Uçucu Organik Bileşikler (VOC’ler): Sanayide Etkileri ve Yönetimi

Bir sanayi tesisinde, Uçucu Organik Bileşikler (VOC’ler) hem iç hem de dış ortamdaki hava kirleticilerinin bir parçasıdır. VOC terimi çok çeşitli kimyasal maddeleri kapsar.

Ortak özellikleri nedir? Karbon ve hidrojenden oluşurlar ve ortam koşullarında ya gaz fazında ya da kolayca buharlaşan sıvı fazdadırlar. VOC’ler hava kalitesi üzerinde etkili olup, insan sağlığı, çevre ve ekonomi üzerinde sonuçlar doğurmaktadır. Bu nedenle Avrupa düzeyinde resmi olarak tanımlanmış ve ulusal düzeyde tercüme edilmiştir. VOC’lerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini bilmek, uygun önleyici tedbirleri almanıza yardımcı olur. Hava kalitesi üzerinde etkisi olan VOC’lerin fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında bilgi sahibi olmanız için hızlı bir genel bakış.

VOC’lerin düzenleyici tanımı

Belirli faaliyet ve tesislerdeorganik çözücülerin kullanımından kaynaklanan uçucu organik bileşiklerin emisyonlarının sınırlandırılmasına ilişkin 11 Mart 1999 tarih ve 1999/13/EC sayılı Konsey Direktifinin 2. Maddesi, §16 ve §17’de aşağıdaki iki tanım yer almaktadır:

Organik bileşik: “metan hariç olmak üzere, karbon ve hidrojen içeren, halojenler (örn. flor, klor, brom, iyot), oksijen, kükürt, azot veya fosfor gibi diğer atomlarla yer değiştirebilen, karbon oksitler (örn. CO₂) ve karbonatlar (Örneğin: CO₃^2-) ve bikarbonatlar(örn. HCO₃^–) . ”

Uçucu organik bileşik (VOC) : 293,15 K(20°C) sıcaklıkta 0,01 kPa veya daha fazla buhar basıncına sahip olan veya belirli kullanım koşulları altında karşılık gelen bir uçuculuğa sahip olan herhangi bir organik bileşik.

Direktif, Çevre Kanunu Madde R224-48’de Fransız yasalarına aktarılmıştır. VOC’yi “101.3 kPa standart basınçta ölçülen ilk kaynama noktası 250°C’ye eşit veya daha düşük olan herhangi bir organik bileşik” olarak tanımlamaktadır.

Uçuyorlar mı? Evet, ama az ya da çok! VOC’lerin fiziksel sınıflandırması

Ortam hava kalitesini etkileyen VOC emisyonlarının ölçeğini anlamak için konsantrasyonlarını bilmemiz gerekir. Bunu yapmak için fiziksel bir özelliğe güveniyoruz: uçuculuk.

Uçuculuk, bir maddenin ortam sıcaklığı ve basıncında buharlaşma yeteneğidir.

VOC’ler uçucudur, ancak az ya da çok uçucudur. Bir VOC’nin uçuculuğu buhar basıncına bağlı olduğundan, etkin doygunluk konsantrasyonu ???????? (µg^.m-3 cinsinden) bir sınıflandırma kriteri olarak kullanılabilir. VOC’nin moleküler ağırlığı arttıkça uçuculuk da azalır. VOC’ler yapılarındaki karbon atomu sayısına göre de sınıflandırılabilir.

volatiliteden volatilite olmayana	karbon atomu sayısı	etkin doygunluk konsantrasyonu ????????
VOC Çok uçucu ila uçucu	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatility Intermediate	12 ≤ nb C ≤ 18	103 μg.m-3 <???????? ≤106 μg.m-3
COSVYarı Volatil	18 < nb C ≤ 32	10-1 μg.m-3 <???????? ≤103 μg.m-3
CONV Oda sıcaklığında uçucu olmayan (parçacık)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Ortam sıcaklığında uçucu olmayan organik bileşiklerin (NVOCC) belirli kullanım koşulları altında, endüstriyel süreçlerle bağlantılı olarak veya bir kaza (yangın, patlama) durumunda buharlaşacağı unutulmamalıdır.

VOC’lerin bir başka sınıflandırması kaynama sıcaklığını kriter olarak alır.

Volatilite	Kaynama sıcaklığı
Yüksek derecede uçucu	< (50 – 100 °C)
Uçucu	(50 – 100 °C) ila (240 – 260 °C)
Yarı uçucu	(240 – 260 °C) ila (380 – 400 °C)

VOC’ler ve kokular

Bazı VOC’ler kokusuzdur (bütan, propan). Diğer VOC’ler az ya da çok karakteristik bir kokuya sahip olabilir. Sülfür bileşikleri, aminler, oksijen bileşikleri (ketonlar, aldehitler) ve bazı aromatik bileşikler özellikle kokuludur.

VOC’lerin kimyasal yapılarına göre sınıflandırılması

VOC’ler, çok çeşitli yapı ve özelliklere sahip geniş bir kimyasal bileşik sınıfıdır. Onları bu sınıfta bir araya getiren hava, su ve toprak kirleticileri olarak ortak etkileridir. Bununla birlikte, yapıları ve özellikle C ve H dışındaki atom gruplarının varlığı, kimyasal özelliklerini ve dolayısıyla insanlar ve doğa için toksisitelerini ve sonuç olarak ekonomik etkilerini etkiler.

VOC yapısal kriterleri

VOC’ler, her biri kirletici özelliklerinin doğasına ve derecesine katkıda bulunan, münhasır olmayan çeşitli yapısal kriterlere göre ayırt edilir:

• döngüsel(bir daire şeklinde kapanan karbon atomlarızinciri ) ve döngüsel olmayan(kapalı olmayankarbon zinciri, C atomları doğrusal bir şekilde birbirine bağlanır);
• aromatik(benzen halkası adı verilen ve her biri bir hidrojen atomuna bağlı 6 karbon atomundan oluşan belirli bir altıgen karbon zinciri) ve aromatik olmayan(bu özel konfigürasyona sahip olmayan birzincir);
• monosiklik(tek bir halkalıkarbon zinciri) ve polisiklik(ortak bir veya iki karbon atomu ile bağlanmış birkaç özdeş halka)
• homosiklik(yalnızca C’den oluşan bir halka) ve heterosiklik(karbon ve karbon yerine geçen diğer atomları içeren bir halka);
• doymuş(sadece tek karbon bağlarınınvarlığı ) ve doymamış(çift veya üçlü karbon bağları). Doymamışlık VOC’leri daha reaktif hale getirir, bu da toksisiteleri üzerinde bir etkiye sahiptir. Aromatik yapıların tümü doymamış yapılardır.
• dallanmamış ve dallanmış(ana karbon zinciri, ya sadece C ve H atomlarından oluşan gruplardan ya da daha sonra onlara karakteristik bir reaktivite [fonksiyonel grup] veren diğer atomları içeren bir veya daha fazla dala sahiptir).

VOC’lerin Sınıflandırılması

İki ana VOC kategorisi vardır: aromatik VOC’ler ve alifatik (a romatik olmayan) VOC’ler.

Aromatik VOC’ler temel iskelet olarak bir benzen halkasına sahiptir. Birkaç alt kategoriye ayrılabilirler:

• Hepsi toksik ve ekotoksik olan BTEX (Benzen, Toluen, Etilbenzen, Ksilen’in kısaltması) dahil olmak üzere Monosiklik Aromatik Hidrokarbonlar.
• Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar (PAH’lar), kanserojen özelliklere sahiptir. Fosil yakıtların (petrol, kömür) oluşumu sırasında veya organik maddelerin tam olmayan yanması sırasında (petrol ısıtması, orman yangınları, vb.) sentezlenirler.
• Benzen halkasının bir veya daha fazla C atomunun yukarıdaki tanımda belirtilenler gibi başka atomlarla (veya atom gruplarıyla) ikame edildiği aromatik heterosiklik bileşikler veya aromatik heterosiklikler.

Alifatik VOC’ler (= aromatik olmayan VOC’ler), a ile molekülleri içerir:

• doymuş: alkanlar ; örneğin, tutkallarda, yapıştırıcılarda ve yağ giderme sıvılarında kullanılan hekzan _C6H14 , benzin buharlarında bulunur. Solunum ve perkütan yollarla vücuda girebilir. Solunmasının etkileri baş dönmesinden bilinç kaybına kadar değişir. Deri teması dermatite neden olur.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • alkenler (çift karbon bağı); örnek: çoğu meyve ve sebze tarafından olgunlaştırma maddesi olarak salınan etilen _C2H4, egzoz boruları, propanla çalışan forkliftler ve ışık etkisi altındaki plastik torbalar tarafından yayılır. Solunduğunda baş dönmesi, baş ağrısı ve bilinç kaybına neden olabilir ve sera etkisine katkıda bulunur;
  • alkinler (üçlü karbon bağı); örnek: etin veya asetilen_C2H2; son derece yanıcı ve patlayıcıdır, kaynak için veya belirli analiz ekipmanlarında yakıt olarak kullanılır.

Alkanlar, alkenler ve alkinler de yapıları içerir:

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • veya doğrusal. Örnek n-hekzan.
  • veya dallanmış.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Moleküller birkaç döngüden oluşabilir
    • ya 2 ortak karbon atomu ile bağlıdır; örnek: polisiklik sikloalkanlar
    • veya 1 ortak karbon atomu ile bağlı: spiranlar.
  • Halka karbondan başka atomlar da içerebilir (heterosikl)
  • Bir halka dallanmış olabilir. Örneğin, metilsiklohekzan _(C6H11CH3), organik sentez için bir baz olarak, eterler ve selüloz için bir çözücü olarak ve bir havacılık yakıtı olarak kullanılır. Solunum yollarına, merkezi sinir sistemine, cilde ve gözlere zarar verebilir.

Eğer alifatik veya aromatik yapı, belirli alkan türevleri veya PAH’lar gibi bir fonksiyonel grup (kendisine ayırt edici kimyasal özellikler kazandıran bir atom grubu) olarak tanımlanan bir dala sahipse, VOC hava kalitesi üzerinde belirli bir etkiye sahip olacaktır. VOC’ler daha sonra belirli bir aile içinde sınıflandırılır:

• Halojenli VOC’ler, örneğin klorometan CH₃Cl
• Sülfür içeren VOC’ler, örneğin β-merkaptoetanol _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • VOC alkolleri, örneğin etilen glikol _C2H6O2; antifriz, solvent, fren sıvıları, boyalar vb. olarak kullanılır. Solunması öksürük ve baş ağrısına neden olurken, yutulması karın ağrısı ve mide bulantısına neden olur.
  • VOC ketonlar, örneğin aseton _C3H6O, boya, cila, kauçuk ve plastik endüstrilerinde vb. kullanılan bir çözücüdür. Son derece uçucudur, havada yüksek konsantrasyon olduğunda büyük miktarlarda solunabilir. Akciğerler yoluyla kan dolaşımına girebilir ve vücuda yayılabilir. Semptomlar burun tahrişinden merkezi sinir sistemi depresyonuna kadar değişir.
  • VOC aldehitler, örneğin _CH2Oformaldehit, tüm endüstriyel sektörlerde az ya da çok salınır ve kanserojen olarak kabul edilir.
  • VOC eterler, örneğin etilen glikol nbütil eter(EGBE) _C6H14O2,
  • VOC ester, örneğin metil asetat _C3H6O2.
• Nitro VOC’ler, örneğin nitroetan _C2H5NO2, solunum yollarını tahriş eder, kanı değiştirebilir ve konvülsiyonlara neden olabilir.
• Anilin gibi amino VOC’ler iş kıyafetlerine, duvarlara, makinelere ve tezgahlara kolayca adsorbe olur.

Binlerce madde VOC tanımına uymaktadır. Tüm endüstriyel sektörlerde hava kalitesini etkilerler. Ne olduklarını bilmek, bir sanayi tesisinde havadaki gazlar ve tozlarla nasıl reaksiyona girdiklerini anlamamızı sağlar. Daha sonra, özellikle kaynakta yakalama, filtreleme ve arıtma açısından kimyasal bileşimlerine uyarlanmış önleyici tedbirler alınabilir.