbah dibahas secara lebih rinci dalam
bagian berikutnya. Seperti dengan semua polusi lingkungan, zat-zat tersebut akhirnya mencapai keadaan stabilitas fisik dan kimia, meskipun yang mungkin membutuhkan waktu bertahun-abad terjadi. Dalam beberapa kasus, nasib bahan berbahaya limbah adalah sederhana fungsi sifat dan sekitarnya fisiknya.
Nasib zat berbahaya-sampah di air adalah fungsi dari substansi yang kelarutan, densitas, biodegradasi, dan reaktivitas kimia. Padat, air bercampur Cairan mungkin hanya tenggelam ke bagian bawah badan air atau akuifer dan menumpuk di sana sebagai "gumpalan" cairan. Hal ini terjadi, misalnya, dengan ratusan ton limbah PCB yang telah terakumulasi dalam sedimen di Sungai Hudson di New York State. Zat Biodegradable dipecah oleh bakteri, a Proses dimana ketersediaan oksigen merupakan variabel penting. Zat yang mudah menjalani bioakumulasi yang diambil oleh organisme, kationik tukar
bahan menjadi terikat sedimen, dan bahan organophilic dapat diserap oleh bahan organik dalam sedimen.Nasib zat berbahaya-sampah di atmosfer sering ditentukan oleh reaksi fotokimia. Pada akhirnya, zat-zat tersebut dapat dikonversi menjadi nonvolatile, materi larut dan endapan dari atmosfer ke tanah atau tanaman.
21.12 HAZARDOUS WASTES AND THE ANTHROSPHERE
Sebagai bagian dari lingkungan di mana zat proses manusia , anthrosphere adalah sumber kotoran yang paling berbahaya. Bahan ini mungkin datang dari pabrik , aktivitas transportasi , pertanian , dan salah satu dari berbagai kegiatan anthrosphere .Limbah berbahaya yang mungkin ada dalam bentuk fisik dan dapat berupa cairan , seperti halogenated menghabiskan digunakan dalam pelarut degreasing; bagian sludges zat semisolid , seperti yang dihasilkan dari gravitasi pemisahan oilwater- dari campuran cair dalam pemurnian minyak; dan padat , baghouse seperti debu dari pembuatan obat obatan.
Melepaskan dari limbah berbahaya dari anthrosphere umumnya terjadi melalui kejadian seperti tumpahan cairan , terkadang pembuangan gas atau uap , kebakaran , ledakan, dan konservasi sumber daya dan pengambilan tindakan ( rcra ) peraturan dirancang untuk meminimalkan seperti terkadang melepaskan anthrosphere dan untuk mengatasi hal itu terjadi ketika mereka yang terkandung dalam 40 40 dari cfr 265.31 ( judul kode peraturan federal , bagian 265.31 ) .Di bawah peraturan tersebut , hazardous-waste tenaga yang diperlukan untuk memiliki peralatan tertentu , personil yang terlatih , dan prosedur yang melindungi kesehatan manusia dalam acara rilis , dan yang memfasilitasi remediation jika terjadi sebuah rilis .Sarana komunikasi yang efektif untuk mengumpulkan bantuan darurat dan harus memberikan instruksi yang tersedia .Juga mensyaratkan kemampuan dinas pemadam kebakaran yang termasuk alat pemadam kebakaran dan air yang memadai .Untuk mengatasi tumpahan , fasilitas yang wajib ada di tangan absorbents , seperti butiran tanah liat vermiculite , atau dalam bentuk absorbents.
Sebagaimana penjelasan di atas , anthrosphere yang berasal dari limbah berbahaya .Akan tetapi , untuk sebagian besar , mereka bergerak , memiliki efek , dan berakhir di anthrosphere juga .Sejumlah besar dari zat-zat berbahaya yang digerakkan oleh truk , kereta api , kapal , dan pipa .Tumpahan dan melepaskan dari gerakan tersebut , mulai dari kebocoran kecil dari bencana kecil wadah untuk melepaskan dari bangkai kapal tanker minyak bumi , yang umum terjadi .Banyak usaha di bidang perlindungan lingkungan hidup yang dapat dilakukan untuk meminimalkan menguntungkan dan peningkatan keamanan dari zat-zat berbahaya yang harus melalui anthrosphere.
Di amerika serikat, transportasi zat berbahaya yang diatur di u.s. Department of Transportation (DOT). Satu cara bagaimana hal ini dilakukan adalah dengan dokumen dinyatakan sistem yang dirancang untuk mencapai tujuan yang berikut:
· Bertindak sebagai alat pelacak untuk membangun tanggung jawab untuk generasi , gerakan , pengobatan , dan pembuangan limbah .
· Dengan cara mewajibkan yang nyata untuk menemani limbah , seperti saat kendaraan truk , hal itu menyediakan informasi mengenai tindakan yang tepat untuk mengambil selama keadaan darurat seperti tabrakan , tumpahan , kebakaran , atau ledakan .
· Bertindak sebagai dasar untuk dokumentasi dan pelaporan recordkeeping.
Banyak efek samping dari zat-zat berbahaya di anthrosphere. Salah satu contoh utama dari korosi tersebut terjadi sebagai efek dari bahan yang tidak atau asam kuat yang menyerang bahan dasar atau sebaliknya .Pemadam kebakaran dan ledakan dari bahan-bahan berbahaya bisa menyebabkan kerusakan parah infrastruktur untuk anthrospheric .
Nasib dari bahan berbahaya adalah sering di anthrosphere. Salah satu contoh utama dari bahan tersebar di anthrosphere terdiri dari cat berbasis timah anti korosi yang tersebar pada anggota struktural baja.
21.13 LIMBAH BERBAHAYA DI geosfer
Sumber, transportasi, interaksi, dan nasib limbah berbahaya kontaminan
di geosfer melibatkan skema yang rumit. Seperti diilustrasikan dalam gambar, ada banyak vektor dimanalimbah berbahaya bisa masuk ke air tanah. Lindi dari TPA dapat bergerak sebagailimbah membanggakan terbawa oleh air tanah, pada kasus yang berat mengalir ke sungai ataumenjadi akuifer di mana ia dapat mencemari air sumur. Selokan dan pipa mungkin bocor zat berbahaya dalam geosfer. Zat tersebut merembes dari laguna limbah dalam strata geologi, akhirnya mencemari air tanah. Limbah pencucian dari situs di mana mereka telah tersebar di lahan untuk pembuangan atau sebagai sarana pengobatan dapat mencemari air tanah dan geosfer. Dalam beberapa kasus, limbah dipompa kesumur dalam sebagai sarana pembuangan.
Pergerakan konstituen berbahaya-sampah di geosfer sebagian besar oleh
Tindakan air yang mengalir di segumpal limbah. Kecepatan dan
tingkat aliran limbah tergantung pada banyak faktor. Faktor-faktor hidrologi seperti
gradien air dan permeabilitas formasi yang solid di mana sampah
bergerak membanggakan penting. Laju aliran biasanya agak lambat, biasanya beberapa sentimeter per hari. Sebuah aspek penting dari pergerakan limbah melalui
geosfer adalah pelemahan dengan strata mineral. Hal ini terjadi karena senyawa limbah yang diserap ke padatan oleh berbagai mekanisme. Ukuran redaman
dapat dinyatakan dengan koefisien distribusi, Kd,
Kd = Cs (9.13.1)
Cw
di mana CS dan CW adalah konsentrasi kesetimbangan dari konstituen pada padatan dan
dalam larutan, masing-masing. Hubungan ini mengasumsikan perilaku yang relatif ideal
bahan berbahaya yang dipartisi antara air dan padatan (sorbat yang). A
ekspresi yang lebih empiris didasarkan pada persamaan Freundlich,
CS = KFCeq
1 / n (9.13.2)
di mana dan KF dan 1 / n adalah konstanta empiris.
Sumber dan pergerakan limbah berbahaya di geosfer.
Beberapa sifat penting dari padatan menentukan tingkat penyerapan. Satu
Faktor jelas adalah luas permukaan. Sifat kimia permukaan juga penting.
Di antara faktor-faktor kimia penting adalah adanya tanah liat sorptive, logam hidro
oksida, dan humus (sangat penting untuk penyerapan zat organik).
Secara umum, penyerapan zat terlarut berbahaya limbah lebih tinggi di atas permukaan air dizona tak jenuh tanah. Wilayah ini cenderung memiliki luas permukaan yang lebih tinggi dan mendukung proses biodegradasi aerobik.Sifat kimia lindi yang penting dalam proses sorptive dari zat berbahaya dalam geosfer. Pelarut organik atau deterjen dalam lindiakan melarutkan bahan organik, mencegah retensi mereka dengan padatan. Lindi
Asam
cenderung melarutkan logam oksida,M (OH) 2 (s) + 2H + ® M2 + + 2H2O (9.13.3)
sehingga mencegah penyerapan logam dalam bentuk larut. Ini adalah alasan yang lindi dari tempat pembuangan sampah kota, yang mengandung asam organik lemah, sangat rentan terhadap logam transportasi. Solubilisasi oleh asam sangat penting dalam gerakan ion logam berat.Logam berat adalah salah satu konstituen berbahaya limbah yang paling berbahaya yangdiangkut melalui geosfer. Banyak faktor yang mempengaruhi gerakan mereka dan redaman. Suhu, pH, dan alam mengurangi (seperti yang diungkapkan oleh negatif log aktivitas elektron, pE) dari medium pelarut yang penting. Sifat padatan, terutama kelompok-kelompok fungsional kimia anorganik dan organik pada permukaan, kapasitas kation-tukar, dan luas permukaan padatan sebagian besar menentukan redaman ion logam berat. Selain yang diserap danmenjalani pertukaran ion dengan padatan geospheric, logam berat dapat mengalamiproses oksidasi-reduksi, mengendapkan padatan yang sedikit larut (terutama sulfida), dan dalam beberapa kasus, seperti yang terjadi dengan merkuri, menjalani mikroba Reaksi metilasi yang menghasilkan spesies organologam mobile.Pentingnya agen chelating berinteraksi dengan logam dan meningkatkan mereka mobilitas telah digambarkan oleh efek pengkelat ethylenediaminetetraacetic Asam (EDTA) pada mobilitas logam berat radioaktif, terutama 60Co.8
The EDTA dan kelat lainnya agen, seperti asam diethylenetriaminepentaacetic
(DTPA) dan asam nitrilotriacetic (NTA), yang digunakan untuk melarutkan logam di dekontaminasi
fasilitas radioaktif dan codisposed dengan bahan radioaktif di
Oak Ridge National Laboratory (Tennessee) selama periode 1951-1965.
Tanpa diduga tingginya tingkat mobilitas logam radioaktif yang diamati, yang
dikaitkan dengan pembentukan spesies anionik seperti 60CoT - (mana T3- adalah
chelating NTA anion). Sedangkan spesies logam kationik unchelated yang sangat
ditahan di tanah dengan reaksi presipitasi dan proses pertukaran kation,
Co2 + + 2OH- ® Co (OH) 2 (s) (9.13.4)
2Soil} -H + + Co2 + ® (Soil} -) 2CO2 + + 2H + (9.13.5)
Proses ikatan anion sangat lemah, sehingga spesies logam anionik chelated
tidak sangat terikat. Alami asam agen chelating humat juga mungkin
terlibat dalam gerakan bawah permukaan logam radioaktif. Hal ini sekarang umumnya
menerima bahwa buruk biodegradable, agen chelating yang kuat, yang EDTA adalah
contoh utama, akan memfasilitasi transportasi radionuklida logam, sedangkan oksalat dan
sitrat tidak akan melakukannya karena mereka membentuk kompleks yang relatif lemah dan mudah biodegraded. Biodegradasi agen chelating cenderung menjadi proses yang lambat di bawah kondisi bawah permukaan.
Tanah dapat rusak parah akibat zat berbahaya limbah. Bahan tersebut
dapat mengubah sifat fisik dan kimia tanah dan dengan demikian kemampuannya untuk mendukung tanaman. Beberapa insiden yang lebih bencana yang tanah telah rusak oleh
paparan bahan berbahaya muncul dari kontaminasi tanah dari SO2
dipancarkan dari tembaga atau timah smelter, atau dari air asin dari produksi minyak bumi.Kedua kontaminan ini menghentikan pertumbuhan tanaman dan, tanpa efek mengikat sistem akar tanaman yang layak, tanah lapisan atas dengan cepat hilang oleh erosi.Kasus malang pembuangan yang tidak tepat limbah berbahaya ke dalam
geosfer telah terjadi di seluruh dunia. Sebagai contoh, pada bulan Desember 1998
Diduga bahwa Formosa Plastics telah dibuang 3000 ton yang mengandung merkuri
limbah di Kamboja, hasil sampingan lumpur yang dihasilkan oleh chloralkali yang
prcess elektrolit untuk menghasilkan klorin dan natrium hidroksida. Selanjutnya,
tempat pembuangan ilegal yang mengandung merkuri ditemukan di banyak tempat di Taiwan, menyebabkan masalah lingkungan besar.
21.14 LIMBAH BERBAHAYA DI hidrosfer
Zat-zat berbahaya limbah bisa masuk hidrosfer sebagai lindi dari limbah tempat pembuangan sampah, drainase dari kolam limbah, rembesan dari saluran pembuangan, atau limpasan dari tanah. Disengaja rilis ke saluran air juga terjadi, dan merupakan masalah khusus dalam negara-negara dengan penegakan lingkungan longgar. Ada, oleh karena itu, berbagai cara dimana bahan berbahaya dapat masuk hidrosfer.
Untuk sebagian besar, hidrosfer adalah dinamis, sistem bergerak, sehingga menyediakan mungkin berbagai paling penting dari jalur untuk memindahkan hazardouswaste spesies dalam lingkungan. Setelah di hidrosfer, spesies berbahaya limbah dapat menjalani sejumlah proses dimana mereka terdegradasi, dipertahankan, dan berubah. Ini termasuk proses kimia umum precipitationdissolution, Reaksi asam basa, hidrolisis, dan reaksi oksidasi-reduksi. Juga termasuk adalah berbagai proses biokimia yang, dalam banyak kasus, mengurangi bahaya, namun dalam beberapa kasus, seperti biomethylation merkuri, sangat meningkatkan risiko yang ditimbulkan oleh limbah berbahaya.
Sifat unik dari air memiliki pengaruh yang kuat pada lingkungan kimia limbah berbahaya di hidrosfer. Sistem perairan tunduk perubahan konstan. Air bergerak dengan aliran air tanah, aliran sungai, dan konveksi arus. Badan air menjadi bertingkat sehingga oksigen rendah mengurangi kondisi mungkin menang di daerah bawah badan air, dan ada konstan interaksi dari hidrosfer dengan bidang lingkungan lainnya. Ada sebuah terus pertukaran bahan antara air dan lingkungan lainnya bola. Organisme dalam air mungkin memiliki pengaruh yang kuat pada bahkan buruk biodegradable spesies berbahaya limbah melalui mekanisme bioakumulasi.
Gambar 21.5 menunjukkan beberapa aspek yang berhubungan dengan bahan berbahaya-sampah dibadan air, dengan penekanan pada peran yang kuat dimainkan oleh sedimen. Sebuahjenis yang menarik dari bahan berbahaya-sampah yang dapat terakumulasi dalam sedimen terdiri dari padat, cairan air bercampur yang dapat tenggelam ke dasar tubuh air atau akuifer dan tetap di sana sebagai "gumpalan" cairan. Ratusan ton PCB limbah telah terakumulasi dalam sedimen di Sungai Hudson di New York State dan adalah subyek perdebatan sengit tentang bagaimana untuk memulihkan masalah. Spesies berbahaya limbah menjalani sejumlah fisik, kimia, dan biokimia proses dalam hidrosfer yang sangat mempengaruhi efek dan nasib mereka. Itu yang utama adalah sebagai berikut:
• Reaksi Hidrolisis adalah mereka yang molekul dibelah dengan penambahan dari molekul H2O. Contoh dari reaksi hidrolisis hidrolisis dibutil ftalat, Limbah Berbahaya Nomor U069: Senyawa yang menghidrolisis biasanya mereka, seperti ester dan asam anhidrida, awalnya dibentuk dengan menggabungkan dua molekul lain dengan hilangnya H2O.
• Reaksi hujan, seperti pembentukan larut memimpin sulfidadari timbal larut ion (II) di daerah anaerobik badan air: Pb2 + + HS- ® PbS (s) + H + Bagian penting dari proses presipitasi biasanya agregasi partikel koloid pertama kali dibentuk untuk menghasilkan massa kohesif. Endapan spesies sering relatif rumit, seperti garam dasar timbal karbonat, 2PbCO3 • Pb (OH) 2. Logam berat, bahan umum spesies berbahaya limbah diendapkan di hidrosfer, cenderung membentuk hidroksida, karbonat, dan sulfat dengan OH-, HCO3-, Dan SO4 Ion 2-
yang biasanya hadir dalam air, dan sulfida kemungkinan akan dibentuk di daerah bawah badan air di mana sulfida yang dihasilkan oleh anaerobik bakteri. Logam berat sering dikaitkan lagi sebagai konstituen kecil beberapa senyawa lain, atau diserap oleh permukaan lain yang solid.
• Reaksi oksidasi-reduksi umumnya terjadi dengan berbahaya limbah bahan dalam hidrosfer, umumnya dimediasi oleh mikroorganisme. Sebuah Contoh dari proses tersebut adalah oksidasi amonia menjadi ion nitrit beracun dimediasi oleh bakteri Nitrosomonas:
NH3 + 3 / 2O2 ® H + + NO2- (S) + H2O
• proses biokimia, yang sering melibatkan hidrolisis dan oxidationreduction reaksi. Asam organik dan agen chelating, seperti sitrat, diproduksi oleh aksi bakteri dapat melarutkan ion logam berat. Bakteri juga memproduksi bentuk alkohol dari logam, terutama merkuri dan arsenik.
• Reaksi Fotolisis dan fenomena kimia lain-lain. Fotolisis senyawa berbahaya-sampah di hidrosfer yang biasa terjadi pada film permukaan yang terkena sinar matahari di atas air.
Senyawa berbahaya limbah memiliki sejumlah efek pada hidrosfer. Mungkin yang paling serius ini adalah kontaminasi air tanah, yang pada beberapa kasus dapat hampir ireversibel. Senyawa limbah terakumulasi dalam sedimen, seperti sungai atau muara sedimen. Senyawa berbahaya-limbah terlarut dalam, ditangguhkan, atau mengambang seperti film permukaan di permukaan air dapat membuat itu tidak layak untuk digunakan dan untuk kelangsungan organisme akuatik.
Banyak faktor yang menentukan nasib zat berbahaya-sampah di air. Di antaranya adalah substansi yang kelarutan, densitas, biodegradasi, dan kimia reaktivitas. Seperti dibahas di atas dan di Bagian 21,16, biodegradasi sangat menentukan nasib zat berbahaya-sampah di hidrosfer. Selain biodegradasi, beberapa zat terkonsentrasi pada organisme oleh bioakumulasi proses dan mungkin menjadi disimpan dalam sedimen sebagai hasilnya. Bahan organophilic dapat diserap oleh bahan organik dalam sedimen. Kation bertukar sedimen memiliki kemampuan untuk mengikat spesies kationik, termasuk ion logam kationik dan organik bahwa bentuk kation.
21.15 LIMBAH BERBAHAYA DI ATMOSFER YANG
Bahan kimia berbahaya limbah dapat memasuki atmosfer oleh penguapan dari situs berbahaya limbah, oleh erosi angin, atau dengan rilis langsung. Bahan kimia berbahaya limbah biasanya tidak berkembang dalam jumlah yang cukup besar untuk menghasilkan udara sekunder polutan. (Polusi udara sekunder dibentuk oleh proses kimia di atmosfer. Contohnya adalah asam sulfat yang terbentuk dari emisi sulfur oksida danasap fotokimia oksidasi terbentuk dalam kondisi cerah dari nitrogen oksida dan hidrokarbon.) Oleh karena itu, spesies dari sumber berbahaya limbah biasanya dari paling memprihatinkan di atmosfer sebagai polutan utama yang dipancarkan di daerah lokal di Situs berbahaya limbah. Contoh masuk akal polutan udara primer berbahaya limbah bahan kimia termasuk gas asam korosif, terutama HCl; uap organik beracun, seperti sebagai vinil klorida (U043); dan gas anorganik beracun, seperti HCN berpotensi dirilis oleh pencampuran disengaja sianida limbah:
H2SO4 + 2NaCN ® Na2SO4 + 2HCN(g) (21.15.1)
Polutan udara primer seperti ini hampir selalu menjadi perhatian hanya berdekatan dengan situs atau pekerja yang terlibat dalam situs remediasi. Salah satu substansi seperti yang telah bertanggung jawab untuk keracunan fatal di situs berbahaya limbah, biasanya tank yang menjalani pembersihan atau pembongkaran, sangat gas hidrogen sulfida beracun, H2S.
Karakteristik penting dari bahan berbahaya limbah yang masuk Suasana potensi polusi. Hal ini mengacu pada tingkat lingkungan menyebabkan kerugian dari polutan sekunder.
Karakteristik lain dari bahan berbahaya limbah yang menentukan ancaman untuk atmosfer adalah waktu tinggal, yang dapat dinyatakan oleh perkiraan atmosfer paruh, t1 / 2. Di antara faktor-faktor yang masuk ke atmosfer memperkirakan paruh adalah kelarutan air, tingkat curah hujan, dan tingkat pencampuran atmosfer.
Senyawa berbahaya-sampah di atmosfer yang memiliki air yang signifikan kelarutan biasanya dikeluarkan dari atmosfer oleh pelarutan dalam air. Air dapat berupa awan atau kabut partikel yang sangat kecil atau mungkin hadir sebagai tetesan hujan.
Beberapa spesies berbahaya-sampah di atmosfer dikeluarkan oleh adsorpsi ke partikel aerosol. Biasanya, proses adsorpsi berlangsung cepat sehingga seumur hidup spesies adalah bahwa partikel aerosol (biasanya beberapa hari). adsorpsi ke partikel padat adalah mekanisme penghapusan yang paling umum untuk sangat nonvolatile konstituen seperti benzo [a] pyrene.
Deposisi kering adalah nama yang diberikan untuk proses dimana berbahaya limbah spesies dikeluarkan dari atmosfer oleh pelampiasan ke tanah, air, atau tanaman di permukaan bumi. Angka ini tergantung pada jenis zat, yang Kondisi alam permukaan yang mereka hubungi, dan cuaca
Sejumlah besar zat berbahaya limbah meninggalkan atmosfer jauh lebih cepat dari yang diperkirakan oleh pembubaran, adsorpsi ke partikel, dan kering deposisi, yang berarti bahwa proses kimia harus dilibatkan. Yang terpenting ini adalah reaksi fotokimia, biasanya melibatkan radikal hidroksil, HO •.
Spesies atmosfer reaktif lainnya yang dapat bertindak untuk menghapus berbahaya limbah senyawa ozon (O3), atom oksigen (O), radikal peroksil (HOO •), alkylperoxyl radikal (ROO •), dan NO3. Meskipun konsentrasi di troposfer adalah relatif rendah, HO • begitu reaktif yang cenderung mendominasi kimia
proses yang menghilangkan spesies berbahaya limbah dari udara. Hidroksil mengalami radikal Reaksi abstraksi yang menghapus atom H dari senyawa organik,
R-H + HO• ® R• + H2O (9.15.2)
dan dapat bereaksi dengan yang mengandung ikatan tak jenuh dengan penambahan seperti yang digambarkan oleh reaksi berikut:
Produk radikal bebas yang sangat reaktif. Mereka bereaksi lebih lanjut untuk membentuk oksigen spesies, seperti aldehida, keton, dan organik dehalogenated, akhirnya mengarah pembentukan partikel atau bahan yang larut dalam air yang mudah memulung dari atmosfer.
Photodissociation langsung senyawa berbahaya-sampah di atmosfer dapat terjadi oleh aksi cahaya panjang gelombang yang lebih pendek yang panjangnya sampai troposfer dan diserap oleh molekul dengan cahaya menyerap kelompok yang disebut kromofor:
R–X + hn ® R• + X• (9.15.4)
Di antara faktor-faktor yang terlibat dalam menilai efektivitas penyerapan langsung cahaya untuk menghilangkan spesies dari atmosfer adalah intensitas cahaya, hasil kuantum (Reaksi kimia per kuantum diserap), dan pencampuran atmosfer. Itu kebutuhan kromofor yang cocok membatasi fotolisis langsung sebagai penghapusan suatu Mekanisme untuk sebagian besar senyawa selain alkena terkonjugasi, senyawa karbonil, beberapa halida, dan beberapa senyawa nitrogen, terutama senyawa nitro, semua yang umum terjadi pada limbah berbahaya.
21,16 LIMBAH BERBAHAYA DI BIOSFER
Mikroorganisme, bakteri, jamur, dan, sampai batas tertentu, protozoa dapat bertindak secara metabolic pada zat berbahaya-sampah di lingkungan. Sebagian besar zat ini yang antropogenik (yang dibuat oleh aktivitas manusia), dan sebagian besar diklasifikasikan sebagai molekul xenobiotik yang asing bagi sistem kehidupan. Meskipun menurut sifatnya Senyawa xenobiotik tahan degradasi, hampir semua kelas dari mereka-Nonhalogenated alkana, alkana terhalogenasi (trikloroetana, diklorometana), Nonhalogenated senyawa aril (benzena, naftalena, benzo [a] pyrene), terhalogenasi senyawa aril (hexachlorobenzene, pentaklorofenol), fenol (fenol, kresol), polychlorinated biphenyls, ester ftalat, dan pestisida (Chlordane, parathion) - dapat setidaknya sebagian terdegradasi oleh berbagai mikroorganisme.
Bioakumulasi terjadi di mana limbah terkonsentrasi di jaringan organisme. Ini merupakan mekanisme penting dimana limbah masuk rantai makanan. Biodegradasi terjadi ketika limbah dikonversi oleh proses biologis untukmolekul umumnya lebih sederhana; konversi lengkap untuk spesies anorganik sederhana,
seperti CO2, NH3, SO42-, dan H2PO4- / HPO4-, Disebut mineralisasi. Produksi dari produk yang kurang beracun proses biokimia yang disebut detoksifikasi. Sebuah Contohnya adalah biokonversi organofosfat paraoxon sangat beracun untuk pnitrophenol, yang hanya sekitar l / 200 sebagai beracun:
Metabolisme mikroba dalam Degradasi Limbah Istilah dan konsep berikut berlaku untuk proses metabolisme dimana mikroorganisme terurai zat berbahaya limbah:
• Biotransformasi merupakan perubahan enzimatik suatu zat dengan mikroorganisme.
• Metabolisme adalah proses biokimia dimana biotransformasi adalah terbawa.
• Katabolisme adalah proses enzimatik dimana molekul yang lebih kompleks dipecah menjadi kurang yang kompleks.
• Anabolisme merupakan proses enzimatik dimana molekul sederhana dirakit menjadi biomolekul yang lebih kompleks.
Dua divisi utama metabolisme biokimia yang beroperasi pada berbahaya limbah spesies proses aerobik yang menggunakan molekul O2 sebagai sumber oksigen dan proses anaerobik, yang memanfaatkan oksidan lain. Misalnya, ketika sulfat ion bertindak sebagai oksidan (reseptor elektron) yang SO4 transformasi 2- ® H2S terjadi. (Ini memiliki manfaat memberikan sulfida, yang endapan logam larut sulfida dengan adanya limbah logam berat berbahaya.) Karena molekul oksigen tidak menembus ke kedalaman seperti itu, proses anaerobik mendominasi di sedimen yang mendalam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 21.5.
Untuk sebagian besar, senyawa antropogenik menolak biodegradasi lebih kuat daripada senyawa alami. Mengingat sifat xenobiotik zat, ada sedikit sistem enzim dalam mikroorganisme yang bertindak langsung pada zat ini, terutama dalam membuat serangan awal pada molekul. Sehubungan Dengan Itu, kebanyakan senyawa xenobiotik ditindaklanjuti dengan proses yang disebut cometabolism, yang terjadi bersamaan dengan proses metabolisme normal. Contoh yang menarik dari cometabolism disediakan oleh jamur busuk putih, Phanerochaete chrysosporium, yang telah dipromosikan untuk pengobatan organochlorides berbahaya seperti PCB, DDT, dan chlorodioxins. Jamur ini menggunakan kayu mati sebagai sumber karbon dan memiliki sistem enzim yang memecah lignin kayu, degradasi tahan biopolimer yang mengikat selulosa dalam kayu. Di bawah sesuai kondisi, sistem enzim ini serangan organochloride senyawa dan memungkinkan merek mineralisasi.
Mikroorganisme bervariasi dalam kemampuan mereka untuk mendegradasi senyawa berbahaya-limbah; hampir tidak pernah tidak mikroorganisme tunggal memiliki kemampuan untuk benar-benar termineralisasi senyawa limbah. Bakteri aerobik melimpah dari Pseudomonaskeluarga sangat mahir senyawa sintetik merendahkan seperti bifenil, naftalena, DDT, dan banyak senyawa lainnya. Actinomycetes, mikroorganisme yang secara morfologis mirip dengan bakteri dan jamur, menurunkan berbagai senyawa organik termasuk alkana degradasi tahan dan lignoselulosa, seperti serta pyridines, fenol, aryls nonchlorinated, dan aryls diklorinasi.
Karena kebutuhan mereka untuk (anoxic) kondisi bebas oksigen, anaerob Bakteri rewel dan sulit untuk belajar. Namun, mereka dapat memainkan penting Peran dalam mendegradasi biomassa, terutama melalui proses hidrolisis di mana molekul dipecah dengan penambahan H2O. Bakteri anaerob mengurangi oksigen kelompok fungsional organik. Sebagai contoh, mereka mengkonversi senyawa nitro untuk amina, menurunkan nitrosamin, mempromosikan deklorinasinya reduktif, mengurangi kelompok epoksida untukalkena, dan memecah struktur aril. Deklorinasinya parsial PCB oleh bakteri tumbuh secara anaerob dalam sedimen sungai PCB yang terkontaminasi seperti di New York Hudson River telah skema remediasi limbah PCB reported.11 memiliki telah diusulkan yang menggunakan deklorinasinya anaerobik yang lebih tinggi PCB diklorinasi dan degradasi aerobik dari products.12 kurang sangat diklorinasi
Jamur yang sangat terkenal karena kemampuan mereka untuk menyerang rantai panjang dan kompleks hidrokarbon, dan lebih sukses dari bakteri dalam serangan awal pada PCB senyawa. Potensi busuk jamur putih, Phanerochaete chrysosporium, untuk mendegradasi senyawa biodegradasi tahan, terutama organochloride spesies, sebelumnya dicatat.
Mikroorganisme phototrophic, ganggang, bakteri fotosintetik, dan cyanobacteria yang melakukan fotosintesis memiliki tubuh lipid yang menumpuk senyawa lipofilik. Ada beberapa bukti yang menunjukkan bahwa organisme ini dapat menyebabkan fotokimia degradasi senyawa yang tersimpan.
Secara biologis, perhatian terbesar dengan limbah harus dilakukan dengan efek beracun pada hewan, tumbuhan, dan mikroba. Hampir semua zat berbahaya-limbah beracun untuk gelar, beberapa sangat begitu. Toksisitas sangat bervariasi dengan sifat fisik dan kimia dari limbah, matriks di mana itu terkandung, yang jenis dan kondisi spesies terbuka, dan cara, derajat, dan waktu eksposur.
Keterangan:
4. Beri Nama dan Pilih Alamat
Penjelasan:
Note :
Keterangan:
4. Beri Nama dan Pilih Alamat
Note :
