HAVA KİRLENMESİ VE

KONTROLÜ DERS

NOTLARI

Prof. Dr. CUMA BAYAT

T.C. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Ders Programı

1) Hava Kirliliği Tarihsel Gelişimi

2) Hava Kirliliği Çeşitleri, Etki ve Kaynakları

3) Ölçüm Birimleri

4) Çeşitli Hava Kirleticiler

5) Hava Kirlenmesinin Etkileri

6) Meteoroloji, Duman Davranışı ve Dispersiyon

7) Bacalar ve Hava Kirlenmesi Kontrolu

8) Kirletici Kaynak ve Envanteri

9) Partikül Madde (Toz) Kontrolu

10) Gaz ve Buharların Kontrolunde Genel İlkeler

1

TARİHSEL GELİŞİM

Atmosferdeki ilk kirlilik doğal bir kökene dayanır.

- Volkanlardan ya da orman yangınlarından çıkan duman,

- Kül ve gazlar,

- Kurak havzalardaki fırtınalardan çıkan kum ve tozlar,

- Rutubetli ve düşük katmanlardaki sis,

- Dağlık havzalardaki çam ağaçlarından sızan doğal reçineler

Hava kirlenmesi, atmosferin doğal bileşimini değiştiren herhangi

bir kirleticinin (örneğin; toz, duman, gaz, sis ya da buhar vb.)

belirli miktar ve sürede havada bulunması halinde, insana, bitkiye

ve hayvanlara zarar vermesi ya da bu canlıların yaşamını

engellenmesi şeklinde tanımlanabilir.

Volkanik patlamalar gibi özel koşullar dışında, doğal kaynakların kirlilikleri

genel olarak kendi başına, yaşam ve yapılar için ciddi tehlikeler

yaratmazlar.

Ateşin keşfedilmesiyle hava kirlenmesi sorunları başlamıştır.

2

Milat'dan önce 61 yılında filozof Seneca Roma’nın ağır havasını ve yanan

şöminelerden yayılan pis kokuyu tanımlamıştı.

1273’de ise kral I. Edward, Londra üzerinde yayılan duman ve is

karışımından rahatsız olarak deniz kömürü yakılmasını yasaklamıştır. Kral

Edward’ın bu emrinden sonra ormanların yağmalanması başlamıştır.

Kraliçe Elizabeth I zamanında şikâyetler Kraliyete kadar yükselmiş ve

şehrin sabahları oluşan doğal sisi şikâyet konusu olmuştur. Şehrin yoğun

sisi ile smogun birbirine karışması sonucu meydana gelen kirlilik asırlar

sonra bile anılır olmuştur.

Türklerde çevre bilincini gösteren belgelere 15. yy.’dan itibaren Osmanlı

arşivlerinde rastlanmaktadır. Osmanlı padişahlarından Fatih Sultan

Mehmet, İstanbul’un genel temizliği için bir ferman yayınlatmıştır.

1539’da Kanuni Sultan Süleyman tarafından yayınlanan Osmanlı

kanunnamelerinde çevre temizliği ile ilgili 12 maddelik bir ferman

yazılmıştır. Bu maddelerin tümü su kirlenmesi ve şehir temizliği ile ilgilidir.

1661’de bir İngiliz bilim adamı J.Evelyn bir broşür yayınladı. John Evelyn’in

bu broşüründe önerilen koşullara hala tam olarak uyulmamıştır. Bu

broşürde, bugün de hala önerilmekte olduğu gibi; Londra’dan tüm

duman üreten ünitelerin uzaklaştırılması ve şehrin çevresinde bir

yeşil kuşağın sağlanması gibi radikal bir önemi bulunmaktadır.

Tablo 1’de görüldüğü gibi, hava kirliliği problemleri sonucu meydana gelen

olayların kayıtları 1873 yıllarına ulaşmaktadır Ancak, tüm dünyada

endüstrileşmenin yoğunlaştığı 1890’lı yıllardan sonra zehirlenme ve ölüm

olayları hız kazanmıştır.

3

Hava kirlenmesinin üstesinden gelebilmek için, duman kontrol kanunları

da dahil olmak üzere benzer açıklamalar 1881’de Chicago ve Cincinnati’de

yapılmıştır.

Tablo-1.1. Hava Kirliliği Sürelerinde Kayıtlara Geçmiş Hastalık Oranı ve Ölümler

Yıl ve Ay Yer Ölüm Kayıtları

Hastalık Kayıtları

1873, 9-11Aralık

Londra, İngiltere

Yalnızca kirlenme kayıtlara geçmiştir

1880, 26-29 Ocak

Londra, İngiltere

Yalnızca kirlenme kayıtlara geçmiştir

1892, 28-30 Aralık

Mense Valley, Belçika

63 6000

1948, Ekim Donora, Pennsylvania

17 6000

1948, 26 Kasım-1Ar.

Londra, İngiltere

700-800

1952, 5-9Aralık Londra, İngiltere

4000

1953, Kasım Newyork, Newyork

17

1956, 3-6 Ocak Londra, İngiltere

1000

1957, 2-5Aralık Londra, İngiltere

700-800

1958 Newyork,Newyork

1959, 26-31 Ocak

Londra, İngiltere

200-250

1962, 5-10 Aralık

Londra İngiltere 700

1963, 7-22 Ocak

Londra-İngiltere

700

1963, Ocak, 12 Şub

Newyork, Newyork

200-400

Bugüne kadar bu ve benzer grupların çabalarına rağmen atmosferdeki

kirliliğin önlenebilmesi için dünyada bir ortak hareket sağlanamamıştır.

1930’da Belçika’nın oldukça büyük endüstri havzası olan Mense vadisinde

duman ortalığı alt üst etmiş ve 63 kişi hayatın kaybetmiş, binlerce kişi

hastalanmıştır.

4

Aradan geçen 18 yıl sonra benzer koşullar, yani diğer bir hava kirlenmesi

Birleşik Amerika’da yaşanmış, 17 kişi ölmüş ve Pennsylvania’nın

Donora’sındaki insanların % 43’ ü hastalanmıştır.

İngiltere’de 1948 yılında hava kirlenmesinden Londra’da 700-800 kişinin

öldüğü kayıtlara geçmiştir.

Londra’daki bu smog felaketinden yaklaşık dört yıl sonra hava kirliliğinin

sonuçlarına daha uzun süre katlanabilmek imkansızlaştır. 1952 yılının 4

Aralık perşembe günü yüksek sıcaklıktaki bir hava kütlesi kuzey

İngiltere’ye doğru hareket etmiştir. Sıcaklıktaki bu değişim, Londra’nın

üstünde beyaz bir dumanın yerleşmesine neden olmuştur. Kömürle yapılan

ısıtma ve enerji üretim sistemleri nedeni ile aşırı kömürün kullanılması

partikül ve kükürtdioksit seviyelerinde artma meydana getirmiştir ve

birikim başlamıştır. Yüksek basınçlı hava saplanıp kalmış ve smog’u

dağıtacak bir hava akımı olmadığından kirliliğin artmasının önüne

geçilememiştir. Ertesi sabah görüş sıfıra düşmüş ve bir gözlemci beyaz bir

tişörtün 20 dakika içinde karardığını tespit etmiştir. Smog şiddetli bir

şekilde insanların solunum sistemini tahriş ederken insanların çoğunun

gözleri kızarmaya, boğazları yanmaya ve öksürmeye başlamıştır. Peşi sıra

smog’a bağlanan ölümler gelmeye başlamıştır. Yaşlı ve kronik solunum

problemleri olanların ölümüyle başlayan felaket, işlerini smog içinde

yapmaya çalışan genç ve normalde sağlıklı olanlarda da sağlık sorunlarına

sebep olmuştur. Bu sırada, duman yükselmeye başlamadan önce nedeni

hava kirliliği olan 4000 ölüm kayda geçmiştir. Bu çevre felaketinden sonra

Britanyalılar 1956 yılına kadar temiz hava için mücadele etmişler ve 1956

yılında sorunlarını kısmen de olsa çözmüşlerdir. 1955’de Birleşik

Amerika’da yaşanan problemleri çözebilmek için Hava Kirliliği Kontrol

Kanunu kabul edildi. Ancak, fazla başarılı olamayan bu ilk kanunun yerine

1963’de Temiz Hava Kanunu çıkartıldı. Bu yeni kanun, bir yandan belediye,

bölge, mevzi programlarını teşvik ederken bir yandan da federal

hükümetin üstünlüğünü koruyarak gerektiğinde bir şehirde yaşayanların

diğer bir şehrin kirliliğinden zarar görmesinin önüne geçilmesine hizmet

etmiştir. Bu kanun, aynı zamanda 1970'in hava kalitesi ve emisyon

standartlarının çıkarılmasında önemli rol oynamıştır. 1970’te çıkarılan

5

Temiz Hava Kanunu yeni kurulacak olan Çevre Koruma Kurumuna (EPA)

yürütme hakkını tanımıştır. Kanun birinci ve ikinci derece dış ortam hava

kalite standartlarına da açıklık getirmiştir. Amerika Birleşik Devletleri

1977'deki Temiz Hava Kanununda yapılan bazı değişikliklerle var olan

yasaları daha da güçlendirirken, atmosferin temizlenmesi doğrultusunda

ulusal bir hedefte birleşmiş oldular. Bu değişiklikler enerjinin korunumunu

hiçe sayan eksiklikleri de gidermiştir.

Cumhuriyetin kurulmasıyla yoğun bir şehirleşme ve kalkınma hamlesinin

başlaması sonucu Türkiye’de çevre sorunları kendini hissettirmiştir. Bunun

sonucu, önce su kaynaklarına yönelik, daha sonraki yıllarda ise kentlerdeki

altyapıya yatırımlar yapılmaya başlanmıştır. Son yirmi yılda çevre

sorunlarını çözmeye yönelik ciddi adımlar atılmıştır.

Türkiye’de hava kirliliğinin yoğun bir şekilde hissedilmesine, 1973 enerji

krizi neden olmuştur. 1973 ve 1976 yıllarındaki iki petrol krizinden

sonra, Türkiye’de enerji ihtiyacını karşılayabilmek için pahalıya mal olan

ithal sıvı yakıt yerine linyit kullanılmaya başlanmıştır. Kalori değeri düşük

ve kirlilik potansiyeli yüksek olan bu kömürler beraberinde şehirlerimize

hava kirliliğini getirmiştir.

Cumhuriyet tarihimizde çevre sorunlarına ilk işaret eden 1982

Anayasasıdır. Bu Anayasaya bağlı olarak 9 Ağustos 1983 yılında 2872

sayılı Çevre Kanunu yürürlüğe girmiştir. Bu kanun bir çerceve kanunu

olduğundan su, katı atık, hava kirlenmesi ile ilgili Yönetmeliklerle

desteklenmiştir. 2 Kasım 1986 yılında Hava Kalitesinin Korunması

Yönetmeliği Resmi gazetede yayınlanarak yürürlüğe girmiştir.

6

HAVA KİRLENMESİNİN DÜNYADAKİ ÖNEMLİ SONUÇLARI

Hava kirliliğini ve kontrolünü anlamada gerekli ilk adım atmosferin bileşim

ve yapısını anlamaktır. Atmosferdeki her bir gazın toplam listesi Tablo da

verilmiştir.

Tablo. Dünya atmosferindeki değişik gazların kütleleri

Kütlesel debileri verilen atmosferdeki gazların hacimsel yüzdeleri yere

yakın bölgeler için hacimsel % olarak Tablo da verilmiştir.

Soluduğumuz havanın bulunduğu troposfer hacimsel olarak %78 Azot

(N2), %21 Oksijen (O2), %1 Argon (Ar) ve %0.03 Karbondioksit

(CO2) içermektedir.

Tablo. Troposfer Tabakasındaki Gazın Bileşimi

Gaz Konsantrasyon(ppm)

Konsantrasyon (% Hacim)

Azot (N2) 780.000 78.09Oksijen (O2) 209.500 20.95Argon (Ar) 9.300 0.93Karbondioksit (CO2) 320 0.032

7

Neon 18 0.0018Helyum (He) 5.2 0.00052Metan (CH4) 1.5 0.00015Kripton (Kr) 1.0 0.0001Hidrojen (H2) 0.5 0.00005Diazotmonoksit (N2O)

0.2 0.00002

Karbonmonoksit (CO) 0.1 0.00001Ksenon (Xe) 0.08 0.000008Ozon (O3) 0.02 0.000002Amonyak (NH3) 006 0.0000001Azotdioksit (NO2) 0.001 0.0000001Azotmonoksid (NO) 0.0006 0.00000006Kükürtdioksit (SO2) 0.0002 0.00000002Hidrojensülfür (H2S) 0.0002 0.00000002

Bu gazların değişik miktarları atmosferin dört temel katmanı olan

troposfer, stratosfer, mezosfer ve termosferde yer alır.

Kirlilik kontrolü açısından ilgilenen en önemli tabaka canlıların

çoğunluğunu içinde barındıran tabaka olan troposferdir.

8

Şekil Atmosferin Sıcaklık Profili

Hava Kirlenmesine global bakıldığında kirlenme sonuçları olarak ortak

birkaç önemli olay göze çarpmaktadır. Bunların başında asit yağmuru

gelmektedir. Asit yağmuru ya da asit birikimi kükürt oksit (SOX) ve azot

oksitlerin (NOx) gaz emisyonlarının güneş ışığının etkisi altında su buharı

9

ile reaksiyona girerek kimyasal olarak sülfürik asit (H2SO4) ve nitrik asit

(HNO3) gibi kuvvetli asidik bileşiklere dönüşmesidir. Bu bileşikler, diğer

organik ve inorganik kimyasallarla birlikte aerosoller ya da partiküller

şeklinde yer yüzeyinin üzerinde toplanırlar ya da yağmur damlaları, kar

taneleri, sis ve çiğ şeklinde yer yüzeyine taşınırlar.

Asit birikimlerinin etkisi birikimlerin yağışla düşen miktarına bağımlı olan

ekosistemin hassaslığına göre değişir. Tampon özelliği büyük olan

çevrelerde, asit bileşikleri toprak ve yüzeysel suların asiditesinde belirli bir

artış göstermeden yıllarca birikmeye devam ederken, tampon özelliği zayıf

olan çevrelerde ise aynı birikimler asiditede önemli artışlar gösterir.

Asit yağmurları endüstrileşmiş çevrelerde, bina ve yapılarda önemli

hasarlara neden olur.

Yüksek yapılar, kirliliği troposferin üstlerine doğru saçar ve oralarda

günlerce bekledikten sonra çok uzak mesafelere taşınırlar. Amerika’nın

orta batısının endüstrileşmiş bölgelerden çıkan önemli miktardaki SO2 ve

NO2 emisyonları buralardan New England ve Kanada topraklarına asit

yağmuru şeklinde taşındığı tespit edilmiştir. Kirliliklerin bir memlekette

meydana gelip diğer yerde birikmesi olaya uluslararası bir yapı ve

enternasyonal kurallar getirmektedir.

Asit yağmurlarında olduğu gibi hava kirlenmesinin etkilerini açıklamak her

zaman kolay olmamaktadır. Örneğin yirminci yüzyılda radyoaktif

materyallerin çok yaygın olarak kullanılması ve bu maddelerin atmosfere

bırakılmasının uzun ömürlü etkileri kolayca tahmin edilemez.

Ancak, güvenilir bir atık sürecinin tespiti atmosfer yerine ancak toprağın

ya da denizlerin derinliklerinde biriken atıklarda yapılan araştırmalarla

sağlanabilmektedir.

10

II. Ders

floroklorokarbonlar

Dünya için önemli bir problem olan diğer bir örnek

florokloro karbonların yarattıkları kirletici etkilerdir.

Troposfer ve Strotosfer arasındaki sınır tabaka olan

Ozon (O3), aerosol spreyler şeklinde kullanılan

florokarbonlardan atmosferik etkiler sonucu oluşan

radikal florürlerle reaksiyona girerek tükenmekte

olduğu belirlenmiştir.

Atmosferdeki ozon (O3) yeryüzüne ulaşan bitki ve

hayvan hayatına zararlı yüksek seviyedeki ultraviyole

radyasyonları azaltmaktadır. Bu tehlike karşısında

florokarbonların kullanılması tüm dünyada

yasaklamıştır.

Global ısınma

Hava kirlenmesinin dünya boyutu açısından bir diğer

örneği karbondioksit artışının sebep olduğu Global

ısınmadır.

Troposferdeki karbondioksit miktarının her yıl büyük bir

hızla ve geri dönüşü olmayan bir prosesle arttığı

bilinmektedir. Aynı zamanda bu artmanın eşit

miktardaki atmosferik oksijende azalma meydana

getirmekte. Halen atmosferde CO2 formunda 700 milyar

11

ton’dan fazla karbon bulunmaktadır. Bu rakam her yıl

2.3 milyon ton artmakta olup her on yıl %03’lük bir artış

anlamına gelmektedir. Petrol ve kömür tüketimi tarım,

orman ve her çeşit arazi çalışması CO2 birikimine sebep

olmaktadır.

CO2 yer yüzeyinden yansıyan uzun dalga boylu

(infrared) radyasyonları çok kuvvetli olarak absorbe

etmektedir. CO2 birikimi artmaya devam ederse,

yansıyan kızılötesi ışınların tutulma oranı yükselir ve

buna bağlı olarak troposferde ısınma (sera etkisi) olur.

Bu olayın sonucu iklim değişikleri meydana gelir.

CO2 bitkiler için vazgeçilemeyen besin maddesi olup

özellikle ağaçlar tarafından tüketilirler. CO2 artışından

meydana gelen kirlenmenin önlenmesi için

ormanlaştırma tarzındaki uygulamalar CO2‘in

atmosferden uzaklaştırılmasında etkili olmaktadır.

12

DÜNYADA UYGULANAN HAVA KİRLİLİĞİ KONTROL

PROGRAMLARI

1970’li yıllarda atmosferdeki kirliliğin ciddi boyutlarda

olduğunun belirlenmesi ile

Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) (kentsel ve endüstriyel

alanlarda)

Dünya Meteoroloji Organizasyonunun (kıtasal ve

global) (WMO) hava ile ilgili kayıtları tutmasına sebep

oldu.

WHO’nun temel hedefi kentte yaşayan halkın sağlığını

korumaktır.

WMO; Hava kirliliğini oluşturan nedenleri belirlemek

için, hava kirliliği konsantrasyonlarını ölçmekte ve

bunların iklim üzerindeki etkilerini kıtalar ve dünyanın

13

tümünü kapsayacak şekilde araştırmakta aynı zamanda

süreli özelliklerini tahmin etmeye çalışmaktadır.

Birleşmiş Milletler Çevre Programı (UNEP), Dünya

Çevre İzleme Sistemi (GEMS); WHO ve WMO’nun

yürütme kurallarına daha ileri bir destek sağladılar.

GEMS;

- erken uyarı sistemlerinin yaygınlaştırılması,

- dünya çapında atmosferik kirliliği tayin etmek ve

bunun iklim üzerine etkisini değerlendirmek,

-arazi kullanımı ve tarımla ilgili olan kritik

problemleri ortaya çıkarmak.

WHO projeleri mikro düzeyde (kentsel) ölçümler yapar.

* WMO şebekesi ise makro düzeyde (kıtasal ve dünya

boyutunda) ölçümler yapar ve bunları karşılaştırır.

GEMS, WHO projelerine ve WMO kayıtlarına sıkı olarak

bağımlıdır.

Örnek; lokal ve kentsel boyutta SO2’nin tipik aylık

ortalaması 20-100 g/m3 sınırları arasındayken, kıtasal

boyutta 10-40 g/m3 değerleri arasında ve dünyasal

boyutta ise bu 5 g/m3 ‘den aşağı düşmektedir. Yalnızca

bu kurumların dünya çapındaki işbirliği, hava kirliliği

14

araştırmalarına böylesine önemli verilerin bir araya

getirilmesi olanağını sağlar. Aynı şekilde, yine ancak

kirlilikler lokal, havzasal, kıtasal ve dünya çapında

gözlenirse, o zaman hava kirliliği problemlerinin boyutu

ve çözümü mümkün olabilir.

ÖLÇÜM BİRİMLERİ

Partiküller ve gaz kirleticilerin miktarlarının ortak bir

ifade ile tanımlanabilmesi için belirlenmiş birimlerin

kullanılması gerekmektedir.

Partiküller ve çökelebilen tozlar, birim zaman

aralığında santimetrekareye düşen miligram olarak.

(mg/cm2.ay veya mg/cm2.yıl)

15

Partikül sayımı ise, 1 m3 gazdaki partikül sayısı ya da

her m3 teki milyon partikül (106 cm3 ) şeklinde

öngörülmüştür.

Süspansiyon partiküller ve gaz kirleticilerin ölçümleri

ise, m3 ün mikro gramı (g/m3), birim hacmin kütlesi

şeklinde verilmiştir.

Önceleri gaz kirleticilerin konsantrasyonları hacimsel

olarak milyondaki parçası (ppm), yüz milyondaki

parçası (pphm) ya da milyardaki parçası (ppb) şeklinde

verilmesi yaygındı. Bu nedenle metreküpteki mikrogram

biriminin milyondaki parça (ppm) temeline göre eşdeğer

konsantrasyonunun ne olacağı da belirlenmelidir. Gaz

kirleticilerin ppm ve g/m3 konsantrasyonları arasında

aşağıda verilen dönüşüm eşitliği kullanılmaktadır.

(1)

Mw = Mol ağırlığı (g/mol),

Vw = Deney şartlarındaki moleküler hacimdir. (L/mol).

16

Avagadro kanunu uyarınca herhangi bir gazın bir molü

aynı basınç ve sıcaklıktaki herhangi bir gazla aynı hacmi

kaplar. Standart 273K (0C) ve 1 atm basınç (760 mm

Hg) altında kimyasal reaksiyonlar için bu hacim 22.4

L/mol dür.

Ancak hava kalitesinin saptanması ile ilgili

yönetmeliklerin çoğunda bu değer standart şart olan

25 0 C da ve 760 mm Hg basınç için ve bazı kaynaklarda

ise 21.10C ve 760 mm Hg basınç için verilmiştir. Bunları

ve diğer koşulları standart koşullara dönüştürmek için

aşağıda verilen formül kullanılır.

(2)

Burada V1, P1 ve T1 yukarıda anılan koşullarda 22.4 L'yi,

760 mm Hg ve 2730 K' de tanımlamakta V2, P2 ve T2 ise

var olan gerçek koşulları göstermektedir.

R= 8.205 x 10-2 L. Atm. K-1. mol-1

Örnek 1: Hacim, sıcaklık ve basınç bağıntısının,

hesaplanması :

17

250 C ve 820 mm Hg daki 2 mol gazın kapladığı

hacmi hesaplayınız.

Çözüm

(2) eşitliği kullanılırsa,

Buradan V2 = 45.32 L elde edilir.

II. yol: PV = n RT

Örnek 2: Milyondaki parça (ppm)'nın hacimdeki

kütleye, (g/m3 ) dönüştürülmesi:

00 C de 1 atm basınç altında analizi yapılan bir hava

örneğinin 9 ppm CO içerdiği belirlenmiştir.

Ekivalent CO konsantrasyonunun metreküpte

mikrogram ve metreküpte miligram olarak

hesaplayınız.

Çözüm

1. Kullanılacak formül:

eşitliğinde verilen değerler yerine konursa

, CO= 11250 g/m3= 11.25mg/m3

18

Örnek 3: 27C ve 740 mmHg basıncındaki bir hava

örneğinde yapılan analizde 200 ppm SO2 tespit

edilmiştir. Bu sonucu mg/m3 olarak hesaplayınız.

(SO2=64)

Çözüm

formülünde Vw deney şartlarında

hesaplanırsa

(1), PV = nRT (n =1) (2)

elde edilir.

V2=25.28 L

Örnek 4: Bir gaz örneği içerisindeki CO2 miktarı 2000 C

ve 1 atm. basınç şartlarında 8000 g/m3 olarak

ölçülmüştür. Bu gazın ;

a)Deney şartlarında

b)Standart şartlarda konsantrasyonunu ppm olarak

hesaplayınız.

Çözüm

a)1 mol gazın hacmi (deney şartlarında) (200 0C ve 1

atm basınç)

19

V1 x P1/T1= V2 x P2/T2

,

ppm = 7

b) 1 mol gazın standart şartlarda (250C, 1 atm’da)

hacmi

aynı formülden ppm bulunursa

ppm = 4,44

Hava kirliliği raporlarının anlaşılması ve analizindeki

karışıklığın azaltılması, raporlardaki birimlerin

uyumluluğuna bağlıdır.

20

KİRLETİCİLERİN KAYNAKLARI

Doğal Kirleticiler; polenler, mantar sporları, tuz

spreyleri ve orman yangınları ile volkanik patlamalardan

oluşan duman ve toz partikülleri metanın (CH4) doğal

oksitlenmesinden meydana gelen karbonmonoksit (CO),

çam ağaçlarından çıkan terpen formundaki

hidrokarbonlar, organik maddelerin anaerobik

parçalanması ile meydana gelen metan (CH4) ve

hidrojen sülfür (H2S) de içermektedir.

Yapay (Antropojen) Kirleticiler; Fosil yakıtların ısıtma,

ulaştırma, endüstri ve enerji üretimi için kullanılması

atmosferik kirliliğe sebep olmaktadır.

Dört ana başlıkta tanımlanır

Hareket halindeki kirleticiler (çizgisel kaynak);

motorlu araçlar, uçaklar, trenler, gemiler

Noktasal Kaynak; Birim zamanda yaptığı kirletici

yayın miktarı keyfi bir referans değerin üzerinde olan

önemli sabit kaynaklardır fabrikalar, termik santraller,

21

kimyasal metalürjik ve kağıt endüstrileri ile petrol

rafineleri.

Alansal Kaynak; Noktasal kaynaklar gibi ancak

bireysel olarak çok küçük yayın merkezlerinin bir

arada bulunmasından oluşur, yerleşim alanları

Dünyada sanayileşmenin hız kazandığı 1930’lu

yıllardan sonra yukarıdaki ana kaynaktan yayılan

kirleticiler üzerinde ABD’de yapılan araştırmanın

ilginç sonuçları tablo ’da gösterilmiştir. Bu tabloda

1940-1980 yılları arasındaki emisyonlar 1974 yılı ile

mukayeseli verilmiştir. ABD’deki 1940-1980

periyodundaki kirleticilerin emisyon miktarları

incelendiğinde insan aktiviteleri artmasına karşın

kirleticilerin emisyonları partikülde % 56, kükürt

oksitlerde % 15, hidrokarbonlarda % 20, karbon

monoksitte %23’lük bir azalma göstermiştir. Azot

Oksitlerde ise % 12’lik bir artış gözlenmektedir.

Bunun nedeni ise kirletici kontrolleri ile birlikte,

yakıt cinsindeki değişiklikler gösterilebilir. 1940-

1980 yıllarında çevre kirliliğinin yoğun hissedilmesi

sonucu ABD’deki kirleticilerin kontrol ekipmanları

geliştirilmiş ve partikül kirletici kaynakları olan fosil

yakıtlar yerine gaz yakıtlar kullanılmaya

başlanmıştır. Bu nedenle kirletici emisyonları hem

22

cins hem de miktar olarak değişikliklere uğramıştır.

Tablo . A.B.D. Hava Kirliliği Emisyonları (1940-1980)*

Yıl Askıda

Part.

%

1974

Kükürt

Oksit

%

1974

Azot Oksit

%

1974

Hidrokarbo

n %

1974

Toplam

CO

%

1974

194

0

21.

9

181 17.

4

64 6.5 32 13.

9

58 74.

7

73

195

0

22 192 19.

6

73 9.3 46 17.

5

74 32.

8

81

196

0

20.

2

167 19.

2

71 12.

7

63 21.

6

91 90.

8

89

197

0

17.

6

145 27.

9

10

3

18.

5

92 27.

1

11

4

110

.9

108

197

1

16.

4

136 26.

5

98 19.

0

95 25.

4

11

1

110

.5

108

197

2

14.

9

123 27.

3

10

1

20.

1

10

0

26.

7

11

2

109

.7

107

197

3

13.

9

115 28.

4

10

5

20.

4

10

1

26.

2

11

0

107

.4

105

197

4

12.

1

100 27.

0

10

0

20.

1

10

0

23.

8

10

0

102

.5

100

197

5

10.

1

83 25.

6

95 19.

6

98 22.

8

96 98.

1

96

197

6

9.4 78 26.

4

98 20.

9

10

4

23.

7

10

0

100

.4

98

197

7

8.5 70 26.

4

98 21.

3

10

6

23.

8

10

0

97.

8

95

197

8

8.6 71 24.

8

92 21.

5

10

7

24.

4

10

3

96.

7

94

197

9

8.5 70 25.

3

94 21.

5

10

7

23.

4

98 92.

6

90

23

198

0

7.8 64 23.

7

88 20.

7

10

3

21.

8

92 85.

4

83

Değişim % - 56 % -15 %+12 % -20 % -23

* Yılda milyon ton olarak

1980 yı1ında A.B.D.'deki hava kirleticilerinin nedeni

olan aktiviteler Tablo’da verilmiştir. Önem verilmesi

gereken hava kirleticilerinden karbon monoksitin en

büyük kaynağı tek başına hareketli kaynaklarken

yerleşik durağan kaynaklardaki yakıtın yakılması (güç

ve ısınma amacı) ise en önemli ikinci kirleticidir.

Enerji üretimi ve ısıtma amacı ile fosil yakıtlar

kullanıldığında meydana gelen kirletici gazlardan SO2 ve

NOx atmosfere bırakılan toplam sülfür oksitlerinin yüzde

50 sini Azot oksitlerinin yüzde 51'ini teşkil etmektedir.

Bu arada endüstriyel prosesler hidrokarbonların %50

sinin yayılmasına sebep olmaktadır. Tablo 'da

hidrokarbonlar ve azot oksitlerine güneş ışığının etkisi

ile atmosferde meydana gelen ikincil kirleticiler dahil

değildir.

Tablo. Hava Kirlenmesinin Kaynakları 1980 *

Kaynaklar CO Part. SOx HC NOx Topla

m

ulastirma 69.1 1.4 0.9 7.8 9.1 88.3

Yerleşik yakma (enerji, ısıtma)

2.1 1.4 19.0 0.2 10.6 33.3

Endüstriyel

prosesler

5.8 3.7 3.8 10.8 0.7 24.8

Katı atık 2.7 0.4 0.0 0.6 0.1 3.3

24

uzaklaştırılma

sı

Diğer(orman

yangını

tarımsal

yakmalar)

6.2 0.9 0.0 2.4 0.2 9.7

Toplam 85.4 7.8 23.7 21.8 20.7 159.4

* Yılda milyon ton olarak

1977 yılında A.B.D.'deki en önemli beş ana kirliliğin

toplam emisyonları (yılda milyon ton olarak) Grafik'de

verilmiştir. Bu kirliliklerden hareketli kaynak

(transportasyon) toplam karbonmonoksitin yüzde 83’

ünü hidrokarbonların yüzde 41’ ini Azot oksitlerin

yüzde 4’ ünü partiküllerin yüzde 9’ unu ve

atmosfere salınan kükürt oksitlerin yüzde 3’ ünü

içermektedir. ABD’de uygulanan çevre koruma

yöntemleri sonucu 1980 yılından sonra aktivite artışına

rağmen, CO ve HC partikül yüzdeleri özellikle

transportasyon alanından azalmıştır. Buna rağmen

transportasyon hala atmosfere bırakılan tüm

kirliliklerin yüzde 56’ sının sorumlusudur.

25

Şekil A.B.D.'deki 1977 yılının Emisyonları (Yılda milyon ton olarak)

26

HAVA KİRLETİCİLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Kirleticilerin tümü, orijinine, kimyasal kompozisyonuna

ve madde yapısına bağlı olarak sınıflandırılabilir. Bu

sınıflandırmalar, hava kirlenmesi parametrelerinin

seçimine bir temel kazandırması için kullanılır.

İnsan Aktivitelerine Göre Sınıflandırma: İnsan

aktivitelerine göre sınıflandırmada aslında kirleticiler

kaynaklarına göre sınıflandırılmış olmaktadır. Atmosfere

değişik özellikte olmalarına karşın, dört ana kaynaktan

kirletici atıldığını daha önce belirtmiştik, bu nedenle

insan aktiviteleri sonucu, ulastirma emisyonu, yerleşik

yakma emisyonu, endüstriyel emisyon, katı atık

emisyonu şeklinde dört çeşit kirletici grubunun ortaya

çıktığı görülmektedir.

Orijine Göre Sınıflandırma: Orijinine bakarak ya

primer ya da sekonder kirleticiler olarak göz önüne

alınabilir.

Primer (Birincil) kirlilikler; Kükürt oksitler (SOx), Azot

oksitler (NOx), hidrokarbonlar (HC) gibi atmosfere

doğrudan bırakılan ve orada bırakıldıkları formda kalan

kirliliklerdir.

Sekonder (ikincil) kirlilikler; Ozon (O3) ve

peroksiasetilnitrat (PAN) gibi atmosferde fotokimyasal

27

reaksiyonlarla yahut hidroliz ya da oksidasyonla bu

formlarına dönüşen kirliliklerdir.

Kimyasal Kompozisyona Göre Sınıflandırma:

Kirlilikler ister primer ister sekonder olsunlar, kimyasal

kompozisyonların organik ya da inorganik oluşuna göre

tekrar sınıflandırılırlar. Organik bileşikler karbon ve

hidrojen içerirler ve çoğu aynı zamanda oksijen, azot,

fosfor ve sülfür gibi elementler de içermektedir.

Hidrokarbonlar, yalnız karbon ve hidrojen içeren organik

bileşiklerdir.

Aldehitler ve ketonlar karbon ve hidrojen yanında

oksijen içermektedirler.

Hava kirliliği alanında etkili olan diğer organik bileşikler

karboksilik asitler, alkoller, eterler, esterler, amidler ve

organik sülfür bileşiklerdir.

İnorganik materyaller, karbonmonoksit (CO),

karbondioksit (CO2), karbonatlar, sülfüroksitler, Azot

oksitler, ozon, hidrojenflorür ve hidrojen klorür içeren

kirleticiler atmosferde bulunur.

Fizik Hallerine Göre Sınıflandırma: Tablo’ dan

görüleceği gibi kirleticiler ayrıca partikül ya da gaz

olarak da sınıflandırılırlar. Partikül yapısında kirleticiler

esas olarak, toz, duman, sis, uçuşan kül, kimyasal

28

buhar ve sprey içeren çok ufak parçalara bölünmüş katı

ve sıvılardır.

Tablo Fizik Hallerine Göre Kirleticilerin Sınıflandırılması

Temel Sınıflar Alt Sınıflar Alt Sınıfın Tipik ÜyeleriPartiküller katı Toz, duman, sis, uçuşan

kül, kimyasal dumanLikit Kimyasal buhar, sprey,

Gazlar

Organik Hidrokarbonlar

Aldehidler ve Ketonlar Diğer organikler

Hegzan, benzen, etilen, metan bütan, bütadin,asetilenFormaldehit, asetaldehit aseton, metil etil keton klorlanmış hidrokarbonlar alkoller, fenoller

Anorganik

Karbon oksitler, Kükürt oksitler, Azotoksitler diğer inorganikler

Karbon monoksit, KarbondioksitKükürt dioksit, Kükürt trioksitAzotdioksit, AzotmonoksitHidrojen sülfür, Hidrojen florür, Hidrojen Klorür

Uygun koşullar altında partikül halinde ki kirleticiler

atmosferde çökelirler.

Gaz kirleticiler şekilsiz akışkanlar olup içine bırakıldıkları

boşluğu tamamen doldururlar, daha çok hava gibi

29

davranır ve atmosferde çökelmezler. Normal gaz

kirleticiler arasında karbonoksit, kükürt oksitler, azot

oksitler, hidrokarbonlar ve bazı oksidanlar sayılabilir.

KİRLETİCİ TÜRLERİ

Kirleticiler:

partiküller

gaz kirleticiler olarak gruplandırılır.

hava kalite parametreleri temelde iki ana kategoriye

ayrılır:

Sivi

kati haldeki partikül maddeler ve gaz maddeler.

PARTIKULLER

30

Tane iriligi 0.002µm partikul madde 500 µm

araliginda cesitli yogunluklardaki kati veya sivi

zerreleridir.

Partiküller

Fiziksel biyolojik kimyasal

inorganik

organik

Boyut şekil yapısı çökelme özellikleri optik kalite

Fiziksel Özellikler

a) Boyut: Partiküllerin en önemli fiziksel özelliklerinden

birisi boyuttur. Doğal ya da kaynağı insan olan ve

atmosferde bulunabilen partiküllerin boyut sınırları

sekil’de görülmektedir.

31

Spray

Askıda Tozlar (İnce

Çökebilen Tozlar

Yanma

Kimyasal

Kimyasal Buhar Gaz

1000 100 10 1.0 0.1 0.01 0.001 0 .0001

Grafik Mikrometre Olarak Partiküllerin Boyutları

50 µm den büyük olan partiküller çıplak gözle

görülebilirlerken 0.005µm den küçük olanları ise ancak

elektron mikroskobu ile gözlenebilirler.

1µm den daha ufak olan partiküller kolayca

çökelemezler.

Metalürjik dumanlar, çimento tozları, uçucu kül, karbon

isi ve kimyasal duman 0.01 ila 100 µm sınırları

arasındadır.

b) Şekil Yapısı: Partiküller; toz, duman, uçuşan kül,

kimyasal duman, kimyasal buhar, sis ya da sprey gibi

şekil yapısına göre de sınıflandırılabilirler. Bunlardan ilk

dördü kati son üçü ise sivi partiküllerdir.

Toz, küçük kati partiküller olup ya kömür, çimento ve

hububat gibi materyallerin kullanılması sırasında ya da

bunların üretimi sırasında ezilme, yakılma ve öğütülme

gibi süreçlerle büyük kütlelerin ufak parçalara ayrılması

işlemi ile ortaya çıkmaktadır. Odunun biçilmesi gibi

mekanik işlemlerin yan ürünleri olarak ortaya

çıkabileceği gibi taşın erozyonu gibi doğal nedenlerin

32

artık maddesi de olabilir. Toz, hava ya da diğer gazların

içinde yayılmadan geçici olarak askıda kalabilir. Yer

çekimi ivmesinin etkisi altında çökelir. Sekil‘den de

görüleceği gibi boyutu 1.0 ile 1000 µm arasında

değişmektedir.

Duman, organik partiküllerin tam yanamaması sonucu

ortaya çıkan küçük kati partiküllerin havada

dağılmasından meydana gelir. Duman içindeki

partiküllerin çapları 0.5 ile 1µm arasında değişmektedir.

Kimyasal duman, kati bir maddenin buharının

atmosferde yoğunlaşması sonucunda oluşan küçük

partiküllerin havada dağılmış halidir. Çinko ve kurşun

gibi metal oksitlerin oluşturduğu kimyasal duman,

metallerin sublimasyon, distilasyon, kalsinasyon, döküm

işlemleri sonucu meydana gelir ve sınır değer boyutları

0.03 ile 0.3 µm arasında değişir. Kimyasal dumanı

oluşturan partiküller, flokülasyon ve koogülasyonla

çökeltilebilir.

Askıda Toz, kömürün yakılması ile yükselen gazların

içindeki, çok küçük parçalara bölünmüş yanamayan

partiküllerdir. Askıda tozun, partikül boyutu 1.0 ile 1000

µm arasında değişir, duman gibi yanma sonucu oluşur

ve kimyasal duman gibi inorganik metalik ya da mineral

maddelerden ibarettir.

33

Kimyasal Buhar: Normal şartlarda bir sıvının

buharlarının yoğunlaşması, bir sıvının ortaya saçılması

(köpürme ya da yüksekten dökülme sırasında bir

yerlere çarpma sırasında), bir kimyasal reaksiyonun

sonunda havada sıvının oluşması ile (Havada sülfürik

asidin oluşması gibi) meydana gelen sıvı partiküller ya

da damlalardan ibarettir. Kimyasal buharların genel

olarak çapı 10 µm’den ufaktır. Eğer kimyasal buhar

konsantrasyonu yeterince yüksek olursa görüşü

engeller buna kimyasal sis anlamına gelen “fog” adı

verilir.

Kimyasal buharların en çarpıcı örneği fosil yakıtların

yanması sonucu içinde bulunan kükürdün SO2 şeklinde

havaya karışması sonucunda sülfürik asit oluşumudur.

Havaya yanma sonucu karışan SO2 havanın oksijeni ve

nemi etkisinde SO3 dönüşür. SO3 ise havadaki nemi

kendine bağlayarak gaz halinden sıvı partiküller yani

H2SO4 ‘e dönüşür. Buda havada kimyasal buhar

dediğimiz fog olayını meydana getirir. Bu örnekteki

reaksiyonlar aşağıdaki gibi oluşur.

C (Kömür) + S + Hava CO2 + SO2

SO2 + ½ O2 SO3 (Gaz)

SO3 + H2 O H2 SO4 (Sıvı)

34

Sprey: Pestisid ve parfüm gibi likitlerin hava ortamına

atomizasyonu ile meydana gelen sıvı partiküllerdir.

Sprey partiküllerinin boyutu 10 ile 1000 µm arasında

değişir.

c) Çökelme Özellikleri

Partiküller, çökelerek atmosferden ayrılırlar, çökelme

doğada kendi kendine temizleme prosesi olduğundan,

çökelme özellikleri partiküllerin en önde gelen

karakteristik bir özelliğidir.

Partiküller

Askida cokelebilir

1 µm askida 20 µm' cokelebilir 10 µm

d) Optik Özellikler: Hava kirlenmesinin önemli

etkenlerinden birisi de görüş mesafesindeki azalmadır.

Işığın partikül maddelere çarpması sonucu dağılarak

ve absorblanarak azaldığı bilinmektedir. Işığın

dağılmasına sebep olan en etkin partikül boyutu 0.38 -

0.76 µm çapındadır. Boyut dışında yüzeysel yapı,

35

görüş mesafesinin azalmasına en çok etki eden

parametredir.

Görüş mesafesinin azalmasına etki eden faktörler çok

sayıda olduğundan bu konuda kesin bir formül vermek

oldukça zordur. Çok özel koşullarda, partikül maddelerle

görüş mesafesindeki azalma arasındaki ilişki aşağıdaki

gibi verilmiştir.

Her sene en az 15- 20 uçak kazasının nedeni sis ve toz

sonucu yetersiz görünürlüğe yüklenmektedir.

KİMYASAL ÖZELLİKLER

Atmosferdeki partiküllerin kimyasal yapısı büyük

değişiklikler göstermektedir. Atmosferik partiküller hem

organik hem inorganik bileşikler içerirler.

organik partikuller; fenoller, organik asitler ve alkoller

inorganikler partikuller; nitratlar, sülfatlar ve demir,

kurşun, mangan, çinko ve vanadyum gibi metallerin

oksitleridir.

BİYOLOJİK ÖZELLİKLER

36

biyolojik partiküller; protozoa, bakteriler, virüsler,

mantarlar, sporlar, polenler ve algler

Genel olarak mikroorganizmalar, besleyicilerin eksikliği

ve güneşten yayılan ultraviyole ışınlar sebebiyle

atmosferde uzun süre yaşayamazlar. Ancak bazı bakteri

mantarlar sporlanarak uzun süre yaşayabilirler. Bir sürü

spor ve polenler hava içindeki saçılmaya uyum sağlarlar

ve yerden 300 m' nin üzerinde bulunurlar. Bazı

partiküller ve özellikle mavi-yeşil algler 2000 m'ye

kadar olan yüksekliklerde bulunabilirler.

PARTİKÜLLERİN ETKİLERİ

İnsan sağlığına etkisi : Yüksek konsantrasyonlarda süspansiyon

partikül maddeler özellikle solunum yolu hastalıklarına karşı hassas

olanlarda sağlık tehlikesi yaratırlar. Tablo da verildiği gibi

süspansiyon partiküllere bağlanan hastalık etkisinin yapısı ve

yaygınlığı partiküllerin konsantrasyona, diğer atmosferik kirleticilere

ve bunların havada kalmış oldukları sürelere bağlıdır.

37

Tablo 4.11.Sağlığa Etki Eden Partiküler Maddeler

P.M. Konsantras. g/m3

Beraberinde bulundurduğu SO2 miktarı

Süre Etki

750 715 g/m3

SO2

Ortalama 24 saat

Hastalıklarda gözle görülür bir artma

300 630 g/m3

SO2

“ “ Kronik bronşit hastalık-larında hızlı artışlar

200 250 g/m3

SO2

“ “ Hastalık izinlerinde artış

100-130 120 g/m3

SO2

Ortalama yıllık

Çocuk nefes yolları hastalıklarında tekerrür sayısında artma

100 Sulf.hızı 30

mg/cm2/ay

Yıllık geom. Ort.

Ölüm oranında yaşı 50’ nin üzerinde olanlarda artış

80-100 Sulf.hızı 30

mg/cm2/ay

2 Yıllık geom. Ort.

Ölüm oranında yaş 50 den 63’e kadar olanlarda artış

Boyutu 1 ve 2 µm arasındaki partiküllerin yaklaşık %

40’ı alveoline bronşiollerinde kalırlar.

38

Şekil Solunum sistemi (a) İnsan solunum sisteminin

temel anatomik özellikleri (b) insan akciğerinin ve

bronşial ve alveolanın yapısı

Tablo Partikül boyutları ve solunum savunma mekanizması

Partikül

boyutu

Tanıtım Mekanizma

10 µm’den büyük

İri toz, uçucu kül (çıplak gözle görülebilen)

Burnun ön ucundaki kıllar 10 µm’den büyük olan tüm partikülleri tutarlar

2 ile 10 µm arası Sis,toz,duman partikülleri

Kılların hareketleri sümüğü yukarı doğru süpürürken partikülleri soluk borusundan ağız boşluğuna sürükler ve yutulmasını sağlar.

2 µm’den küçük Aerosoller ve sis Akciğerdeki lenfosit ve fagositler bazı mikron altı partiküllere etki

39

ederler

Partikül boyutu 0.25 ile 1µm arasında olan partiküller

hava ile birlikte solunum sistemine tekrar tekrar girip

çıkma özelliğine sahiptirler. Bu nedenle insanlar bu

partiküllerle daha çok temas ederler. Akciğerlerde

birikme riski 0.25- 1 µm arasındaki partiküllerde daha

büyüktür.

0.25 µm’dan küçük partiküller ise Brownian hareketleri

nedeni ile akciğerlerde birikmeden tekrar hava ile dışarı

atılırlar.

Kurşun partikülleri nedeni ile ortaya çıkan sağlık

problemine son yıllarda özel bir önem verilmektedir.

Çünkü çok zehirli olan kurşun tozları solunum sırasında

veya yiyeceklerle insan vücuduna çok kolay

girmektedir.

Bitki ve Hayvanlara etkisi:

Partikül maddelerin ekinlere olan yok edici etkisi

hakkında pek az bilgiler bulunmaktadır. Kum çimento

tuğla tozunun yaprak yüzeylerinde toplanması çok az

hasar meydana getirmektedir. Ancak rutubetin olması

halinde aynı tozlar daha çok hasara neden olurlar ve

bitki dokusunun gelişmesinde önemli engeller

oluştururlar. Doğaldır ki yaprakların tozla kaplanması

40

fotosentezi azaltır dolayısıyla bitki gelişimini engeller.

Florür, arsenik ya da kurşun içeren partiküllerle

kaplanmış bitkileri yiyen hayvanlarda bazı hastalık

belirtileri görülür.

Materyallere Etkisi:

Partikül maddeler toz şeklindeki eşyaları kaplayarak

materyallere ve tekstil ürünlerine zarar verirler.

Materyalleri özellikle bağıl nemin % 75 in üstünde

olması halinde korozyona uğratırlar bina yüzeylerini

aşındırırlar, boyalı yüzeylerin boyasını bozarlar ve

harap ederler. Örneğin partikül madde

konsantrasyonlarının 130 ile 180 µm/m olduğu hallerde

SO2 ile rutubet varsa çelik ve çinko panellerinin

korozyonu üç dört defa daha fazla olur.

41

III. Ders

GAZ KİRLETİCİLER

Atmosferik koşullarda, moleküler boyutta ve gaz halinde

olan kirleticilere gaz kirleticiler adı verilir. Hava

kirlenmesinde hidrokarbonlar, karbonoksitler,

kükürtoksitler, azotoksitler ve oksidanlar en önemli gaz

kirleticilerdir.

Hidrokarbonlar: Yalnız karbon ve hidrojen içeren organik bileşikler

hidrokarbonlar olarak adlandırılırlar. Hidrokarbonların kendileri

zararlı değildir. Ancak, fotokimyasal reaksiyonlarla kirletici ve zehirli

maddelere dönüşerek smog denilen olayı meydana getirirler.

Hidrokarbonların karbon sayısı 1- 4 normal şartlarda gaz,

42

4 Sıvı

Atmosfer kirlenmesine, gaz formdaki ve buhar basıncı düşük kolay

buharlaşabilen hidrokarbonlar sebep olmaktadır.

Benzin ve diğer petrol ürünlerinin en önemli kimyasalları olan

hidrokarbonlar, alifatik ve aromatik olmak üzere iki temel sınıfa

ayrılırlar.

Alifatik hidrokarbonlar: Alifatik hidrokarbon grubu, alkanlar,

alkenler ve alkinleri içermektedir. Alkanlar; doymuş hidrokarbonlar

(örneğin; metan) olup, oldukça inert ve genel olarak atmosferik

fotokimyasal reaksiyonlarda aktif değildirler.

Alkenlere daha çok olefinler denilmektedir, doymamıştırlar ve

atmosferik fotokimyasal olaylarda oldukça fazla reaktiftirler.

Güneş ışığının az olması halinde Azot oksitle yüksek

konsantrasyonlarda reaksiyona girerek peroksiasetil nitrat (PAN) gibi

ikincil derece kirliliği oluşturur. Bu arada ozon da (O3) oluşur.

Aromatik hidrokarbonlar: Aromatik hidrokarbonlar biyokimyasal

ve biyolojik olarak aktiftirler ve bazıları oldukça kanserojendir.

Yerleşim bölgelerindeki akciğer kanserindeki artışın en önemli

sebebinin otomotiv egzos emisyonunda aromatik hidrokarbonların

bazı gruplarının olduğu ileri sürülmektedir.

Hidrokarbonların Kaynakları: Atmosferde bulunan

hidrokarbonların kaynakları hem doğal hem de insan faaliyetleri

43

nedeniyle oluşmaktadır. Atmosferde bulunan hidrokarbonların büyük

miktarı doğal kaynaklıdır.

Bu kaynakların en önemlisi mikrobiyal bozunmalarda oluşan

biyolojik reaksiyonlardır.

Hidrokarbonların az bir kısmı jeotermal alanlardan,

kömür yataklarından,

petrol tesislerindeki doğal gazlardan ve

doğal yangınlardan kaynaklanmaktadır.

Tablo Hidrokarbon emisyonlarının kaynak ve miktarları (milyon ton/yıl)

Kaynak 1968 1970 1975 1977 1980 Ulaştırma 16.6 16.8 10.4 11.5 7.8 Sabit kaynaklardaki sıvı yakıt yanması (enerji ve ısınma)

0.7 0.5 1.3 1.5 0.2

Endüstriyel prosesler 4.6 4.8 2.7 10.1 10.8 Katı atık düzenlenmesi ve diğerleri

10.1 7.9 14.6 5.2 3.0

Toplam 32.0 30.0 27.0 28.3 21.8

Tablo dan da görüldüğü gibi, endüstriyel kaynakların (özellikle

rafineriler) neden olduğu hidrokarbon emisyonu insan aktiviteleri

sonucu meydana getirilen HC arasında en önemli olanıdır.

Ulaştırma alanında hidrokarbonlardaki azalma, otomotiv emisyon

kontrol cihazlarının geliştirilmesinin bir sonucudur. Katalizörlü yakıcı

ile tekrar yakma sonunda dışarı atılan hidrokarbonlar azalmakta ve

ayrıca aynı anda karbonmonoksiti yakarak dışarıya CO2 olarak

çıkartması kirliliği azaltmaktadır.

İnsan aktiviteleri sonucu oluşan hidrokarbonlar, atmosfere yayılan

toplam hidrokarbonların yaklaşık % 10’u kadardır. Bu miktarın kendi

arasındaki payı ise Tablo ’da görülmektedir.

44

Tablo İnsan Faaliyetleri Sonucu Oluşan HC Kaynakları

Faaliyet Alanı HC Miktarındaki Payı (%)

Motorlu taşıtlar 55

Yerleşik Yakma 3

Endüstriyel Faaliyet 15

Katı Atıklardan 27

Hidrokarbonların Etkileri: Atmosferik koşullarda hidrokarbonların

canlılar ve eşyalar üzerinde her hangi bir toksik etkisi doğrudan

saptanamamıştır.

hidrokarbon üretilen ve kullanan endüstrilerde yapılan araştırmalarda

25 ppm Hidrokarbon bulunan bir hava ortamında her hangi etki

saptanmazken, 500 ppm benzen bulunan bir çalışma ortamında

insanlar ancak 1 saat dayanabilmektedir.

600 ppm toluen bulunan bir atmosferde ise insan 8 saatte

zehirlenmektedir.

7500 ppm benzen bulunan bir atmosferde insanların 1 saat içinde,

20000 ppm Benzen konsantrasyonunda ise 10-15 dakikada öldüğü

tespit edilmiştir.

Diğer taraftan, hidrokarbonların atmosferde oluşturdukları oksidanlar

hem eşyalara, hem de canlılara doğrudan etki etmektedir.

Karbon Monoksit: Normal koşullar altında Karbonmonoksit gazı

renksiz, tatsız, kokusuz ve kimyasal olarak inert olup ortalama

atmosferik ömrü tahminen 2.5 aydır.

45

Karbonmonoksitin yapılar, bitkiler ya da eşyalar üzerindeki etkisi çok

azdır. 100 ppm konsantrasyonda bile CO’in bitkilere ve eşyalara her

hangi bir zararlı etkisi tespit edilememiştir.

Ancak kandaki oksijen transferinden sorumlu bileşik olan hemoglobinle

kolay reaksiyon vermesi nedeni ile yüksek konsantrasyonlarda insanın

aerobik metabolizmasına ciddi olarak etki yapar. Karbonmonoksit, kandaki

hemoglobin (Hb) ile reaksiyona girerek onu kanın oksijen taşıma kapasitesi

çok daha düşük olan karboksi hemoglobin (COHb) şekline dönüştürür.

Hemoglobinin karbonmonoksit ile olan afinitesi oksijenle olandan 200 defa

daha fazla olduğundan, CO’in varlığı çok düşük konsantrasyonlarda bile

olsa oksijenin kan içindeki iletimi önemli bir şekilde azalır. CO’e insan

sağlığına etkileri tablo ’da verilmiştir. Tablo dan görüleceği gibi kandaki

COHb seviyesi arttıkça etkileri çok daha önem kazanmaktadır.

Tablo Kandaki Değişik Düzeylerdeki COHb'nin Sağlığa Olan Etkisi

COHb seviyesi % Gösterdiği etki

1.0 den az . Görülen bir etki yoktur

1.0 ile 2.0 Davranış performansı üzerinde bazı belirtili etki

2.0 ile 5.0 Merkezi sinir sistemi üzerinde etki; zaman aralıklarını ayırt

etme yeteneğinde, net görme, muhakeme ve belli başlı diğer

istem dışı kendiliğinden işleyen (terleme gibi) fonksiyonlarda

bozulma

5.0 dan büyük Kalp ve akciğerle ilgili fonksiyonlarda değişme

10 ile 80.0 Baş ağrıları, yorgunluk, uyuşukluk, koma, solunum

zorlukları, ölüm

46

Şekil Kandaki COHb seviyesi: Atmosferik CO, temas süresi ve fiziksel aktivitenin tipi ile

korelasyonu

Şekil ’de gösterildiği gibi vücut tarafından CO'in absorbe edilmesi,

CO konsantrasyonuyla, maruz bırakılma süresi ve yürütülen aktivite

ile artar. Karbonmonoksit konsantrasyonu, trafiğin yoğun olduğu ve

yolları tıkanık olan kentlerde özellikle yüksektir.

Kandaki CO konsantrasyonu teneffüs edilen havadaki CO

konsantrasyonuna bağlıdır. CO soluyan bir insanın kanında meydana

gelen COHb konsantrasyonu; kanda,

% COHb= 0.16 x Havadaki CO kons. + 0.5

47

%COHb

Ölüm

Bilinç Kaybı

Gözlenen Etki

İstirahat

Ağır İş

Maruz Kalma Süresi, h

eşitliği ile bulunabilir. Bu denklemin geçerli olabilmesi için insanın

zehirlenmeden durabileceği CO konsantrasyonu olan 100 ppm altında

hava ortamı olmalıdır.

COHb’nin kanda yarılanma süresi 5 saattir.

Yukarıdaki denklem uygulandığında 10 ppm CO bulunan bir havayı

soluyan bir insanın kanında COHb % 2.1’e ulaşırken, 50 ppm

soluyanda ise % 8,5’e ulaşmaktadır. 750 ppm CO’e maruz kalan bir

insan 5 dakikada, 2000 ppm CO’e maruz kalan bir insan 1 dakikada

ölmektedir.

İstanbul Boğaziçi Köprüsü çalışanlarında, CO ve COHb seviyeleri

sigara içen ve içmeyenler olarak ölçülmüştür. Vardiye girişi ölçülen

COHb seviyeleri ortalaması sigara içmeyenlerde %0.67, sigara

içenlerde % 1.99, vardiye çıkışı ölçülen COHb seviyeleri ortalaması

sigara içmeyenlerde % 1.25, sigara içenlerde % 3.23 olarak

bulunmuştur.

İstanbul’da yapılan araştırmalarda bazı cadde kavşak noktalarında CO

konsantrasyonunun bir saatlik sürede 55 ppm’ e kadar çıkabileceği

görülmüştür. Böyle bir yerde bir saat trafiğe takılan bir kişinin

kanındaki COHb seviyesinin %2.3 e ulaşacağı hesaplanmaktadır. Bu

temas, merkezi sinir sistemine etki ederek insanın zaman aralıklarını

ve ışık parlaklığını ayırt edebilme yeteneğini bozar.

Karbonmonoksitin Kaynakları: Karbonmonoksitin kaynakları doğal

ve yapay olarak iki grupta toplanır. Her yıl bitkilerin çürümesi sonucu

48

meydana gelen metan gazının oksidasyonundan 3.5 trilyon ton CO

oluştuğu hesaplanmaktadır. Metanın doğal şartlarda oksidasyonu en

büyük karbonmonoksit kaynağıdır. Bir yılda atmosfere karışan tüm

CO’nin % 75 ‘i Metanın oksidasyonu sonucu meydana gelmektedir.

İnsan aktiviteleri sonucunda oluşan CO toplamın ancak % 10’u

kadardır. Her yıl atmosfere yayılan CO miktarı kaynaklarına göre

Tablo ’da görülmektedir.

Tablo Atmosfere Yayılan CO Kaynak ve Miktarları

Kaynak Miktar (milyon ton/yıl)

Metan Oksidasyonu 3.500

Deniz ve Göller 170

Ormanlardan 100

İnsan Faaliyetlerinden 400

Diğer Doğal Kaynaklar 300

CO diğer kaynağı sigaradır. Sigara dumanı 400-500 ppm CO

içermektedir.

Sigara içmeyenlerde COHb % 1.5 seviyelerinde

Günde bir paket içenlerde % 6.3

İki paket içenlerde % 7.7 COHb belirlenmiştir.

Kentsel alanlarda yapılan ölçümlerde 8 saatlik ortalama maksimum

konsantrasyon 53 ppm olarak belirlenmiştir. Pik konsantrasyonlar

trafiğin yoğun olduğu sabah ve akşam saatlerinde gözlenmektedir.

Özellikle çok yoğun karbon monoksit konsantrasyonları hareket

halindeki taşıtların içinde, garajlarda ve trafik akışının fazla olduğu

49

bölgelerde tespit edilmektedir. Dolayıyla yoğun CO maruziyetinin;

özellikle şoförler, garajlarda çalışan kişiler ve trafik polislerinde

gözlenmesi beklenilmelidir. Örneğin yapılan ölçümlerde araba içinde

maksimum 36 ppm, garajlarda 500 ppm karbon monoksit

konsantrasyonu tespit edilmiştir.

Atmosferdeki ortalama CO konsantrasyonu 0.1-0.5 ppm dir. Her yıl

atmosfere yayılan CO miktarı göz önüne alındığında, atmosferdeki

CO konsantrasyonunun her yıl % 50 oranında artması beklenir.

Aksine, bazı yıllarda azalmalar da tespit edilmektedir. Bu olay

aşağıdaki gibi açıklanabilmektedir; İlk akla gelen atmosferdeki

karbonmonoksitin

CO + ½ O2 + ışık CO2

şeklinde dönüşüm reaksiyonudur. Ancak, atmosferik şartlarda bu

reaksiyonun atmosfere karışan karbonmonoksitin tümünü

dönüştürecek hızda olmadığı tespit edilmiştir. Yapılan hesaplamalarda

toplam karbonmonoksitin ancak % 0.1’i CO2’ye dönüşebilmektedir.

Biyosferde su yatakları, bitki örtüleri, insan aktiviteleri CO üreten

bölgeler olduğuna göre, geriye toprağın CO ile ilişkisi kalır. Son

yıllarda yapılan araştırmalarda tropikal toprakların en çok CO

yakalayıcısı olduğunu ortaya koymuştur. Tropikal bir toprağın saatte

7-10 mg/m2 CO absorpladığı gözlenmiştir. Topraktaki biyolojik

aktivite azaldıkça, CO üretme hızı azalmakta, buna karşılık CO

absorplama hızı artmaktadır. ABD’de yapılan bir araştırmada ABD

toprakları yılda ortalama 500 milyon ton CO yakalamaktadır.

50

Karbon Dioksit (CO2)

Karbondioksit (CO2) atmosferde çok düşük konsantrasyonda bulunan

bir gazdır. Çevrede önemli bir anahtar görevi yapar. Örneğin, bitkiler

karbon dioksit alırlar ve bunu fotosentezlerinde kullanarak yaşamlarını

sürdürürler.

güneş ışığı

CO (gaz) + H2O Karbonhidrat + O2

(gaz)

Karbon dioksitin diğer bir özelliği de güneşten gelen ışınların

değişmeden yeryüzüne ulaşmasını sağlar. Ancak bu sırada

yeryüzünden gelen uzun dalga radyasyonunun bir kısmını absorblar.

Uzun yıllar önce, karbon dioksitin yeryüzünde meydana getirdiği sera

(greenhouse) etkisi ve buna bağlı olarak gelişen iklim değişikliklerine

neden olduğu tespit edilmiştir. Atmosferde daha önceden 280 ppm

olarak tespit edilen karbon dioksit miktarı, fosil kökenli yakıtların

kullanımının artması ile bugün 350 ppm’e kadar yükselmiştir.

Karbon dioksit doğal veya yapay olarak yanma veya oksidasyon

sonucunda oluşur. Ortama verilen karbonmonoksit, hidroksit

radikalleri ile oksitlenerek karbon dioksite dönüşür. Ancak bu

oksitlenme uzun zaman aralığında gerçekleşen bir reaksiyonla olur.

Karbondioksitin kendisi toksik bir gaz değildir. Normal atmosfer

şartlarında %0.03 - %0.06 arasında değişen konsantrasyonlarda, ayrıca

kaynak sularında da çözünmüş halde bulunur.

Atmosferdeki karbondioksit ile çözünmüş karbondioksit arasında

çeşitli doğal dönüşümlerin olması söz konusudur. Aradaki denge,

51

mevcut konsantrasyonun karışım zamanına bağlıdır. Bu dönüşüm

aşağıda şematik olarak gösterilmektedir.

Atmosferde bulunan karbon dioksit konsantrasyonu fosil kaynaklı

yakıtların yanması sonucunda her yıl 2.3 ppm kadar artmaktadır.

Bunun üçte biri okyanus veya derin su kaynaklarınca ve bitkiler

tarafından alınarak atmosferden uzaklaştırılmaktadır. Geri kalan 1.5

ppm ise atmosferdeki karbon dioksit konsantrasyonuna eklenmektedir.

Bu miktar da atmosferin tedrici olarak ısınmasına neden olarak sera

(greenhouse) etkisini her geçen gün biraz daha arttırmaktadır.

Atmosferde biriken karbondioksit adeta bir cam fanus görevini yapar.

Güneşten gelen kısa dalga boylu ışınlar içeriye kolaylıkla

geçmektedir. Ancak, içeride oluşan ısı enerjisinin çıkması karbon

dioksit tarafından engellendiğinden içteki ısı dışarıdan daha yüksek

olmaktadır. Karbon dioksitin bu etkileşimi sonucunda; dünya ortalama

52

ısısında meydana gelen yükselme doğadaki denge ve dönüşümler

üzerinde de etkisini göstermektedir.

1880-1940 yılları arasındaki sıcaklık artışının 0.5 °C olduğu

belirlenmiştir. Günümüzde olduğu gibi, atmosfere yayılmakta olan

karbondioksit miktarının hızla artması durumunda, önümüzdeki

yüzyılın yarısında global ısınmanın l.5 °C - 5 °C arasında bir artış

göstereceği tahmin edilmektedir.

Kükürt Oksitler: Kükürt oksitleri (SOx), doğal afetler ve insan

faaliyetleri sonucunda ortaya çıkan hava kirleticileri arasında

kuşkusuz en yaygın ve en çok üzerinde durulanıdır. Bu oksitlerin en

yaygın olanları, kükürtdioksit (SO2), kükürttrioksit (SO3), ve kükürt

heptoksit (S2O7)tir.

Kükürtdioksit renksiz, yanmaz ve patlamaz bir gaz olup boğucu bir

kokusu vardır.

Kükürtdioksit su içinde oldukça fazla çözünür (11.3 g/100 ml, 20 oC

de), moleküler ağırlığı 64.06 gr.dır ve yaklaşık olarak havadan iki kat

daha ağırdır.

SO2 nin havada kalış süresinin 2 ile 4 gün olabileceği ve bu sürede

1000 km yol alabileceği bilinmektedir. Bu nedenle SO2 kirliliği,

uluslarası bir boyut kazanır.

Atmosferdeki diğer bileşiklerle fotokimyasal ya da katalitik

reaksiyonlara giren SO2, SO3, H2SO4 damlaları ve sülfürik asit

tuzlarını meydana getirir.

53

Kükürt Oksitlerin Etkisi

İnsan Sağlığına Etkisi: Sülfürik asit (H2SO4), sülfürdioksit (SO2) ve

sülfat tuzları solunum sisteminin mukozasını tahriş etme özelliğine

sahiptir ve özellikle kronik solunum hastalıklarına neden olur (tablo)

Genel olarak laboratuarda deney koşullarında, erişkin sağlıklı kişiler

üzerinde yapılan deneylerle sağlanan veriler ile dış hava koşullarında

diğer kirliliklerin birbirini destekleyen etkisi ile temel değişik

reaksiyonlara neden olur.

Tablo SO2 nin İnsanlara Etkileri

Konsantrasyon ppm

Temas Süresi

Etkileri

0-0.06 Etkisi bilinmiyor 0.15-0.25 1-4 gün Kalp-solunum tepkiler 1.0-2.0 3-10 dak Sağlıklı kişilerde kalp-solunum tepkiler

sezilebilir tepkiler,göğüs kafesinde sıkışma 5.0 1 saat Hava akımları karşısında nefesin kesilmesi

ve artan akciğer direnci 10.0 1 saat Ciddi sıkıntılar, bazı burun kanamaları 20 den büyük 30 sn Sindirim sisteminin etkilenmesi ve aynı

zamanda göz iltihapları 400-500 Ani Ölüm, boğulma tehlikesi

EPA verilerine göre Chicago'nun 470 µg/m3 lük (0.18 ppm) SO2

konsantrasyonları aşırı ölümlerle sonuçlanmış durumdadır. Tozlu bir

atmosferde SO2 özellikle zararlıdır. Çünkü hem SO2 ve hem de

54

sülfürik asit molekülleri, solunum sistemini yönlendiren ve saça

benzeyen tüycükleri felce uğratırlar. Tüycüklerin doğal süpürme

eylemi olmazsa partiküller içlerine girerek orada çökelebilirler. Bu

partiküller genel olarak kendileri ile birlikte oldukça yüksek bir

konsantrasyonda SO2 yi de taşırlar, böylece doğrudan ve uzatılmış

süreli temas akciğerin hassas yapısını tahriş eder.

Dış havadaki SO2 konsantrasyonunun, temas süresine bağlı olarak

etkisi Şekil’de özetlenmiştir.

A Beklenenden daha fazla ölüm olaylarının gözlendiği konsantrasyon sınırları ve temas süreleriB Önemli sağlık etkilerinin gözlendiği konsantrasyon sınırları ve temas süreleriC Sağlık etkilerinin beklenebileceği konsantrasyon sınırları ve temas süreleriD Önemli problemlerin olmadığı konsantrasyon sınırları ve temas süreleri

Şekil Kükürt Oksitlerin İnsan Sağlığına Etkisi

Bitkilere Etkisi: Dış havadaki SO2 konsantrasyonu ile temas süresi

ve bitkiler üzerindeki etki arasındaki ilişkisi Şekil de gösterilmiştir.

55

Zaman

SO2, ppm

A

B

C

D

Gölgelenmiş olan bölge zarara neden olan temas süresini temsil

ederken, gölgelenmemiş olan bölge önemi olmayan temas süresini

temsil etmektedir.

Bitkilere olan zarar akut ve kronik olmak üzere sınıflandırılabilir.

Akut durumlara kısa periyotlarda SO2 konsantrasyonunun yüksek

olduğu koşullarda rastlanır. Sonuçta damarlar arasında ya da

yaprakların kenarlarında açıkça kendisini gösteren ölü bölgeler

belirgin durumda görülür. Kronik zararlarsa, düşük

konsantrasyonlarda uzun süreli temasların sonucu oluşur. Bitkilerin

yapraklarında kahverengi, kırmızı ya da beyaz lekeler görülür.

A Bitkilerin zarar gördüğü konsantrasyon sınırları ve temas süreleriB Bitkilerin zarar görmediği konsantrasyon sınırları ve temas süreleri

Şekil SO2 nin bitkilere etkisi

56

Zaman

SO2, ppm

A

B

Materyaller üzerine etkisi: Sülfürik asit aerosolleri mermer,

kireçtaşı, ve kireç harcı (martar) gibi karbonat içeren inşaat

materyallerine rahatça etki eder. Aşağıdaki eşitlikte gösterildiği gibi,

suda çözünür olan sülfatlarla karbonatlar yer değiştirir.

CaCO3+H2SO4 ® CaSO4+CO2+H2O

(Kireçtaşı)

Kalsiyumsülfat ya da jips (CaSO4) bu süreç sırasında meydana gelir

ve suyla yıkanıp giderken geriye rengi atmış gözenekli formunda bir

yüzey kalır. Tarihi binalar, ulusal yapılar, katedraller ve heykeller hep

kükürt oksitlerin yan ürünleri ile temasa geçerek harap olurlar.

Sülfürik asit pusu, aynı şekilde pamuk, keten ve naylonu da tahrip

eder. SO2, bağıl nem oranı %70 in üzerinde ise demir, çelik çinko,

bakır ve nikel gibi metallerin korozyon hızını arttırır.

Kükürt Oksitlerin Kaynakları: Katı yakıtların ve fosil yağlarının

(sıvı yakıt) yakılması insan faaliyetlerinin bir sonucudur. Bu

faaliyetler SO2 emisyonlarının yüzde 80 den fazlasını oluşturur.

İstanbul’da yapılan bir araştırmada 1990-1995 yıllarında yaklaşık 2

milyon ton kömür (% 1-3 Kükürt) yılda tüketilmektedir ve aynı

zamanda 950-1000 araç trafikte seyretmektedir. Bir yılda fosil

yakıtlardan İstanbul atmosferine yanma sonucu verilen SO2 yaklaşık

40.000 ton olup, bu vasıtalardan yayılan (yaklaşık 36 ton) SO2’nin

1000 katına ulaşmaktadır.

57

Tablo 5.8. Sülfür oksitlerin kaynak ve miktarları Emisyon, milyon ton/yıl

Kaynak 1968 1970 1975 1977 1980

Ulaştırma 0.7 0.9 1.1 0.8 0.9 Yerleşik kaynaklardaki sıvı yakıt yakılması (güç ve ısıtma)

20.6 23.5 22.0 22.4 19.0

Endüstriyel süreçler 6.1 5.3 2.9 4.2 3.8 Katı atık düzenlemeleri ve diğerleri

0.6 0.3 - - -

Toplam 28.0 30.0 26.0 27.4 23.7

Benzinin kükürt miktarı düşük olduğundan (kütlesel olarak yüzde

0.03) ulaştırma nedeni ile atmosferdeki insan kaynaklı SOx kirlenmesi

oldukça azdır. Son zamanlarda SO2 nin otomotiv sektöründe

kullanılan katalitik konventörler vasıtasıyla SO3 e dönüşmesi endişesi,

karbon monoksit ve hidrokarbon emisyonlarının azaltılmasının

getireceği faydalar yanında fazla önemsenmemektedir.

Kükürtoksit emisyonların kontrol altına alınabilmesini sağlayan ana

temel yöntemler; daha az kükürt içeren yakıtların yakılmasından

başlayarak, yakıttan kükürdün alınması, kömürün sıvılaştırılması ya da

gazlaştırılması, diğer enerji kaynakları ile yer değiştirilmesi, yanma

ürünlerinin temizlenmesi ya da uzun bacalarla yayılmasıdır.

Azot Oksitler: Azot oksitleri (NOx), Azot ve Oksijenin

oluşturabileceği bir çok bileşikten meydana gelmektedir. Bunlar

azotmonoksit (NO), azotdioksit (NO2), diazotmonoksit (N2O), diazot

trioksit (N2O3), diazot tetraoksit (N2O4) ve diazot pentoksit (N2O5)

58

tir. Hava kirliliğinde en fazla üzerinde durulanlar azotmonoksit (NO)

ve azotdioksit (NO2) tir.

Havadan ağır olan azotdioksit (NO2) aşağıdaki eşitlikte gösterildiği

gibi nitrat asidi ve diğer nitroz asitleri ya da azot oksidi yapacak

şekilde suda çok miktarda çözünür.

2NO2+H2O ® HNO3+HNO2 (nitrozasit)

3NO2+H2O ® 2HNO3+NO

Nitrik ve nitrozasitlerin her ikisi de yağmurla havadan sulara geçer ya

da atmosferde amonyak ile (NH3) birleşerek amonyum nitrat

(NH4NO3) oluşturup, yer yüzüne iner. Bu durumda NO2 bitkiler için

besin maddesidir.

Ultraviyole sınırları içinde enerjiyi çok iyi absorbe eder.

NO2 Ozon (O3) gibi ikinci derece hava kirlilikleri üzerinde önemli bir

rol oynar. Azotmonoksit (NO) atmosfere NO2 den çok daha fazla

miktarlarda yayılır.

Yere yakın atmosferde fotokimyasal ve kimyasal reaksiyonlar

NO2+h NO + O

O + O2 +M O3 + M

NO + O3 NO2 + O2

NO2+h + O2 NO + O3

Şeklinde meydana gelmektedir. NO nun NO2 ye dönüşümü çok

hızlıdır. Sonuçta NO2, güneş radyasyonu ve O2 ile birlikte NO ve O3

oluşturmaktadır. O3 ile olan hızlı reaksiyon sebebiyle NO güneş

59

battıktan sonra NO2 e dönüşemez. Be nedenle karanlık saatlerde NO

pek çok ölçümde belirlenmiştir.

Azot Oksitlerin Etkileri:

Canlılara etkisi: Azotmonoksit (NO) oldukça inert bir gazdır ve

yalnızca orta derecede toksiktir. Her ne kadar NO, CO gibi

hemoglobinle birleşerek kanın oksijen taşıma kapasitesini azaltırsa da,

dış havada genel olarak NO konsantrasyonu 1.22 mg/m3 (1 ppm) den

küçük olduğundan, NO sağlığa zararlı olarak düşünülemez. Ancak

NO kolayca oksitlenek biyolojik açıdan önemi olan NO2 ye dönüşür.

NO+ 1/2 O2 ÛNO2

NO2 akciğerlerin alveollerini tahriş eder; insan solunum sisteminin

azotdioksitle kısa süreli temasına karşı davranışı aşağıdaki tablo ’da

verilmiştir.

Sekonder Kirlenme ve NO: NOx, fotokimyasal sisin (smog)

üretilmesi için gerekli iki kimyasal bileşen gruptan biridir.

Hidrokarbonlar + NOx Smog

Gerçekte, bu olay sırasında bir sürü kompleks reaksiyonlar vardır ve

sisin oluşumuna neden olan reaksiyonlar henüz kesin olarak

bilinmemektedir. NOx’in en önemli fonksiyonunun ışık enerjisini

absorbe etmek olduğu bilinmekte ve sis içinde değişik seviyelerde

oksidanlar bulunmaktadır.

Atmosferde NO2 nin meydana geldiği temel proses aşağıdaki gibidir.

O3 + NO ® O2+NO2

60

Güneş Işını

Hidroperoksit köklerde NO ile reaksiyona girerek NO2 ve Hidroksil

kökleri oluşturur.

HO2 + NO HO+NO2

Ayrıca alkilperoksil kökleri NO yu okside ederek alkiloksil kökleri ile

NO2 meydana getirir.

RO2 + NO RO+NO2

Bu şekilde, Hidrokarbon, NOx ve Ozon arasında atmosferik şartların

etkisiyle zincir reaksiyonları oluşur ve devam eder. Reaksiyonlar çok

hızlı olup NO2 dönüşümü ani olmaktadır

Bu fotokimyasal reaksiyonların son ürünleri ; O3, PAN, aldehitler,

ketonlar, alkilnitratlar ve karbonmonoksit gibi hava kirleticilerinden

ibaret olan fotokimyasal sis (smog) tir.

Smog: Insan faaliyetleri sonucu yapay sis oluşumuna SMOG denir

Kirlenme nedeniyle görüş mesafesi azalması, diğer ifadeyle

bulanıklık; renkli gazlar ve ince aerosoller nedeniyle olmaktadır.

Ayrıca ince aerosollerin çekirdek görevi üstlenmesiyle yoğuşaan hava

nemi de doğal olmayan sislerin oluşumuna neden olmaktadır. BU iki

etkinin birleşmesiyle oluşan SMOG kendisini oluşturan etkinin

atmosferde oksitleyici maddelerle hidrokarbonlar arasında meydana

gelen ve gün ışığıyla ilişkili fotokimyasal reaksiyonlar olması halinde

FOTOKİMYASAL SMOG adını alır.

Atmosferdeki oksitleyicilerin en önemlisi OZON dur. Ozon kirletici

kaynaklardan atmosfere atılan bir kirletici olmayıp, atmosferde çeşitli

kirleticilerin yan etkileriyle güneşin mor ötesi ışınlarının yardımıyla

meydana gelen reaksiyonların ürünüdür.

61

Bu reaksiyonlar esnasında aktif atomik Oksijenler açığa çıkmaktadır.

Aktif atomik oksijenler atmosferde bulunan çeşitli organik veya

anorganik kimyasal kirleticileri oksitleyerek tüketilirler. Bu

reaksiyonların, benzinli araçlardan kaynaklanan yanmamış

hidrokarbonlarla devam etmesi sonucu

R herhangi bir alkil grubu HC hidrokarbon olmak üzere

HC + O R- + RCO-

R- +O2 RO2-

RO2- + HC RO- +HCO-

RO- +NO + O2 RO2- +NO2

RCO- + O2 RCO3-

RCO3- + NO RCO2

- +NO2

RO2- + NO RO- +NO2

RCO2- + NO RCO- +NO2

RCO2- + O2 RCO- + O3

Reaksiyonun bu şekilde meydana geldiği düşünülmektedir.

reaksiyonlarda NO NO2 ye

O O3 dönüşmektedir

Atmosferde NO2 ve O3 konsantrasyonunda artış meydana gelmektedir.

Serbest HC buharları ise organik peroksitlere, aldehit, keton ve

nitratlara dönüşerek çok zararlı ve aktif ikincil hava kirleticilerine

dönüşmektedir. Bunlardan

RCO2- + NO2 RCO2NO2

RCO3- + NO2 RCO3NO2

62

Olarak gösterilen sırasıyla asil ve peroksiasil nitrat maddeleri kanser

yapıcı olarak bilinirler. (R) yerine asetil grupları girdiğinde

PEROKSİASETİL NİTRAT (PAN) meydana gelmektedir. PAN göz

yaşartıcı, bitki örtüsünü tahrip eden ve kanser yapıcı olduğu kuvvetle

tahmin edilen bir maddedir.

R yerine benzoil grubu girmesi ile PEROKSİBENZOİLNİTRAT

(PBzN) oluşur. PBzN, havada PAN dan daha az bulunan ancak daha

aktif ve tehlikeli bir kirleticidir.

Ozon / PAN oranı sabit olmayıp, mevsimlere göre değişim gösterir.

Avrupa’nın bazı kesimlerinde yapılan ölçümlerde maksimum PAN

konsantrasyonu 80-90 µg/m3 olarak tesbit edilmiştir.

Çok kuvvetli bir oksitleyici olan ozon, her türlü biyolojik materyalle

reaksiyona girmektedir. Ozonun özellikle akciğer fonksiyonları

üzerinde önemli ölçüde zararlı olduğu tesbit edilmiştir. Genelde, ozon

maruziyeti 1-3 saatlik süreyi kapsamaktadır. 200 µg/m3 oksitleyici

konsantrasyonuna maruziyet; göz,burun ve boğaz tahrişine, göğüs

sıkışması, öksürük ve baş ağrısına neden olmaktadır. Çocuk ve

gençlerde akciğer fonksiyonlarının azalmasına sebep olan

konsantrasyon ise 160-300 µg/m3 tür. Dünya Sağlık Örgütü tarafından

insan sağlığının korunması için maruziyet sürelerine göre aşılmaması

gereken sınır değerler ; 1 saat için 150 µg/m3 8 saat için 100-120

µg/m3 olarak önerilmektedir.

63

Yerleşim alanlarındaki NOx konsantrasyonları kırsal alanlara göre

1000 defa daha büyük olabilir. NO ve NO2 nin her ikisi de solar

radyasyona, meteorolojik olaylara ve trafik hacmine bağlı olarak gün

boyunca belirli değişik konsantrasyonlar göstermektedir. NO, NO2 ve

O3 ün 1965 de Los Angeles'ta gösterdiği günlük konsantrasyon

değişiklikleri Şekilde verilmiştir. Günün ışımasından önce NO ve

NO2 oldukça düşük ve değişmez bir konsantrasyon gösterir. Sabah

aktivitelerinin başlaması ile birlikte (özellikle otomobillerin

kullanılması ile) NO konsantrasyonları hızla artar. Daha sonra artan

solar aktivite ile aşağıdaki reaksiyonlar oluşmaya başlar.

NO2 + UV Û NO + O

O + O2 + M Û O3 + M

O3 + NO Û O2 + NO2

NO2 konsantrasyonları yükselir ve bir pike ulaşır. Fotokimyasal

oksidanların birikmesi ile azalmaya başlar. Fotokimyasal oksidanlar

(temel olarak O3) öğle sıralarında bir pike erişirler. Biriken NO ve O3

atmosferde kolayca reaksiyona girerek tamamen O2 ve NO2 ye

dönüşür. Her ne kadar öğleden sonraları solar radyasyon oksidanları

üretmek için yeterli değilse de daha önce üretilmiş olan O3 akşam

trafiği ile yayılan NO ile reaksiyona girerek bu sıralarda NO2

miktarında az da olsa bir artma meydana getirir.

64

Şekil Los Angeles'ta 19 Temmuz 1965 te NO, NO2 ve O3 teki günlük değişimler

Maksimum NO konsantrasyonları çoğunlukla sonbaharın sonlarında

ve kış aylarında oluşur. Bu aylar ısınma enerjisinin maksimum ihtiyaç

duyulduğu, rüzgar hızlarının düşük olduğu ve solar radyasyonların en

az olduğu aylar olarak tanımlanır. NO2, NO gibi mevsimsel

değişiklikler göstermez.

Azot Oksitlerin Kaynakları: Azotun bazı oksitleri doğal olarak

meydana gelirken bazıları ise insan faaliyetleri sonucu oluşur.

Atmosferin üst tabakalarında solar radyasyon yardımıyla üretilen

düşük konsantrasyonlardaki NOx aşağı doğru difüzyonla atmosferin

65

ppm

Konsantrasy

Öğleden Önce Öğleden Sonra

Azot Monoksit

Azot DioksitOzon

alt tabakalarına erişir. NOx in az bir miktarı da şimşekler ve orman

yangınları sırasında oluşur. Organik maddelerin bakteriyel

parçalanması da atmosfere NOx lerin bırakılmasına neden olur. Doğal

olarak meydana gelen NOx, insan faaliyetleri sonucu oluşan NOx 'in

yaklaşık 10 katıdır. İnsanın katkısıyla oluşan NOx in temel çıkış

noktası yerleşik kaynaklarda sıvı yakıtın yakılması ve ulaşımdır. İnsan

faaliyetleri sonucu atmosfere yayılan NOx in tahmini miktarları

aşağıdaki tabloda görülmektedir. Ulaşım nedeniyle ilk yıldaki NOx

emisyonundaki artış (7.5 milyon ton dan 10.1 milyon tona) yalnızca

artan trafik araçları ve trafiğe açılan yollar nedeniyle değildir. CO ve

hidrokarbonların kontrolü için daha önce kullanılan cihazlar NOx

emisyonlarında önemli bir artma meydana getirdiğinden ve

karbonmonoksit (CO) ile hidrokarbonlar (HC)ın çok daha sıkı bir

şekilde kontrol edilmesinden bu artış meydana gelmiştir. Elektrik

hizmet kurumlarından meydana gelen NOx emisyonlarındaki artış ise

elektrik ihtiyacının artması nedeniyledir. 1968 - 1980 yıllarında

ABD’de yapılan NOx kaynak ve miktar araştırmalarının sonuçları

tablo 5.12'de verilmiştir.

Tablo zotoksitlerin kaynak ve miktarları (Emisyon, milyon ton/yıl)

Kaynak 1968 1970 1975 1977 1980

Ulaştırma 7.5 10.1 9.2 9.2 9.1 Yerleşik kaynaklardaki sıvı yakıt yakılması (güç ve ısıtma)

9.2 8.6 11.8 13.0 10.6

Endüstriyel süreçler 0.2 0.2 - 0.7 0.7 Katı atık düzenlemeleri ve diğerleri

2.1 0.7 - - 0.3

66

Toplam 19.0 19.6 21.0 23.1 20.7

HAVA KALİTESİNİN VE ATIK GAZLARIN ÖLÇÜMÜ

Hava kalitesi ölçümü başlıca üç ana sınıfta ele alınabilir

1) Yayınlanan kirli gaz akımında yapılan ölçümler. Baca

şeklindeki sabit kaynaklardan delik açılarak gaz örneği emilir ve

analizlenir.

2) Meteorolojik ölçümler: kaynaktan çıkan kirleticilerin alıcıya

nasıl ulaştığını belirlemek için bazı yapılan meteorolojik

ölçümler

3) Dış hava kalitesi ölçümleri: kirlenme miktarıyla sağlık ve

benzeri etkiler arasında ilişkiler bu ölçümle belirlenir.

Havada bulunan kirletici maddelerin ölçümü için geliştirilmiş çok

farklı yöntemler mevcuttur.

Tozluluk ölçümü için uygulanan en basit ve sık kullanılan yöntem;

Toz Çökeltme (Dustfall) Yöntemi: tozlar ağzı açık kavanozlarda

veya kavanoz çevresine sarılmış yapışkan yüzeylerde toplanır. Boş

kavanozlar genellikle 30 gün süreyle açık havada tutulur, yapışkan

yüzeyde ise haftada bir kez kağıt değiştirilir. Sonuçlar toplanan

tozların tartımı sonunda çökelme veya yapışma alanına göre

ton/km2.ay birimiyle ifade edilir.

Yüksek Hacimli Numune Alıcı (Hi-Vol)

67

Temiz bir cam elyafı veya analitik saflıkta filtre yüzeyinden 24 saat

süresince yaklaşık 1500-2000 m3 hava emerek çalışır. Filtrede

toplanan toz uygun tartım odalarında tartılır ve geçen hava hacmine

bölünerek o günkü tozluluk konsatrasyonu belirlenir.

Şekil Hi-Vol Cihazı

Çok ince tozları belirlemek amacıyla termal çöktürücüler, atalet

ayırıcılar…

Gaz ölçümü için uygulanan en basit ve sık kullanılan yöntem;

Baca gazı numunesi alınırken, numunenin alınacağı yer çalışma

amacına göre seçilir. Çok büyük gaz kütlesini en iyi temsil eden

örneğin alınabilmesi için kural olarak kazan çıkışından iki boru çapı

uzaklıktan ve baca ağzına yakın çalışılır.

Gazların havadan absorbsiyon veya adsorpsiyon yöntemlerinden

biriyle tutularak ayrılmasından sonra bazı fiziksel ve kimyasal yollarla

analizlenmesi mümkündür.

68

Son yıllarda geliştirilen bazı hava ölçüm cihazları ile yerinde ölçüm

yapabilmek bazı kirleticiler için mümkün olabilmektedir.

O2 ve CO ölçümü

Bazı durumlarda ise numunelerin kaynaktan alınıp laboratuarda Gaz

Kromotografisi ile ölçülmesi gerekebilir.

Hava Yıkama Şişesi (Bubbler): Gaz bileşenini sıvıda tercihli olarak

çözme veya kimyasal bileşik teşkili ile tutulması

69

Yıkama Şişesi yönteminde analizin türüne göre özel bazı yapılar

geliştirilebilir. Örneğin Şekilde görülen hava dağıtıcı azot oksit ve

ozon tayinlerinde kullanılırken, kükürt oksit tayinlerinde gerekmez.

SO2 ölçümü; Yıkama şişesine hidrojen peroksit çözeltisi konulur.

Böylece

SO2 + H2O2 H2SO4

Reaksiyonu ile oluşan H2SO4 miktarı, uygun indikatörlerle asidimetri

ile bulunur.

70

METEOROLOJİ VE HAVA KİRLENMESİ

Hava kirliliği problemi, meteorolojik ve topoğrafik koşullara bağlı olarak atmosferik kirleticilerin havadaki miktarının artmasından oluşur.

Hava kirlenmesi, meteorolojik koşullar gereğince, kirleticilerin yayılmasının (dispersiyon) sınırlanması sonucu zararlı seviyelerdeki birikme nedeniyle meydana gelir.

Havası kirli olan yerleşim bölgelerinde yapılan tüm araştırmalarda meteorolojik, topografik ve hava kirliliği arasında etki - tepki ilişkisinin önemli olduğu belirlenmiştir.

71

Şekil Atmosferin Genel Sirkülasyon Şeması

Atmosferik Hareket Ölçekleri: Atmosferin temel dört elemanı olan

sıcaklık, basınç, nem ve rüzgar arasındaki etkileşimler, birçok farklı

seviyede ya da ölçekte ele alınır. Bu hareket ölçüleri global, kıtasal,

bölgesel ya da lokal boyutta olabilecek hava kütlelerinin hareketine

bağlıdır. Bu coğrafik etkilenme boyutlarına göre hava hareketinin

ölçüsü Makro, Sinoptik Mezo, Mikro model ölçeklerde

incelenmektedir.

72

Makro Ölçek: Binlerce kilometrelik boyutlarda oluşur. Okyanus ve

karalar üzerindeki alçak ve yüksek basınç buna örnek teşkil

gösterilebilir.

* Ekvatorda ısınan ve yükselen havanın yerini, kutuplardan akan

soğuk hava kütlesinin almasıyla oluşan hava hareketleri

* Ancak, dünyanın batıdan doğuya dönüşü, hava akımı üzerinde

büyük bir etkiye sahip olduğu (kuzey yarımkürede aşağı doğru esen

rüzgarı saptırır) için bu dönüş hesaba alınmalıdır. Dünyanın

dönüşünün rüzgar hızı ve yönü üzerindeki etkisine " Coriolis Kuvveti

" denir ve bu kuvvet hava koşullarının oluşumunda çok önemli bir

faktördür. Termal ısı naklinin bu çift etkileşimi, alçak- yüksek basınç

alanlarında soğuk ya da sıcak cepheler, kasırgalar ve kış fırtınaları

oluşturur.

* Bu ölçekte, hava kütlesi hareketini etkileyen en önemli

elemanlardan diğeri yeryüzündeki karalar ve suların dağılımıdır.

Okyanus kütleleri ile büyük kara parçalarının ısı taşıma kapasiteleri

arasındaki farklılık, global hava hareketlerini yönlendiren üçüncü

önemli faktördür.

Karasal kütleler üzerinde atmosferik sıcaklık, solar radyasyonun

varlığında çok çabuk yükselir (gündüz), daha sonra solar radyasyon

yokluğunda (gece) yükselmesine eş bir hızla düşer. Bunun aksine, su

ısıyı daha derinlere yayarak geniş kütlenin ısınmasına sebep olur.

Dolayısıyla gündüz gece ısı farkı fazla olmaz. Bu nedenle ısının yön

değiştirme hızı kara parçalarına oranla daha yavaştır.

73

Sinoptik Ölçek: Kıtasal boyutta ortaya çıkan hava hareketleridir.

Yüksek ve alçak basınçlı, sıcak veya soğuk hava kütlelerinin birbirini

izlemesi.

Mezo Ölçek: Kentsel ölçekte imbat-poyraz şeklindeki hava

hareketleri, yamaç/vadi akımları, kentsel ısı adaları mezoölçekte hava

hareketleridir.

Mikro Ölçek: Binalar veya orman park alanları gibi yer örtüsünün

türüne göre değişen radyasyon bilançoları nedeniyle oluşan yerel

türbülanslar Mikroölçekli hava hareketleridir.

Bazı yerleşimlerde hava kirlenmesinin güneş radyasyonunun yüzeye

ulaşabilen kısmını %10-15 kadar azalttığı belirlenmiştir. Bu kaybolan

enerjinin bir kısmı kent üzerindeki atmosfer tabakası tarafından

soğurulduğu, bunun sonucunda kent üzerindeki hava kütlesinin

çevreye kıyasla daha sıcak olduğu ortaya çıkmıştır. Ayrıca kentlerdeki

beton, asfalt gibi yapıların toprak ve yeşil örtüye göre daha fazla ısı

soğururlar. Bu nedenle kentlerin çevrelerine kıyasla daha sıcak oluşu

ISI ADASI olarak tanımlanır.

Bu ölçek modellerde atmosferin 4 temel elemanı olan ısı, basınç,

rüzgar ve nem’in hava kirlenmesi üzerine olan etkileri daha da önem

kazanmaktadır. Bu etkiyi açıklayabilmek için her bir elemanın

atmosfer üzerindeki etkisinin ayrı ayrı incelenmesi gerekmektedir.

ISI ETKİSİ

Isı önemli bir atmosferik değişkendir, iklimsel şartların temelini

oluşturur. Atmosfere ısı enerjisi kısa dalga boylu ( yaklaşık 0.5 m) ve

74

tümüyle görünen (visible) ışık formunda radyasyonlar halinde

güneşten gelir. Dünya bu ışınların bir kısmını absorplar, bir kısmını

ise, daha uzun dalga boylarına (ortalama 10 m) dönüştürerek yansıtır

yansıyan bu ışınlar, genellikle görülmeyen (nonvisible) ısı

radyasyonlarıdır.

Solar ışınların bazıları yeryüzüne ulaşamazlar, bunlar, bulutlar ya da

havada asılı partiküller uzaya geri gönderilirler. Solar ışınların bir

kısmı ise yeryüzü tarafından uzaya geri yansıtılır. Yer yüzeyi şekli bu

yansımanın gerçekleşmesinde ve hızında önemli bir faktör

oluşturmaktadır. Örneğin; çöller, buzlu ve karlı bölgeler yüksek

yansıtma özelliğine sahiptirler, ormanlık ya da bitki örtüsü ile kaplı

bölgelerin ise yansıtma yeteneği düşüktür.

Güneş ışınlarının bir kısmı ise, ozon, su buharı, CO2, toz ve bulutlarca

absorblanırlar, ancak, yeryüzü, solar enerjiyi absorblayan en önemli

elemandır. Nitekim, troposfer güneşten önce yeryüzü tarafından

ısıtılır.

Topografik Isınma: Troposferde ısı transferi dört önemli yolla

gerçekleşir: Sera etkisi, yoğunlaşma-buharlaşma dönüşümü, ısı

iletimi ve ısı nakli.

Sera Etkisi: Yeryüzünce absorbe edilen solar enerji, ısı enerjisine

dönüştürülerek uzun dalga boylu radyasyonlar olarak atmosfere

verilir. Bunlar hemen hemen ışık geçirimi olmayan uzun dalga

radyasyonlarıdır. Nitekim, dünyanın geri yolladığı (yansıttığı)

radyasyonlar atmosferin sıcaklığını yükseltirler. Sera etkisi olarak

75

bilinen bu oluşum adını, içlerinde CO2 ve su buharının hakim olduğu

cam yapılardaki (seralardan) ısınma şekline benzemesinden almıştır.

Buharlaşma - Yoğunlaşma Döngüsü: Suyun buharlaşması enerji

harcar ve atmosferde absorblanmış ve su buharında depolanmış

enerjiye ihtiyaç vardır. Yoğunlaşmada, bu ısı enerjisi açığa çıkar.

Çünkü, buharlaşma genellikle yer yüzeyine yakın ya da yer yüzeyinde

gerçekleşirken, yoğunlaşma normalde, traposferin üst bölgelerinde

gelişir, buharlaşma - yoğunlaşma prosesi, ısının yer yüzeyinden daha

yüksek bölgelere hareketine neden olur.

Isı Taşınımı (Kondüksiyon): Isının atmosferden yeryüzüne geçişi,

nakil işleminin katkısı ile de gerçekleşir, bu yolla ısı transferi hava ve

yeryüzü arasındaki doğrudan temas ile sağlanır. Bir kısım havanın

aşağıya doğru hareket ederek, ısınmış olan yeryüzü ile teması sonucu,

atmosfer yeryüzünden bir miktar ısı alır. Bu ısı nakline " konduksiyon"

yolu ile ısı nakli adı verilir.

Isı İletimi (Konveksiyon): Atmosferde oluşan farklı ısıdaki tabakalar

arasındaki ısı transferi tabakalar ara yüzeyleri vasıtasıyla sağlanabilir.

Buna konveksiyon yoluyla ısı iletimi adı verilir. Sıcak havanın

yükselmesi ve soğuk havanın alçalması ile başlayan proses, dünyadan

troposfere ısı transferini sağlayan en büyük güçtür. Yer yüzüne yakın

olan havanın ısınarak üst tabakalara yükselmesi sonucu farklı ısıdaki

hava tabakaları oluşur. Bu şekilde sıcak tabakadan soğuk olana

kontakt ile ısı nakli başlar.

BASINÇ ETKİSİ

76

Basınç, meteorolojik olayların oluşumunda, sıcaklık gibi önemli bir

faktördür. Havanın kütlesi olduğu için, atmosferin tümü yeryüzüne bir

basınç uygular. Bu basınç genel olarak, bir bölge üzerinde havanın

ağırlığının, bir cıva sütunundaki civanın yükselme miktarı ile

belirlenen bir barometre kullanılarak ölçülür. Ortalama olarak, 45o

boylam ve 0oC `de (32oF) cıva kolonu 760mm (29.9in.) `e eşittir. Bu

değer uluslararası bir düzenleme olup, "Standart Atmosfer " ya da

"Bar " olarak adlandırılır. Meteorologlar basıncı genelde "Millibar"

olarak ifade ederler ve 1 atmosfer 1033 millibara eşittir.

Basınç Sistemleri: Dünya üzerindeki basınç modelleri, hava basıncı

bazı bölgelerde yüksek bazı bölgelerde ise düşük olacak şekilde sabit

bir akış gösterir. Yüzeylerdeki engebeler ve radyasyon, rüzgar enerjisi

gibi farklı yapılardan dolayı, kıtasal lokasyonlarda global sirkülasyon

modelleri, yüksek - alçak basınç sistemleri ya da çekirdeklerin

gelişmesi ile etkileşim içindedir. Bu yüksek ve alçak basınç

sistemlerinin hareketleri ya da sirkülasyonları, birçok farklı hava

koşullunu temsil edici özelliktedir.

Yüksek Basınç Sistemleri (Antisiklon): Yüksek basınç sistemleri açık

hava, ışık, rüzgar ve atmosferik stabiliteyi temsil eder. Kuzey yarım

kürede, yüksek basınç tipi bir sistemde, havanın dikey doğrultudaki

hareketi aşağıya doğru ve yataydaki hareketi ise saat yönündedir.

Yüksek basınç sistemleri hava kütlelerinin rölatif olarak kararlı

(stabil) oldukları anı temsil eder. Geniş bölgeler söz konusu

olduğunda ise, bu gibi koşullar altında sıcaklık ve nemlilikte küçük

değişmeler olur ve hava koşulları kademe kademe değişim gösterir.

77

Dispersiyon kısıtlanır, kirletici konsantrasyonları istenmeyen

seviyelere ulaşır.

Alçak Basınç Sistemleri (Siklon): Kuzey yarım kürede tipik bir alçak

basınç sisteminde, yatay doğrultuda hava hareketi, saat yönünün

tersine olacak şekilde, düşey hareket yukarı doğrudur. Alçak basınç

sistemleri genellikle kapalı gökyüzü, fırtına, kararsız bir atmosfer ve

cephe oluşumlarını temsil eder. Bu gibi stabil olmayan koşullar

altında, kirleticilerin dispersiyonu mümkündür, öyle ki, hava kirliliği

problemi en aza inmiş haldedir.

Troposferde düşük basınç şartları altında, sıcaklık yükseklikle azalır.

Böyle durumlarda yer seviyesindeki hava kütlesi ve bacalardan atılan

gazlar yükselir ve dağılır. Sıcaklık genelde yerden yükseklikle 0,65

(1 oC) oC/100 metre oranında azalır. Hava yerden yukarı doğru

yükselirken genişler ve soğur. Hava içindeki nem, bulut oluşturmak

üzere yoğunlaşır. Bu şartlar altında troposferde hava kirliliği ile ilgili

sorun olmaz ve gazlarda çökme meydana gelmez.

78

Kararsız ve nötr şartlarda, yere yakın hava, üstteki havadan daha hızlı

olarak ısınır. Isınan hava soğuk tabakaya doğru yükselir. Sıcaklığın

yerden yükseklikle azalması, havayı karıştırarak bacalardan ve

egzozlardan atılan kirleticilerin dağılmasına ve seyrelmesine yardımcı

olur. Bir parsel hava, çevre havasından daha sıcaksa bu hava

atmosferde kendi sıcaklığına, yoğunluğuna ve basıncına ulaşıncaya

kadar yükselir. Böylece kararsız ve nötr şartlarda bacadan ve

egzozdan atılan gazların atmosferde yükselmesi ve dağılması hızlı bir

şekilde gerçekleşir.

Cepheler: Çoğunlukla, atmosferde sıcaklık bakımından birbirlerinden

kesin bir sınır ile ayrılan iki hava kütlesi oluşmaktadır. Hava kütleleri

farklı özelliklerinden dolayı bir araya geldiklerinde hemen

karışamazlar. Daha sıcak olan hava kütlesi daha az yoğun olduğundan,

yoğun olan soğuk hava kütlesi karşısında baskın olma eğilimindedir.

Farklı yoğunluktaki iki hava kütlesi arasındaki kama şeklindeki eğimli

bölgeye "cephe" denir. Bir cephe ne soğuk ne de sıcaktır, tipik olarak,

79

alçak basınç çekirdeğinin çevresinde saat yönünün tersine doğrultuda

hareket eder.

Sıcak Cepheler: Sıcak cepheler, soğuk hava geri çekilirken sıcak

havanın ilerlemesi ile oluşur. Sıcak hava aydınlık yapıcıdır, soğuk

havanın üstüne yükselir ve soğuk bir yağış kuşağı sonrası gelişir.

Yağış yükselme başlangıcında şiddetlidir, fakat sıcak hava genişken

hafifler.

Soğuk Cepheler: Soğuk hava, bir sıcak hava çekirdeğinde ilerlerken,

hava sistemi soğuk havaya geçiş yapar. Buradaki soğuk ve yoğun hava

sıcak havanın altına girer. Soğuk ve sıcak hava kütlesi arasındaki

geçiş bölgesi tek bir yönde hareket ediyorsa, bu tip cephelere

"istasyon cephesi" denir.

RÜZGAR ETKİSİ

Rüzgarlar

80

Global

sıcaklık, basınc farklılığı ile oluşan rüzgarlar

Rüzgar basit bir hava hareketidir. Makro ölçekte ele alındığında,

rüzgar, yeryüzü üzerindeki basınç ve atmosferik sıcaklık

dağılımlarının, eşit olmamasından kaynaklanır ve dünyanın

dönüşünden önemli derecede etkilenir. Rüzgarın akış yönü,

karakteristik olarak, yüksek basınçtan alçak basınca doğru olmasına

rağmen, Coriolis Kuvveti hava akımını, tariflenen bu modelin dışına

çıkarma eğiliminde etki eder.

Meso ölçek ve mikro ölçekte, topografik özellikler, rüzgar akışına

önemli derecede etki eder. Yüzeysel farklılıklar, hava hareketinin hızı

81

ve yönünde izlenebilir bir etkiye sahiptir. Deniz ve kara meltemler,

dağ ve vadi rüzgarları, sahil sisi, rüzgar sonrası yağış sistemleri,

"kentsel ısı adaları" , vb. oluşumlar lokal ve bölgesel topografik

özelliklerin, atmosfer koşulları üzerindeki etkisine örnek verilebilir.

Akarsu vadilerinde oluşan rüzgar kanalları, birçok büyük kentsel

bölgeyi etkisi altına alan bir olaydır. Günün sıcak saatlerinde baskın

olan yamaç yukarı ya da yamaç aşağı meltemleri ve geceye özgü aşağı

çekilme dağ vadilerinde gözlenen karakteristik atmosfer olaylarıdır.

Su ve karaların kondüktivite kapasitelerindeki değişmeler,

topografyanın, rüzgar yönü üzerinde diğer bir önemli etkisidir. Karalar

suya yakın bölgelerde (sahil kesimleri) daha çabuk

soğuyabildiklerinden, karakteristik kıyı rüzgarları da, deniz ve kara

meltemleri modelindedirler.

Yer yüzeyi ve atmosfer arasındaki sürtünme tabakasında gelişen

mekanik ya da termal türbülanslardan dolayı, rüzgarlar kesik kesik ve

değişkendir. Sürtünme tabakasındaki engebeler nedeniyle, hava

karakterinin hızı genellikle artar, rüzgarlar alçak bölgelerde

gelişenlerden çok daha stabil ve izobarlara çok daha paralel eserler.

Sürtünme tabakasında, rüzgar hızı ve yükseklik arasındaki ampirik

formül aşağıda verilmiştir. bu ampirik ifade 700 - 1000 m (2000 -

3000 feet) için geçerlidir.

U1 = Z1 yüksekliğinde rüzgar hızı, m/sn.U2 = Z2 yüksekliğinde anemometre ile ölçülen rüzgar hızı, m/sn.

82

k = katsayı, yaklaşık 1/7 olarak alınabilir. (0.14)

Rüzgar hızı ve yönü ile ilgili verilerin toplanmasında "Rüzgar gülleri" önemli rol oynar, bu cihazlar genelde, rüzgarın yön ve hızının özel bir bölge için ölçümünde kullanılır. Örneğin, Şekil 'de gösterilen rüzgar gülü, güneybatıdan esen ve hızları 8 m/sn 'nin üstünde olan rüzgarların aylık yüzdelerini vermektedir.

Rüzgar hızı, m/sn

0-1 2-3 4-5 6-8 9-11

Şekil Rüzgar Gülü

Meltem: Genel hava basıncının etkisiz olduğu, durgun olduğu

zamanlarda gece ve gündüz arası sıcaklık farklarının yaptığı basınç

farklarından oluşan rüzgarlardır.

83

Gündüzleri karalar, denizlerden daha çabuk ısınırlar. Dolayısıyla deniz

üzerinde yüksek, kara üzerinde de bir alçak basınç alanı oluşur. Bunun

sonucunda denizden karaya doğru bir rüzgar başlar. Bu rüzgara deniz

meltemi denir. Bu rüzgar hızı, sıcaklık arttıkça artar ve öğlen

saatlerinde en yüksek hızına ulaşır. hava karardığında ve güneş

battığında ise tüm bunların tam tersi yaşanır. Kara daha çabuk

soğuduğu için bu seferde karadan denize bir rüzgar esmeye başlar.

Buna da kara meltemi denir.

NEM ETKİSİ

Buharlaşma - yoğunlaşma - yağış, çevremizde kesintisiz tekrarlanan

bir çevrimdir. Nem ilk olarak dünya yüzeyinden atmosfere taşınır. Bu

su buharı daha sonra, yoğunlaşarak bulutları oluşturur. Çevrim,

yoğunlaşan buhar yer yüzüne yağmur, dolu, kar, sulusepken şeklinde

yağış olarak geri döndüğünde tamamlanmış olur.

Topografya, nemin dağılımında önemli bir rol oynar. Dağlar nem

yüklü havanın yükselmesi yönünde etkili olurlar, sonuçta rüzgar

yönünde şiddetli yağışlar oluşur.

Atmosferde bulunan su buharı miktarı, nemlilik terimi ile tanımlanır.

Havanın sıcaklığı ne kadar fazla olursa, o kadar çok su buharı tutar.

Yer seviyesinde, 11.10C 'lik bir sıcaklık artışı ile, atmosferin nem

kapasitesi ikiye katlanır. 160C 'de neme doygun olan hava, 50C 'de

doygun olandan yaklaşık iki kat daha fazla su buharı içerir. Nemlilik

"piknometre" adlı bir cihazla ölçülür.

84

Hava içinde bulunan nem genellikle rölatif nem olarak ifade edilir.

Rölatif nem, belirli bir sıcaklıkta havadaki nemin, aynı sıcaklıkta

neme doymuş hava içindeki nem miktarına oranı olarak ifade edilir.

SAPMA ORANI VE STABİLİTE

Traposferde, ortam sıcaklığı genellikle yükseklikle ters orantılıdır. Bu

sıcaklık değişim oranına "Sapma Oranı" denir. Bu oran belirli bir

bölge ve belirli bir zaman için termometreli bir balondan oluşan

balonun atmosfere gönderilmesi ile saptanır. Balon havada

yükselirken, bulunduğu yükseltideki sicaklığı gösterir. Bu değerlere

"Ortam Sapma Oranı" ya da "Çevresel Sapma Oranı" denir.

Sıcaklığının ortam havasından daha yüksek olduğu özel bir bölgedeki

hava, çevresini kuşatacak havanın kendi sıcaklık ve yoğunluğuna eşit

olana kadar yükselme eğilimindedir. Böylelikle, sonuçta yapay şekilde

ısınan hava (Baca gazı, otomobil egzozları, v.b.) hafifler, yükselir,

genleşir ve soğur. Hava kütlesi yükselirken sapma oranı artar, bu artış

ortam sapma oranından dikkate değer şekilde farklı olabilir. Bu

nedenle, ortam sapma oranı ile sıcaklığın artışı ve giriş sıcaklığı (Hava

kütlesi ya da bir gazın yükselmeye başlamadan önceki sıcaklığı)

arasında bir kıyaslama yapmak gereklidir.

Yükselen bir hava parçasının sapma oranı teorik olarak belirlenebilir.

Bu hesaplamada, yükselen bir hava parçasında gelişen soğuma prosesi

"adyabatik" (ısı kaybı ya da eklemesi olmaksızın oluşan) olarak kabul

edilir. Adyabatik koşullar altında, yükselen bir hava parçası, yükselen

bir balon gibi davranır. Çevresindeki atmosferin kendi sıcaklık ve

85

yoğunluğuna eşit olduğu noktaya kadar yükselir ve o andan sonra

soğumaya başlar. Bu yükselen kütle ve ortam havası arasında ısı

alışverişinin olmadığı kabul edilen bir prosestir. Çevresine rağmen

havanın genleşmesi, diğer tüm işlemlerde olduğu gibi enerjiyi

gerektirir. Hava parçası yeryüzüne çok yakınken, bir kısım enerjiyi

yeryüzünden geri alabilir.

Hava kütlesi enerji kaynağından uzaklaşınca kendi depoladığı ısıyı

kullanmak zorunda kalacaktır. Ele alınan hava kütlesi içindeki

sıcaklık, kütle genişlerken azalır. Bu proses, yükselen hava

kütlesinden çevresini saran atmosfere ısı transferinin olmadığı hallerde

"Adyabatik Soğuma" adı alır. Fiziğin temel iki kanunu olan "ideal gaz

kanunu" ve "enerjinin dönüşümü kanunu" kullanılarak, adyabatik

koşullar altında yükseklik kazanma ile sıcaklığın değişmesini

matematiksel bir form olarak tanımlamak mümkündür. Bu azalış,

oranı "Adyabatik Sapma Oranı" olarak tanımlanır. Kuru hava

adyabatik olarak km. başına 9. 80C soğur, bu kuru adyabatik sapma

oranıdır. Nemli hava da, kuru hava gibi yükselirken soğur. Ancak

sapma oranına, hava içindeki nemin haldeğiştirmesi ikinci bir faktör

olarak etki eder. Buharlaşma - yoğunlaşma ısısı yükselen doygun hava

içinde su buharı olarak yoğunlaşarak açığa çıkar. Hava kütlesinin

sıcaklık değişimi kondensasyon ısısının genleşen havadan ayrılması

ile olur. Islak adyabatik sapma oranı (60C) bu nedenle kuru adyabatik

sapma oranından daha azdır. Yükselen bir atık gaz, nadiren tamamiyle

doygun ya da tamamiyle kuru olduğu için, adyabatik sapma oranı bazı

yerlerde bu iki ekstrem değer arasında kalır.

86

Ortam ve adyabatik sapma oranları, atmosferik stabilitenin bir

ölçüsüdür. Isınan hava parçası dikey doğrultuda yukarı doğru

yükseliyorsa, bu hal havanın atmosferik olarak "stabil" olduğunu

gösterir. Tsistem > Tçevre olduğu sürece bu yükselme devam eder ve Tsistem

= Tçevre olduğunda hareket son bulur.

Yükselen bir hava parçası, çevresindeki havadan daha soğuk oluyorsa,

yani Tsistem =Tçevre eşitliğinde yükselen hava durmuyorsa ve Tsistem <

Tçevre oluyorsa atmosfer kararsız duruma geçer.

Yükselen bir hava parçası, çevresini saran havadan daha soğuk ve

yoğun olan bir yüksekliğe ulaştığı zaman, hava parçası statik taşıma

kuvvetince aşağıya doğru itilir ve yönü değiştirilir. Bu duruma

atmosfer stabil oldu denir. Bu hareket, fiziksel şartların aynı olduğu

yüksekliğe kadar devam eder ve hareket son bulur.

Stabilite, atmosferik sıcaklığın düşey doğrultudaki dağılımının bir

fonksiyonudur ve ortam sapma oranına karşı, adyabatik sapma oranı

noktalanarak atmosferin stabilitesi belirlenebilir.

Kuru, nemli ya da yaş adyabatik sapma oranı bir karşılaştırma olarak

kullanılabilir; kuru adyabatik sapma oranı (9.8oC) Şekilde görüldüğü

gibi, birçok ortam sapma oranına karşı noktalanabilir. Böylelikle

Şekil-6.7' de stabil ve stabil olmayan bölgeleri ayıran sınır çizgisine

"kuru adyabatik sapma oranı" denir.

87

Ortam sapma oranı, adyabatik sapma oranını aştığı zaman, ortam

sapma oranına "Superadyabatik" denir ve bu esnada atmosfer oldukça

kararsız haldedir.

22-9.8=12.2 0C

Şekil Ortam Sapma Oranı ve Kuru Adyabatik Sapma Oranı Arasındaki İlişki

88

(T-9.8 220C T 0C12.20C

Bu iki sapma oranı tam olarak birbirine eşit olduğu zamanlar, atmosfer

"nötral" denir. Ortam sapma oranı kuru adyabatik sapma oranından

daha küçük ise, ortam sapma oranı "subadyabatik" olarak adlandırılır

ve atmosfer o anda stabildir. Hava sıcaklığı atmosferin bir tabakasında

boydan boya sabit ise, ortam sapma oranı "sıfır" ve atmosferik tabaka

"izotermal" dir. Böyle hallerde,atmosfer stabildir. Ortam havası

sıcaklığı yükseklik ile azalacağına artarsa, sapma oranı negatif ya da

alışılmış halin tam tersidir. Negatif sapma oranı genellikle

"inversiyon" şartları altında oluşur. İnversiyon hali, soğuk havanın

üstünü sıcak hava tabakasının kaplaması sonucu, meydana gelir.

Termal ya da sıcaklık inversiyonları, yüksek derecede atmosferik

stabilitenin göstergesidir.

HAVA KİRLİLİĞİNİ ARTIRAN SICAKLIK İNVERSİYON

Kararsız (stabil olmayan) ve nötr şartlarda, yere yakın hava, üstteki

havadan daha hızlı olarak ısınır. Isınan hava soğuk tabakaya doğru

yükselir. Sıcaklığın yerden yükseklikle azalması, havayı karıştırarak

bacalardan ve egzozlardan atılan kirleticilerin dağılmasına ve

seyrelmesine yardımcı olur. Bir parsel hava, çevre havasından daha

sıcaksa bu hava atmosferde kendi sıcaklığına, yoğunluğuna ve

basıncına ulaşıncaya kadar yükselir. Böylece kararsız ve nötr şartlarda

bacadan ve egzozdan atılan gazların atmosferde yükselmesi ve

dağılması hızlı bir şekilde gerçekleşir.

89

90

Sıcaklık İnversiyonu

Sıcaklık inversiyonu, yüksek basınç şartlarının hakim olduğu

günlerde, açık hava ve sakin rüzgar şartlarında meydana gelir.

Özellikle açık hava (bulutsuz) ve sakin rüzgarlı (hızı düşük) gecelerde,

yer hızlı şekilde soğur. Böylece yer ve yere yakın yüzey, yukarıdaki

yüzeyden daha soğuk olur. Bu duruma sıcaklık inversiyonu denir.

Böyle zamanlarda hava kütlesi yukarı doğru değil daha soğuk ortam

olan aşağı doğru hareket etme meylindedir.

İnversiyon, atmosferik şartların en muhtemel sonucunda meydana

gelir. Sıcaklık inversiyonu, bacadan veya egzozdan atılan kirleticiler

olmazsa, genel olarak zararlı sonuçlar oluşturmayan normal bir

meteorolojik olaydır. Sanayi bölgeleri ile şehir içi bölgelerde

inversiyon olayı hava kalitesi üzerinde olumsuz etki oluşturabilir.

Bacadan atılan sıcak ve hafif gazlar yükselir, genleşir ve sonra soğur.

İnversiyonlu günlerde bacadan atılan sıcak kirleticiler yer seviyesinde

tutulabilir ve birikebilir. Bu durumda bacalardan ve egzozlardan atılan

kirleticiler inversiyon tabakası içinde veya altında tutulur ve

birikmeye başlar. Bacadan atılan kirletici miktarı azaltılmıyorsa ve

inversiyon süresi de uzuyorsa o bölgede ciddi hava kirliliği problemi

yaşanabilir. Çünkü inversiyonlu şartlarda gazların birikmesi söz

konusudur. Ayrıca soğuk hava, sıcak havadan daha yoğundur. Bu

91

durum yer seviyesindeki havanın ve kirleticilerin yükselmesini ve

seyrelmesini önler.

Üç temel inversiyon vardır. Bunlar; radyasyon inversiyonu, çökme

inversiyonu ve adveksiyon inversiyonudur.

Radyasyon İnversiyonu

Yüksek basınç şartları altında bulutsuz ve sakin rüzgarlı günlerde

radyasyon inversiyonu gerçekleşir. Radyasyon inversiyonu genel

olarak geceleri başlar. Bulutsuz gecelerde yer ısısını hızlı şekilde

yayar. Sonuç olarak hem yer ve hem de yere yakın hava tabakası hızlı

şekilde soğur. Üst tabakadaki hava tabakası ise daha sıcak hale geçer.

Böylece radyasyon inversiyonu oluşur. Bu durumda yer daha

soğuktur. Radyasyon inversiyonu havada sis oluşumunu başlatır, aynı

zamanda gazları ve partikülleri içinde tutar. Güneş ışınları sabahleyin

soğuk yer tabakasına nüfuz ederek inversiyonu kırmaya çalışır. Isınan

hava ile sis tabakası ortadan kalkar. Eğer hava çok sakin ve aşırı nemli

ise güneş ışınlarının radyasyon inversiyonunu ortadan kaldırması

zaman alabilir. Bu süre birkaç saatten birkaç güne kadar sürebilir.

Radyasyon inversiyonu sonbahar ve ilkbahar aylarında sık aralıklarla

olmakla birlikte kış ve yaz aylarında da meydana gelir. Radyasyon

inversiyonu genellikle gece saatlerinde başlar ve sabah saatlerinde

etkisini devam ettirir. İnversiyon, hava kirliliğinin yoğun olduğu il ve

ilçelerde daha uzun süre devam etmektedir.

Londra’da 1952 yılında gerçekleşen ve binlerce kişinin ölümüne

neden olan inversiyon, radyasyon inversiyonudur. Yer seviyesinde

92

ciddi sis oluşmuştur. Yüksek basınclı, sakin havada bacadan atılan

kirleticiler sis tabakası içinde tutulmuştu. Radyasyon inversiyon 5

Aralıkta başlamış 10 Aralığa kadar devam etmiştir. Güneş ışınları sis

tabakasını ısıtıp ortadan kaldıramamıştı. İngiltere’de yaşanan

radyasyon inversiyonu görüntüleri Şekil’de verilmiştir.

Şekil İngiltere’de Yaşanan Radyasyon İnversiyonu Görüntüleri

Çökme İnversiyonu

Dağ eteği bölgeleri ile vadilerde çökme inversiyonu sık aralıklarla

meydana gelmektedir. Yüksek basınç şartları altında açık havalar

(bulutsuz havalarda) ile sakin rüzgarlı hallerde, bir tepe, dağ bölgesi,

engel gibi yüksek bölge üzerinden dağ eteği veya vadi üzerine gelen

soğuk hava tabakası yüksek bölgeden aşağı doğru inerken sıkışır.

93

Sıkışan hava kütlesi ısınır. Böylece yerden belli bir yükseklikte sıcak

hava tabakası oluşur. Yer seviyesindeki hava kütlesi inversiyon

tabakasına kadar yükselir. İnversiyon tabakası bir kapak gibi hareket

ederek hava kütlesinin ve kirleticilerin daha fazla yükselmesini ve

dağılmasını engeller.

Los Angeles’de bu tür inversiyon sık aralıklarla meydana gelir.

Doğudan gelen sıcak çöl havası dağ üzerinden şehir üzerine eser.

Pasifikten (denizden) gelen soğuk hava ise yere yakın bölgeye

yerleşir. Böylece yüksekten gelen sıcak hava tabakası denizden gelen

soğuk hava tabakası üzerine yerleşerek bir tabakalaşma oluşur.

Çökme inversiyonu, radyasyon inversiyonuna göre daha etkilidir. Etki

süresi daha uzundur. Bu tür inversiyonlar genel olarak ilkbahar ve

sonbahar aylarında daha sık aralıklarla meydana gelir.

Atmosferde bir kaç km. içinde çökme inversiyonu meydana gelir.

İnversiyon tabakasının yerden yüksekliği oldukça önemlidir.

İnversiyon tabakası yerden ne kadar yüksekte oluşmuşsa bacadan ve

egzozdan atılan kirleticilerin atmosferde seyrelmesi o kadar yüksek

olur. İnversiyon tabakası yere ne kadar yakın ve ortamdan kalkma

süresi uzun ise hava kirliliği bakımından etkisi o kadar şiddetlidir.

Dağlarla veya yüksek tepelerle çevrili şehirlerimizde yüksek basınç

şartlarının hakim olduğu açık hava ve sakin kış aylarında bu tür

inversiyon sık aralıklarla meydana gelebilir. Eğer bu tür bölgelerde kış

aylarında kalitesiz yakıtlar (kükürdü, külü ve nemi yüksek, kalorisi

94

düşük) ısınma amaçlı olarak kullanılıyorsa bacadan atılan kirleticilerin

çevre üzerinde etkisi inversiyonlu günlerde ölümcül olabilir.

Yüksek tepe veya dağlarla çevrili bölgelerde oluşan çökme

inversiyonuna ait detaylar Şekil’de verilmiştir. Şekil’de görüldüğü

gibi yerden belli yüksekliğe kadar sıcaklık yerden yükseklikle

azalmaktadır. Belli bir yükseklikte ise sıcaklık yükseklikle

artmaktadır. Bu tabakanın üzerinde de sıcaklık yine yükseklikle

azalmaktadır. İnversiyon tabakası bir kapak gibi hareket ederek yer

seviyesindeki gazların daha fazla yükselmesini ve dağılmasını

engellemektedir.

Çökelme inversiyonu kalitesiz yakıt ve yakma sistemlerinin

kullanıldığı il ve ilçelerde daha etkili olmaktadır.

95

Şekil Çökme İnversiyonunda Sıcaklığın Yükseklikle Değişimi

Şekil Vadide Gerçekleşen Çökelme İnversiyonun Etkileri

Adveksiyon İnversiyonu

Yüksek basınçlı günlerde, sakin ve açık atmosferik şartlarda, sıcak

deniz esintileri, karaya ulaşmadan önce soğuk hava akımları üzerinden

geçtiği sahillerde (şehirlerde) bu tür adveksiyon inversiyonu meydana

gelir. Bu durumlarda yer seviyesindeki soğuk hava tabakası üzerine

sıcak hava tabakası yerleşir. Kararlı (stabil) tabaka olarak adlandırılan

96

inversiyon tabakası bir kapak gibi hareket ederek tabaka altında

bacadan veya egzozdan atılan kirleticilerin tutulmasına ve birikmesine

neden olur. Bu tür inversiyon oluşumu ile ilgili örnekler Şekil’de

verilmiştir.

Adveksiyon inversiyonu, genel olarak arkasında yüksek tepe veya dağ

olan sahil bölgelerinde kurulan şehirlerde meydana gelmektedir.

Şekil. Adveksiyon İnversiyonu Oluşumu

97

İNVERSİYON ETKİLERİ

İnversiyonlu sonbahar, kış ve ilkbahar aylarında, şehir içi bölgelerinde

ciddi hava kirlenmesi sonucu ölümcül atmosferik şartlar oluşmaktadır.

Bazı şehirler dağ eteklerine veya vadide kurulmuştur. Ağaçlarla,

tepelerle veya dağlarla çevrili şehirlerde hava hareketi çok yavaştır.

Bu tür şehirlerde yüksek binaların bulunması da hava sirkülasyonunu

ayrıca önemli ölçüde engellemektedir. Yüksek basınç şartlarının

hüküm sürdüğü açık hava ve düşük rüzgarlı günlerde, bu tür şehirlerde

rüzgar hızı durma noktasına gelmektedir. Özellikle ısınma amaçlı

olarak kalitesiz katı ve sıvı yakıt kullanılan şehirlerde bacadan atılan

kirleticiler havadan daha ağır olduklarından yere doğru çökme

eğilimindedirler. Meteorolojik şartların katkılarıyla yere doğru

çökelen ve biriken kirleticiler ölümcül etkilere sahiptirler.

1930’da Belçika’nın oldukça büyük endüstri havzası

olan Mense vadisinde duman ortalığı alt üst etmiştir.

Bunun sonucunda 63 kişi ölmüş ve binlerce kişi

hastalanmıştır.

1948 yılında Pensilvanya Donarda yaşanan inversiyon olayında 6000

kişi solunum sistemi hastalığına maruz kalmış ve 20 kişi ölmüştür.

1948 yılında hava kirlenmesinden Londra’da 700-800

kişinin öldüğü kayıtlara geçmiştir.

1952 yılında Londra’da yaşanan inversiyon olayında 5000 kişi ölmüş

binlerce kişi solunum sistemi hastalığına maruz kalmıştır. 1952 yılında

98

İngiltere’de inversiyonlu günlerde kükürt dioksit ve dumanın insan

sağlığı üzerinde yaptığı olumsuz etki Şekil ’de verilmiştir.

Şekil . 1952 Yılında Londra Yaşan Hava Kirliliği Etkisi

Şekilde ’de görüldüğü gibi bacadan atılan kirleticilerin ölümcül etkisi,

inversiyonun başladığı gün değil de özellikle müteakip günlerde daha

şiddetli olmuştur. Çünkü hem atmosferde inversiyon olayı hem de

bacadan kirletici atılmaya devam ettiği için havada kirletici

konsantrasyonu sürekli artmıştır. Belirli süreden sonra kirletici

konsantrasyonu sınır değerlerinin üzerine çıkmıştır. Bu olay sonucu

5.000 kişi ölmüş ve 12.000 kişi hastalanmıştır. Bu olay sonucu

İngiltere’de temiz hava kanunu düzenlemesi ile ısınmada kullanılan

99

yakıt özelliğinde ve yakma sistemlerinde ciddi düzenlemeler

getirilmiştir.

1984 yılında Hindistan Bhopal’da endüstrinin oluşturduğu metil iso

siyanat kirleticisi inversiyonlu şartların da etkisiyle 3.300 kişinin

ölmesine ve 22.000 kişinin hastalanmasına neden olmuştur.

1970 ve 1980’li yıllarda Ankara’da hava kirliliği ciddi boyutlara

ulaşmıştır. 1993 yılı kış ayında İstanbul Fatih ilçesinde kükürt dioksit

değerinin birkaç günlük ortalaması 2.000 mg/Nm3 dır. Bu değer sağlık

açısından oldukça yüksek değerdir.

Önlemler

İllerde ve ilçelerde hava kalitesinin iyileştirilmesinden sorumlu

idareler şehirlerinin topografik özelliklerini inceletmeliler. Dağlar

veya tepelerle çevrili veya vadide kurulmuş şehirlerde çökme

inversiyonunun, deniz veya sahil kenarında kurulmuş olanlarda ise

adveksiyon inversiyonu oluşması kuvvetle muhtemeldir. Radyasyon

inversiyonu her yerleşim bölgesinde oluşmaktadır.

İdareler ikinci olarak bölgelerinin meteorolojik özelliğini iyi

bilmelidirler. Özellikle kış aylarında yüksek basınç şartlarının

oluştuğu sıklığı, havanın bulutluluk durumunu ve rüzgar hızının ne

aralıkta değiştiğini tespit ettirmeliler. Daha önceki yıllarda yüksek

basınç şartlarında gerçekleşen gece saatlerindeki sakin ve açık hava

sıklığı tespit edilmelidir.

100

Meteorolojik şartlar ile topografik özelliklerin bacadan veya egzozdan

atılan kirleticilerin dağılımı için uygun olmadığı bölgelerde mutlaka

kaliteli yakıt ve yakma sistemleri kullanılmalıdır. Isınma amacı ile

kalitesiz yakıt ve yakma sistemleri kesinlikle kullanılmamalıdır. Hava

kalitesi anlık ölçüm aletleri ile sürekli izlenmelidir. Hava kalitesi

ölçüm değerleri halka duyurulmalıdır.

Özellikle kış aylarında yüksek basınç şartlarının hüküm süreceği

günler içinde rüzgar hızı ve açık hava durumu meteorolojiden

alınmalıdır. Olumsuz meteorolojik şartların hüküm süreceği günler

önceden tahmin edilerek ısınmada kullanılacak yakıtlar ve yakma

sistemleri ile ilgili düzenlemeler yapılmalıdır. Hava kirliliğinin yoğun

olduğu illerde yüksek basınçlı şartların hüküm sürdüğü günlerde sisin

kalktığı saatlerde sadece ısıtma sistemlerinin yakılmasına izin

verilmelidir. Halk bu konuda uyarılmalıdır. Böylece muhtemel hava

kirliliğinin etkisi minimize edilmelidir.

Kış aylarında inversiyonlu günlerde ısıtma sistemlerinin baca

çekişlerinde ciddi düşüşler olur. Bu ise yakma sisteminde eksik

yanmaya neden olur. Eksik yanma sonucu daha fazla zehirli ve zararlı

kirletici bacadan atmosfere atılır. Bu durumda hava kirliliği daha fazla

artar. Dolayısıyla inversiyonlu günlerde ısınmada kullanılan özellikle

katı yakıt kullanımı ya azaltılmalı veya yasaklanmalıdır.

Kış aylarında, inversiyonlu günlerin sık aralıklarla hüküm sürdüğü

hava kirliliğinin yoğun olduğu il ve ilçelerde hava kalitesinin

bozulmaması için kaliteli yakıt ve yakma sistemlerinin kullanılması

zorunlu hale getirilmelidir.

101

SAPMA ORANI VE DİSPERSİYON

Ortam sapma oranı ve adyabatik sapma oranı karşılaştırılırsa, bir

bacadan yayılan gazların atmosferde nasıl davranacağını tahmin etmek

mümkündür. Aşağdaki örneklerde kuru adyabatik sapma oranı

kullanılmıştır, fakat, ortam ve adyabatik sapma oranı

karşılaştırıldığında, baca gazındaki nem ögesi hesaplanırsa, baca gazı

şekli ile ilgili tahminler daha doğru olacaktır.

Ortam sapma oranı superadyabatik olduğu zamanlar, havanın kendi

türbilansı, atmosferin etkili bir dispersiyon aracı olarak çalışmasına

neden olur. Şekil - 6.10a 'da görüldüğü gibi, oluşan baca gazı dağılımı

Halkalı (looping) şekilde olur. Bu gibi oldukça kararsız atmosfer

koşullarında, yayılan kirletici akımı, hızla karışır. Halkalı baca

gazlarının oluşumu için elverişli koşulların bulunduğu bölgelerde,

yüksek bacalar gazın yer ile erken temasını engellemek yolunda

yararlı olabilir.

Ortam sapma oranı, kuru adyabatik sapma oranına eşit ya da çok

yakın olduğu zamanlar, tek bir bacadan ya da fabrika bacalarından

çıkan baca gazları, ortam havasının yoğunluğuna ulaşana kadar

atmosfer boyunca yükselir. Şekil 6.10b 'de, gösterilen bu tip baca gazı

çıkışlarına Nötral baca gazı denir.

102

Ancak, bu tip nötral baca gazı çıkışları, rüzgar hızı 20 mil/h 'den

büyük ve bulutların gündüz güneş radyasyonu, gece de yer

radyasyonunu bloke etmesi ile, "koni" şeklini alma eğilimindedirler

(Şekil -6.10c).

Ortam sapma oranı subadyabatik olduğu zamanlar, atmosfer oldukça

stabildir. Bu koşullar altında, sınırlı bir düşey karışım olur ve büyük

bir olasılıkla, hava kirliliği problemi, ele alınan bölge için artış

gösterir. Koni şekline benzediği için, bu tip baca gazlarına "Konik"

baca gazları denir. Halkalı baca gazlarında, dispersiyon hızı daha

yüksek olduğu için, konik baca gazının yere ilk ulaşacağı mesafe (X)

daha büyüktür. (Şekil-6.10c)

Sapma oranı negatif olduğu zaman, ortamda inversiyon olduğundan,

baca gazı dispersiyonu, türbilans eksikliğinin bir sonucu olarak

minimumdur. Çok stabil hava koşullarında, baca gazı yatay olarak

dağılırken, dikey doğrultuda da az miktarda bir karışım olur ki, bu tür

dağılımlara " Şerit" baca gazı dağılımı denir (Şekil - 6.10d). Bu tip

baca gazı dağılımları düz (engebesiz) şehirlerde millerce öteden

görülebilir. Radyasyon inversiyonunun sıkça görüldüğü bölgelerde,

emisyon deşarjının inversiyon tabakası üstüne yapılmasını

sağlayabilmek için, yeterince yüksek bacaların inşa edilmesi tavsiye

edilmektedir. Ancak, bu çözüm yolu genellikle daha yüksek

tabakalara yayıldığı için, çökelme inversiyonlarının görüldüğü

bölgeler için uygun değildir.

Negatif sapma oranının olduğu koşullar altında dağılma olayı, olası

kirliliği azaltıcı ya da artırıcı yönde olabilir. Örneğin, inversiyon,

103

emisyon kaynağının altında superadyabatik olduğu zaman, baca

gazı dağılımına "yüksekte tutsaklama" (lofting) denir. Şekil -6.10e

'de görüldüğü gibi, bu tür baca gazları dağılımlarının aşağı yönde

karışımı, çok azdır. Kirleticiler, dikkate değer bir yer seviyesi

konsantrasyonu olmaksızın, aşağı doğru bir dispersiyon oluşur. Baca

yüksekliği inversiyonu geçer geçmez yukarı doğru dağılım (lofting)

sürecektir, fakat, lofting genelde bir geçiş hali olarak kabul edilir. Eğer

inversiyon baca gazı yüksekliğini geçerse, lofting şerit baca gazı

dağılımına dönüşür. Bir inversiyon tabakası, baca gazı kaynağının kısa

bir mesafe üstünde oluştuğu ve baca aşağısında superadyabatik

koşullar hakim olduğu zaman, baca gazı dağılımına Tütme

(fumigating) denir (Şekil -6. 10f). Tütme olay, bir şerit baca gazının

halkalı baca gazı dağılımına dönüşümü sırasında (sabah güneşi

radyasyon inversiyonu oluşturduğunda ve superadyabatik koşullar

altında) oluşmaya başlar. Tütme (fumigating), yer seviyesinde, hava

kirletici konsantrasyonlarının yüksek seviyelere ulaşmasına neden

olabilir, ancak, bu olay oldukça kısa bir periyot için geçerlidir.

Tütmeye neden olan benzer koşullar bir "Tutsaklanma" (trapping)

etkisi de oluşturabilirler. Bu olayda, inversiyon tabakası, emisyon

kaynağının hem üstünde hem de altında hakim olur. Bunun sonucunda

Şekil -6.10g ' de gösterildiği gibi baca gazı dağılımı kaynağın altında,

alçak inversiyonun üstünde kalır.

104

Şekil 6.10. Sapma Oranının Baca Gazı Dağılımına Etkisi (a) Halka Dağılım (looping), (b) Nötr Dağılım, (c) Konik, (d) Şerit (fanning) (e) Yukarda Tutsaklama ( lofting), (f) Tütme ( fumigating), (g) Tutsaklama (Trapping)

105

(e) Subadyabatik, yüksek baca

(f) Subadyabatik, hinver>hbaca

inversiyon altı

(d) Subadyabatik inversiyon

(c) Nötral u>20 mil/h

(b) Nötral kararlı , u<20 mil/h

(a) Süper Adyabatik

(g)

MODELLEME

Atmosferik taşınımın matematiksel ifadelerle hesaplanmasında çeşitli

formüller önerilmektedir.Tüm bu formüllerle yapılan çözümlere hava

kirlenmesinde modelleme adı verilmektedir.

Modelleme ile, meteorolojik olaylar hakkında bilgi edinmek, hava

sistemlerini etkileyen değişik faktörlerin etkilerini anlamak, hava

kirliliği önleme programları geliştirmek, emisyon envanteri

hakkındaki verileri hesaplamak ve hava kirliliği tahminlerini daha

gerçekçi yapmak, mümkün olmaktadır.

Hava kirlenmesine uygulanan tüm modellerde kullanılan ortak bir

terim maksimum karışma derinliğidir. (MKD) , Maksimum Karışma

Derinliği, kirletici etkileri çok olan bir aktivitenin yerinin

saptanmasında önemli bir rolü vardır. Atmosferik şartlara bağlı olarak

her emisyonun bir maksimum karışma derinliği vardır. Bir kaynaktan

yayılmakta olan kirleticinin MKD’ni hesaplamak için grafik

yöntemlere başvurulabilir. Bunun için Araştırma yapılacak bölgenin

sabah saatlerinde temperatür-yükseklik eğrisi çizilir.Daha sonra Max.

yüzey sıcaklığı noktalarından kuru adyabatik sapma oranına paralel

bir doğru çizilerek, temperatur-yükseklik değişim eğrisini kestiği

nokta olan “max. karışma derinliği" (MKD) saptanabilir. Şekil – 6.10 '

da yaklaşık 600m .lik bir alan için MKD görülmektedir.

106

Maksimum Karışma Derinliği800

600

400

200 Sabah T-h

5 10 15 20 25Temperatür, 0C

Şekil – 6.10 Max. Karışma Yüksekliği

Gifford Dispersiyon Modeli

Birçok sayıda ampirik dispersiyon modeli geliştirilmiştir. Bu modeller

ya belirli bir bölgedeki hava kirleticilerinin dispersiyonu, veya

meteorolojik taşınımın matematiksel eşitlikleri ve izin verilen kirletici

konsantrasyonudur ya da yer seviyesindeki baca gazı dağılımlarını

hesaplamak için geliştirilir.

Bu konuda en çok kullanılan formüller Sutton, Bosanqet & Pearson

grubu ve Pasquill & Gifford tarafından geliştirilmiştir. Günümüzde

kullanılan eşitliklerin çoğu, Pasquill tarafından önerilen ve daha sonra

Gifford tarafından modifiye edilen, aşağıda verilen eşitliğe dayanır.

dC/dt = /x ( Kx x/x ) + /y ( Ky x/y ) + /z ( Kz x/z )

dC/dt : Kirletici konsantrasyonunun zamanla değişimi

107

YükseklIk,m

Kx ,Ky , Kz :Dispersiyon katsayıları

Yukardaki eşitlik üç boyutlu bir uzayda, "x" doğrultusunun, değişken

bir fonksiyon olan dispersiyonu temsil ettiği görülmektedir.

Bir Gaussian konsantrasyon dağılımına sahip baca gazı, hem "z" hem

de "y" doğrultusunda gelişir (Şekil – 6.11)

Şekil – 6.11 z ve y Doğrultularında Gaussian Dispersiyonu.

Bir gaz ya da aerosolün ( < 20 ) konsantrasyonu (C), Gifford modelinin özel bir çözümü kullanılarak rüzgar yönünde, yer seviyesinde bir x mesafesi için aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

Cx,y = ( Q / uzy ) exp [ - 1/2 . ( H/z )2 ] exp [ -1/2 . ( y/y )2 ]

C = Kirletici konsantrasyonu, g/m3 veya mg/m3

Q = Kirletici emisyon debisi, g/sn veya kg/saat

= 3.14159

u = Ana rüzgar hızı, m/sn

y = y doğrultusunda baca gazı konsantrasyonunun standart sapması, m

z = z doğrultusunda baca gazı konsantrasyonunun standart sapması, m

108

H = Etkin baca yüksekliği, m

x = Noktasal kaynaktan baca gazı dağılımı orta çizgisi boyunca rüzgar yönü doğrusu arasındaki mesafe, m

y = Noktasal kaynaktan baca gazı dağılımı orta çizgisi boyunca rüzgar yönüne dik doğrultu arasındaki mesafe, m

Bu eşitlikte, kirletici konsantrasyonunun, yalnızca baca gazı orta çizgisi boyunca yayıldığı kabul edilirse, Y= 0 olur ve eşitlik aşağıdaki şekilde yazılabilir;

Cx,y = ( Q / uzy ) exp [ - 1/2 . ( H/z )2 ]

Bu eşitlik, etkin baca yüksekliği "sıfır" ise, örneğin, yer seviyesinde yakma işlemi halinde, bir adım daha basitleştirilebilir.

Cx,0 = Q / u z y

z ve y için değerler, yalnızca rüzgar hızı mesafesinin bir ölçüsü değil, aynı zamanda atmosferik stabilitenin de bir fonksiyonudur. Rüzgar yönünde (x) farklı mesafeler için z ve y 'nin değerleri ile farklı stabilite kategorileri Şekil – 6.12 'de gösterilmiştir.

109

Şekil 6. 12 . Stabilite kategorileri

110

Tablo –6. 2 Pasquill Stabilite Tipleri

Yer seviyesindeGündüz Gece

(yere ulaşan güneş ışınları)Rüzgarhızı,

m/snKuvvetli

OrtaHafif Bulutlu Açık

< 2 A

A-B B

2 A-B B C E F

4 B B-C C D E

6 C C-D D D D>6 C D D D D

A - Çok Kararsız D - NötralB - Orta Derecede Kararsız E - Az StabilC - Az Kararsız F - Orta Stabil

Max. yer seviyesi konsantrasyonu, z = 0.707 H olduğu yerlerde meydana gelir ve z/y rüzgar yönü (x) mesafesi ile sabittir.

111

Baca Dizaynı

Bir bacanın etkin şekilde dizayn edilebilmesi için, meteorolojik veriler

gereklidir. Bir emisyon kaynağından çıkacak kirleticilerin, ele alınan

bölgedeki konsantrasyonları ve yağışlarla yeryüzüne indikleri andaki

konsantrasyonlarının ne olacağı, gibi tüm veriler göz önüne

alınmalıdır. Lokal birçok farklılıktan dolayı, formüller yetersiz

kalmaktadır, bu yetersizlik, optimum baca yüksekliğinin hesaplanması

ile giderilebilir.

Bitişik bina lokasyonları mekanik türbilans oluşturarak, baca gazını

yeryüzü seviyesine kadar taşıyabilirler. Özellikle, baca yapısının

rüzgar alan yönünde ve rüzgar hızının da yüksek olduğu zamanlar, bu

gibi olaylar sıklıkla görülür. Bu problemleri önlemek için, bacalar

bitişik yapıların yüksekliğinden 2 - 2.5 m daha yüksek inşa

edilmelidir. Isı adaları ve mekanik türbilans, kentsel bölgelerde

özellikle göz önümde bulundurulmalıdır.

Yukarda konu edilen bacalar, sürekli emisyon kaynakları olan tekli

bacalardır. Çoklu bacaların inşası halinde, diğer faktörler de hesaba

alınmalıdır. Nükleer fisyon ürünlerinin kesikli ya da infilak şeklindeki

emisyonları için, tekli baca dizaynında daha farklı kriterler

kullanılabilir.

Bir bacadan çıkan hava kirleticileri, atmosfere yayılmadan önce, baca

doğrultusunda bir süre yükselirler. Etkin baca yüksekliği H, sadece

fiziksel baca yüksekliği h değil, aynı zamanda gazın çıkış anındaki

baca üzerinde yükselmesini de kapsar.

112

H = h + h

Şekil – 6.13' de görüldüğü gibi,baca yükseklikleri aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir. Holland's eşitliği;

h = us . d / u . [1.5 + ( 2.68x10-3 . p . Td / Ts) ]

h = Baca gazının baca üzerinde yükselme mesafesi, mus = Baca gazı çıkış hızı, m/snd = Baca iç çapı, mp = Atmosfer basıncı, milibaru = Rüzgar hızı, m/snT = Baca gazı sıcaklığı - Hava sıcaklığı, 0KTs = Baca gazı sıcaklığı, 0K

Şekil – 6.13 Etkin Baca yüksekliği

Hesaplamalar öncelikle nötral şartlara uygun şekilde yapılır. Stabil olmayan koşullarda, h,

1.1 - 1.2 değerinde bir faktörle artırılır, stabil koşullarda ise, h, 0.8 - 0.9' luk bir faktör ile

azaltılır.

Davidson & Bryont'ın baca gazı yükselmesi ile ilgili olarak geliştirdikleri diğer eşitlik;

h = d . ( us / u )1.4 . ( 1 + T / Ts )

113

Bu eşitlikte, terimler Holland eşitliğindekilerle aynıdır.

Örnek: Etkin baca yüksekliğinin hesaplanması:

Aşağıdaki verilere göre, etkin baca yüksekliğini hesaplayınız.

a - Fiziksel baca yüksekliği 203 m. ve iç çapı 1.07 m.b - Rüzgar hızı 3.56 m/sn.c - Hava sıcaklığı 13 0Cd - Barometrik basınç 1000 milibar.e - Baca gazı hızı 9.14 m/sn.f - Baca gazı sıcaklığı 149 0C

Örnek: Yer seviyesi max.konsantrasyonunun hesaplanması:

Saatte 5.45 ton kömür yakan ve yanma ürünlerini, etkin baca yüksekliği 75 m. olan bacasından dışarı atan bir güç santrali bulunmaktadır. Yakılan kömür %4.2 kükürt çermekte ve baca üstünde rüzgar hızı 6.0 m/sn.dir. Atmosferik koşullar güneşli ve güneş ışımları kuvvetlidir. SO2 'nin yer seviyesindeki max. konsantrasyonunu ve bu max. noktanın bacadan uzaklığını hesaplayınız.

114

Örnek: Rüzgara karşı konsantrasyonun belirlenmesi:

Bir önceki örnekte,rüzgar doğrultusunda ve 3 km uzaktaki konsantrasyon ile, baca gazı orta cizgisine 0.4 km dikey uzaklıktaki konsantrasyonu bulunuz.

115

Örnek: Bir bacadan 50 g/s. debi ile NOx emisyon yapılmaktadır. Bacanın etkin yüksekliği 80 m. dir. baca yüksekliğindeki rüzgar hızı 4m/s. dir. Bulutlu bir günde merkez kesit düzlemi üzerinde yerde ve bacadan 800 m uzakta NOx konsantrasyonu ne olur?

116

Örnek: Kırsal bir bölgede kurulan bir pirit yakma tesisinin 25 m yüksekliğindeki bacasından 1000kj/s. ısı ve 120 g/s. lik SO2 çıkmaktadır. Hava nötral durumda ve rüzgar hızı yerden 15m yükseklikte 5m/s dir. Max kons. bacadan nekadar uzaklıkta oluşur? SO2 standartı

80 g/m3 olduğuna göre, konsantrasyonun max. olduğu stadardın sağlanması için sağlanması gerekli arıtma verimi ne olmalı?

117

118

BACALAR VE HAVA KİRLİLİĞİ KONTROLU

Bacaların kullanım amaçları

kirletici maddelerin hava ortamında yeterli seyrelmesini

sağlamak

Fırın vd. ünitelerde yeterli doğal gaz çekişini temin etmek

Bu amaçla tesis edilen baca

* yüksek olmalı

* baca çıkış noktasında gaz sıcaklığı yüksek olmalı

* baca çıkış noktasında gaz yükselme hızı yüksek olmalı

* rüzgâr hızı yüksek olmalı

Atmosferde rüzgâr hızının yükselmesi ise genellikle baca çekişini

artırsa da bazı özel koşullarda baca gazlarının geri yıkanmasına

veya geri tepmesine de yol açabilir.

Geri yıkama:

Dış atmosferdeki rüzgâr hızı U, baca çıkış noktasındaki gaz çıkış

hızı W nın 1.5 katından fazla ise GERİ YIKAMA meydana

gelmektedir.

Ancak gözlemler rüzgâr hızının daha da artması durumunda geri

yıkamanın sona erdiğini ve seyrelmenin arttığını göstermektedir.

Bu nedenle baca çıkış ağzında doğal çekişli bacalarda

W 6.1 m/sn ve

Zorlamalı çekişli bacalarda ise

W 7.62 m/sn minumum çıkış hızları sağlanarak geri yıkama

önlenebilmektedir.

119

Baca Tepmesi :

Bacanın bağlı olduğu tesis kapatıldığı andan itibaren W ve kirletici

çıkış hızı azalmakta, W nın belli bir değerinde dış atmosferdeki

daha soğuk ve yoğun hava baca ağzından içeriye hücum

etmektedir. Baca iç yüzeylerinde tutulmuş olan kükürtlü gazların

asit filmi oluşturmasına ve bacanın korozyonuna neden olur.

Bacanın geri tepmesine engel olmak için

W 3 m/sn olmalıdır.

Yoğuşma :

Baca tepmesine benzer olarak baca gazı sıcaklığının yetersiz

olduğu durumlarda da baca iç yüzeyinde paslanma meydana

gelmektedir. Özellikle baca ağzında gaz sıcaklığının 130 0C den

aşağılara düşmesi ile kükürtlü gazlar sülfirik asit damlacıklarına

dönüşmektedir. Bu nedenle baca çıkışında iç duvar sıcaklığının 130 0C alt limitinin üstünde tutulması kriterini gerektirmektedir.

120

Yönetmelikte Baca tasarımı

Atık Gazların AtılmasıMadde 8 –

1) Atık gazlar serbest hava akımı tarafından, engellenmeden

taşınabilecek biçimde atmosfere verilmelidir. Genelde, bu amaçla baca

kullanılmalı ve gazların bacadan çıkış hızları tesis anma gücünde

çalıştırılırken en az 6 m/sn olmalıdır. Ancak, anma ısıl gücü 300

Kw’ın altında olan tesislerde gaz çıkış hızı 6 m/sn’nin altında olabilir.

2) Küçük Tesislerde Asgari Baca YüksekliğiAnma ısıl gücü 300 Kw’ın altında olan tesislerde bacanın çatı üzerinden itibaren asgari yüksekliği aşağıdaki gibi belirlenir.

A - Eğik ÇatıBaca yüksekliği çatının en yüksek noktasından en az 0,5 m. daha

yüksek olmalıdır. Anma ısıl gücü 50 Kw’ın altında olan tesislerde

baca çatının tepe noktasına çok yakın değilse, çatı tabanından en az 1

m. yüksekliğinde olmak kaydıyla, daha alçak olabilir.

B - Düz ÇatıBaca yüksekliği çatının en yüksek noktasından itibaren en az 1,5 m.

olacaktır. Ancak, tesisin anma ısıl gücü 50 Kw’ın altındaysa bu

yükseklik 1 m. olabilir.

3)Orta Boy Tesislerde Asgari Baca YüksekliğiAnma ısıl gücü 300 Kw ile 1 MW arasında bulunan tesislerde bacanın

çatı üzerinden itibaren asgari yüksekliği aşağıdaki gibi olması gerekir.

A - Eğik ÇatıBacanın yüksekliği çatının en yüksek noktasından itibaren en az 1 m. olarak tespit edilir.

121

B - Düz ÇatıDüz veya eğim açısı 20°’nin altında olan eğik çatılarda baca

yüksekliği, çatı eğimini 20° kabul ederek hesaplanan eğik çatının en

yüksek noktasından itibaren en az 1 m daha fazla olarak tespit edilir.

4) Büyük Tesislerde Asgari Baca YüksekliğiAnma ısıl gücü 1.2 MW üzerinde olan tesislerde baca yüksekliği Ek

6’da verilen esaslara göre belirlenir. Bacanın tabandan yüksekliği en

az 19 m ve çatı üstünden yüksekliği ise en az 3 m olmalıdır. Çatı

eğimi 20°’nin altında ise çatı yüksekliği hesabında 20°’lik eğim kabul

edilir.

Benzeri tür emisyonda bulunan ve yaklaşık aynı yükseklikteki bacalar

arasındaki yatay mesafe, baca yüksekliğinin 1,4 katından azsa ve

emisyonların birbiri üzerine binmemesi için farklı yüksekliklerde baca

kullanılması zorunlu görülmüyorsa tek baca kullanılır. Bu paragrafta

yukarıda belirlenen baca yüksekliği kullanılması halinde Ek 2’de

belirtilen toplam kirlenme değeri (T.K.D.) madde 5’te öngörülen hava

kalitesinin değerini aşıyorsa, ilk önce emisyon değerinin

düşürülmesine çalışılır. Bu ekonomik veya teknolojik olarak mümkün

değilse, baca yükseltilerek hava kalitesi değerinin aşılması önlenir.

Ek 6’ya göre belirlenen, engebelere göre düzeltilmemiş baca

yüksekliği madde 23’te yeralan ek düzenlemeler kapsamına

girmiyorsa 250 m’yi aşmayacaktır. Baca yüksekliğinin 200 m’den

yüksek çıkması durumunda teknolojik seviyeye uygun emisyon

azaltıcı tedbirlere başvurulur.

122

ÖLÇÜM BÖLGELERİNİN SEÇİMİ

Şehir içi bölgelerde hava kalitesi seviyesinin belirlenmesi için uzun

süreli ve kapsamlı çalışmaların yapılması gereklidir. Bacadan ve

egzozdan atılan kirleticilerin atmosferde dağılımını, topoğrafik ve

meteorolojik faktörler etkiler. Kirletici türleri ise bölgedeki kaynak

tiplerine göre değişmektedir. Bu nedenden dolayı ölçüm değerleri,

bölgenin hava kalitesi seviyesini temsil edici yer ve ölçüm ağı içinde

diğer istasyonlardan elde edilen verilerle karşılaştırabilir ve mukayese

edilebilir olması gerekir. Ölçüm yerlerinden elde edilen değerlerin

bölgeler arası farkı da yansıtması istenir. Dolayısıyla yoğun, az yoğun

ve yoğun olmayan kirlenmeye maruz kalan bölgeler, önceden tek tek

etüt edilmelidir. Ölçümlerle, nokta (sanayi), alan (konutlar) ve mobil

(taşıtlar) kaynaklarının her birinin veya tümünün bölgenin, hava

kalitesi seviyesi üzerine etkisi tespit edilmelidir.

Bu tür çalışmalarda, bölgede mevcut kirletme kaynakları yanında,

şehir dışından taşınan temel kirletici konsantrasyonları da tespit

edilebilmelidir ki; böylece şehir içi bölgede kirletici kaynakların hava

kalitesi üzerine etkisi belirlenebilsin.

Bir bölgenin hava kalitesi tespit edilirken; özellikle halkın, bitkilerin,

ağaçların, hayvanların, taşıtların, yapıların ve malzemelerin hava

kirlenmesine maruz kaldığı yerler seçilmelidir. Ölçüm istasyonları bir

saat, 8 saat, 24 saat ve yıllık periyotlar için yeterli sayıda veri (en az

%50 oranında) üretebilmelidir.

123

Bu çalışmalarda, topografik ve meteorolojik faktörlerin bölgenin hava

kalitesi seviyesi üzerine etkileri de belirlenmelidir.

Hava kalitesi ölçüm istasyonu yeri, harita üzerine işlenmelidir.

Özetle, ölçüm noktalarından elde edilen veriler, o bölgenin hava

kalitesi seviyesini ve standardını sağlıklı olarak temsil

edebilmelidir. Hava kalitesi ölçüm ağı hava kalitesini izleme ve

halkın bilgilendirilmesine katkıda bulunmalıdır. Kirletici seviyesi

sınır değerlerini aştığında gerekli acil eylem planı devreye

sokulmalıdır.

Ölçüm Noktası (Yönetmelik)

1) Ölçüm noktası, yakma tesisi ile baca arasındaki bağlantıyı sağlayan boru üzerinde yapılır. Ölçüm noktası, yakma tesisi atık gaz çıkış borusundan itibaren boru çapının yaklaşık iki katı mesafede olur. Eğer yakma tesisi ile baca arasında, ısı değiştirici veya atık gaz arıtma tertibatı varsa ölçüm noktası bu tertibatlardan sonra yine boru çapının iki katı mesafede yapılır.

2) Ölçüm noktasındaki atık gazın türbülanslı bir rejimde olması durumunda, atık gaz ısı kaybının olmaması koşuluyla ölçüm noktası yukarıda 1’de belirtilen mesafeden biraz daha ileriye kaydırılabilir.

3) Ölçüm noktasında, ölçümleri önemli ölçüde olumsuz etkileyecek toz ya da kurum birikmesi olmamalıdır.

2. ÖLÇÜM YERLERİNİN TESBİTİ

Hava kirliliği ölçüm aletlerinin numune alma girişleri, bölgeyi temsil

edici noktada hava kalitesi seviyesini belirleyici yerler olmalıdır.

124

Çevre havası ile karışmamış emisyonların ölçümünden kaçınılmalıdır.

Ölçüm istasyonu, yerel emisyon kaynaklarına özellikle yakın

olmamalıdır.

Kirletici konsantrasyonlarının bölgeyi temsil edici olabilmesi için

hava kirliliği ölçüm cihazları girişleri; ev, apartman, sanayi ve

taşıtların bacalardan çıkan emisyonların ve türbülans, vorteks,

bastırma (down wash) gibi etkenlerden direk etkilenmemesi için

mümkün olduğu kadar yapılardan ve ağaçlardan etkilenmeyen

yerlerde, mümkünse park-bahçelerde, eğitim alanlarında veya hastane

bahçelerinde, trafik yoğunluğunun çok az veya hiç olmadığı yerlerde,

spor alanları, şehir meydanları ve regrasyon alanlarında olması

gerekir.

Hava kalitesi ölçüm cihazlarının numune alma girişleri, yüksek

yapılarla çevrili (bina, ağaç, duvar ve işyeri v.b. gibi) hava hareketini

kesen, durgun hava oluşumunu sağlayan yerlerden uzak olmalıdır.

Numune alma noktaları ağaçların yağış düşme hattından en az iki

kat uzağa yerleştirilmelidir.

Numune alma girişleri, spesifik bir kirletici kaynak etkisinde

kalmamalıdır. Yörenin genel hava kalitesini temsil etmelidir. Yani

ölçüm cihazları sadece bir baca veya kirletici kaynaktan (endüstri)

ileri gelen kirliliği ölçmemelidir. Numune alma cihazları baca

yakınına veya kirletici gazların deşarj edildiği yerlere

yerleştirilmemelidir.

125

Sadece yoldan ileri gelen kirlilikten etkilenmemesi için, ölçüm cihazı

girişi, yoldan belirli uzaklıkta olmalıdır. Ancak yollardan ileri gelen

kirlilik seviyesi inceleme esası ayrıdır.

Yerden yükselecek toz etkisini minimize etmek ve solunum

seviyesini temsil etmek üzere partikül ölçüm cihazları girişleri

yerden asgari 2 metre, en fazla 15 metre yükseklikte olmalıdır.

Ağaçlık bölgelerde bu yükseklik 8 metre olabilir.

Hava kalitesi ölçmeleri kural olarak yer seviyesinden, (veya binadan)

(veya ekili alandan) en az 3 metre yükseklik de, ve binadan en az 1.5

metre mesafede yana doğru olmalıdır. Tablo 1 ve 2’de göz önüne

alınması gereken kirleticiler için özel yerleştirme kriterleri verilmiştir.

Taşıtlardan ileri gelen kirleticilerin atmosferdeki reaksiyonu sonucu

oluşan ozon kirleticisinin ölçümü için alınması gerekli kriterler Tablo

1 de verilmiştir.

Tablo1. Ozon Ölçüm Cihazlarıyla Otoyollar Arasındaki Minimum Uzaklık (En Yakın Trafik Şeridinin Kenarı)

Otoyol Günlük Ortalama Trafik

Araç/Gün

Ölçüm Cihazları ile Otoyollar Arasındaki Minimum Uzaklık

(metre)10.000 10 (a) 15.000 2020.000 3040.000 5070.000 100

110.000 250 (a) Mesafe trafik ışıklarına göre interpolasyon yöntemi ile tespit edilecektir.

126

Partikül, kükürt dioksit (SOx), azot oksitler (NOx), karbon monoksit

(CO) gibi kirleticilerin ölçümü için numune alma yerinin tespitinde

göz önüne alınması gerekli kriterler Tablo 2 de verilmiştir.

Tablo 2. Numune Alma Probu Yerleştirme Esasları Özeti

KirleticilerYerden Yükseklik,

(metre) (a)

Destekleyici Yapıdan Uzaklık (metre)

Diğer Mesafe

Kriteri (c)

Dikey Yatay (b)

Partikül Madde (ana otoyol kenarlarının ve/veya zemin yüksekliğindeki kaynaklar)

2-7 - >2 1,2,3,4,5

Partiküller 2-15 - >2 1,2,3,4SO2 2-15 >1 >1 1,2,3,4CO (sokak / kanyon) 4 1/2 >1 >1 6,7,8CO (sokak dışı Kanyon/Koridor) 3-15 >1 >1 3O3 3-15 >1 >1 1,2,3,9NO2 3-15 >1 >1 1,2,3

Partikül kritersiz kirleticiler2-7 yer, 2-15 yüksek seviyedeki kaynaklar

- >2 1,2,3,4

Gaz kritersiz kirleticiler 3-15 >1 >1 1,2,3,4(a) Yer seviyesindeki kaynaklar için, monitörlerin / giriş probları nefes alma bölgesine mümkün olduğu kadar yakın yerleştirilmelidir.

(b) Prob çatı üstüne yerleştirildiğinde, bu ayırma mesafesi çatı üstündeki duvarlar, garapeller veya çatı katı ile referans durumundadır.

(c)

1. Yağış düşme hattından 20 metreden fazla ve ağaçlar engel teşkil ediyorsa yağış düşme hattından 10 metre mesafede olmalıdır.

2. Numune alma noktasının engellere, örneğin binalara uzaklığı, engelin numune alma noktasına yaptığı çıkıntının en az iki misli olmalıdır.

3. Kısıntıya sebep olmayacak hava akışı olmalı, ve numune alma noktası çevresinde 2700

arc olmalıdır.4. Baca veya yanma gazı olan yerler olmamalıdır.5. Yollara 5-10 metre mesafede olmalıdır.6. Kesişme noktalarından en az 10 metrede ve orta blok noktasında olmalıdır. 7. En yakın trafik şeridine 4-10 metre uzakta olmalıdır.8. Giriş probu çevresinde 1800 de kesintisiz hava akışı olmalıdır.9. Yollara göre uzaklığı trafik yoğunluğu ile değişmektedir.

127

Şekil 1’de numune alma yerleri, yerleşim kriterleri görsel açıdan sergilenmiştir.

Şekil 1. Hava Kalitesinin Ölçümünde Göz Önüne Alınacak Esaslar

Trafikten kaynaklanan hava kirliliğini ölçmek için ölçüm noktaları ana kavşaktan en az 20 metre ve trafik hattından en az 4 metre uzakta olmalıdır. Azot oksit ve karbon monoksit ölçüm aletleri girişi, kaldırım kenarından 5 metreden fazla uzakta olmamalıdır. Trafikten ileri gelen karbon monoksit kirliliğinin ölçümü için numune alma yeri Şekil 2’de verilmiştir.

Şekil 2. Şehir İçinde Karbon Monoksit Konsantrasyonunu Ölçmek İçin Numune Alma Yeri Tespiti

Ekosistemin ve bitkiler üzerine hava kirliliğinin etkisini izlemek üzere; hava kalitesi binalardan, sanayiden ve motorlu taşıt yollarından en az 5 km uzakta ölçülmelidir.

128

Sonuç olarak, ölçüm cihazları sonuçlarından, özellikle belirli bir kirletici kaynak etkisinden çok o bölgede mevcut tüm kirletici kaynakların, bölgenin genel hava kalitesi seviyesi üzerine etkisi elde edilebilmelidir.

3. ÖLÇÜM İSTASYONU SAYISI

Şehir içi bölgelerde, nüfus yoğunluğuna ve coğrafi yayınım alanına bağlı olarak ölçüm istasyonları kurularak hava kalitesi seviyesinin belirlenmesi gerekmektedir. Çeşitli hava kirleticiler için büyük şehirlerde kurulması gerekli istasyon sayısı ve minimum ölçüm sıklığı Tablo 3’de verilmiştir.

Tablo 3. Nüfus Yoğunluğuna Bağlı Olarak Ölçüm İstasyonu SayısıPARAMETRELER MİNİMUM

ÖLÇÜM SIKLIĞINÜFUS MİNİMUM ÖLÇÜM

İSTASYONU SAYISI*

Partikül Maddeler* (PM)

sürekli > 5.000.000 12+0.16x her 10 5 Kişi

Duman* İki saatte bir numune Her 250.000 kişiye bir istasyon

Kükürt dioksit* sürekli 1.000.000 6+0.15x her 10 5 Kişi

Karbon monoksit* sürekli > 5.000.000 6+0.05x her 10 5 Kişi

Azot oksitler* sürekli > 1.000.000 10*: Otomatik olmayan ölçüm sistemlerinde ise minimum istasyonu sayısı

İki milyon nüfus başına en az bir otomatik ölçüm istasyonu kurmak gereklidir.

Otomatik olmayan ölçüm sistemlerinde kükürt dioksit ve toplam askıda maddeler (PM10) gibi kirleticileri ölçmek için nüfusu 10 milyon olan bir şehirde ortalama 35 ölçüm istasyonunun olması gerekmektedir.

129

Buna göre bir şehirde;

-Nüfusun ve servis hizmetlerinin (ticari merkezlerin), -Tarihi binaların, -Sanayiinin (küçük, orta ve büyük ölçekli) -Trafiğin,

yoğun olduğu bölgelerde hava kirliliği ölçüm istasyonları kurularak ölçümler yapılmalıdır.

130

BÖLÜM 7

7.1.ATMOSFERDEKİ ARITMA PROSESLERİ

Atmosfer tıpkı bir nehir gibi kendi kendini temizleme sistemleri

geliştirmiştir. Eğer bunlar olmasaydı, troposfer kısa sürede insanların

yaşayamayacağı bir yer haline gelecekti. Bu bölümde bahsi geçen

hava kirliliği kontrolü aygıtları, prensip olarak atmosferin bu doğal

temizleme prensiplerinden faydalanılarak tasarlanmıştır.

Dispersiyon,

yerçekimi ile çökelme,

yumaklaşma (flokülasyon),

absorbsiyon,

yağış ile temizlenme (washout),

yağmur oluşumu sırasında kirleticilerin uzaklaştırılması (rainout) ve

adsorbsiyon

atmosferde oluşan en önemli doğal kirlilik giderme proseslerindendir.

Tam olarak bir kirlilik giderme mekanizması olmasa da, hava akımları

ile meydana gelen dispersiyon da kirleticilerin konsantrasyonlarını

azaltır. 20m 'den büyük partiküllerin giderimi için, en önemli doğal

mekanizmalardan biri yerçekimi ile çökelmedir.

Yerçekimi ile çökme, diğer doğal temizleme proseslerinde de anahtar

bir rol oynamaktadır. Örneğin, 1 m den küçük partiküllerin

atmosferde çökmesinin teorik olarak mümkün olmadığı halde

flokülasyon ile 0.1m' den küçük partiküller çökebilmektedir. Bu

131

olayda, büyük partiküller daha küçükler için alıcı görevi yapar. İki

partikül birbirine çarparak bir birim oluşturur ve bu işlem, yeteri kadar

büyük ve çökecek kadar ağır floklar oluşuncaya kadar devam eder.

washout Doğal absorbsiyon proseslerinde, partiküller ya da gaz

fazındaki kirleticiler yağmur (washout) ile toplanarak, nemli ortamda

çökelirler. Yağış ile temizlenme olarak bilinen bu olay, bulutların

altında meydana gelir. Gaz ya da partiküller maddelerin temizlenmesi,

yağışın yoğunluğu ve kirleticilerin karakteri gibi birçok nedene

dayanır. Doğal şartlar altında, yağmur damlacığının düşüş çizgisindeki

partiküllerin sadece bir kısmı, çökerken daha küçük partiküller

damlacığı çevreleyen hava akımında kalırlar. 1m çaptan küçük

partiküller için yapılan çalışmalar çökelme olmadığını göstermiştir.

washout olayı sonucunda, troposfer temizlenirken SOx lerden oluşan

moleküler düzeyde çok küçük partiküller olan H2SO4 'de yağmurla

birlikte yere iner.

Rainout: Bulut içindeki kirleticilerin temizlenmesi, (rainout), diğer

bir atmosferik temizleme prosesidir. Daha önce açıklanan yağış ile

temizlenme (washout) olayında bulutların altında bulunan yağmur

damlacıkları, kirleticileri absorbe etmekteydi. Oysa ki, bulut içindeki

kirleticilerin temizlenmesi (rainout) olayı, bulutların içinde

gerçekleşmektedir. Burada mikron ölçüsünden küçük partiküller

yoğunlaşma çekirdeği vasıtası görerek, etraflarında damlacıklar

132

halinde su oluşumuna neden olurlar. Bu olay, kentsel bölgelerde yağış

ve sisin daha sık görülmesine yol açmaktadır.

Adsorbsiyon; yeryüzüne yakın tabaka olan atmosferin sürtünme

tabakasında meydana gelir. Bu olayda gaz sıvı ya da katı fazındaki

kirleticiler adsorbe edilerek tutabilirler. Havada asılı duran partiküller

yerçekiminin etkisi altında çökelme eğilimindedirler. Hava cereyanları

ise, bu etkiyi azaltıcı yöndedir. Genellikle, 10 - 15 m boyutundaki

partiküllerin yüzeyleri diğer kirletici gaz ya da sıvılar için adsorban

olmaktadır. Böylece, yeryüzeyine inerken, hava içerisindeki

kirleticileri de taşırlar. Bu proses adsorbsiyonla doğal temizleme

prosesidir. 10 - 15 m 'dan büyük boyuttaki partiküller hızlı çökelme

nedeniyle adsorbsiyon olayında pek etkili olmamaktadır. Daha düşük

boyuttakiler ise, çökelmenin uzun sürmesi nedeniyle etki

göstermemektedirler.

emisyonlar yine de atmosfere gidecektir ve bu kirliliğin de giderilmesi

için atmosferdeki doğal temizleme prosesleri devreye girecektir.

Kirlenme Kontrolü İçin Yaklaşımlar:

Hava içindeki partikül ve gaz halindeki kirleticilerin kontrolü için iki

ana yaklaşım vardır; Kirleticilerin atmosferde seyreltilmesi ve

kirleticilerin kendi kaynaklarında kontrol edilmesi.

Seyreltme: Daha önce belirtildiği gibi, kirleticilerin atmosferde

seyreltilmesi, uzun bacalar kullanılarak sağlanabilir. Uzun bacalar

inversiyon tabakasını aşabilir ve kirleticiler dağılarak, yer

133

seviyesindeki kirleticilerin konsantrasyonunu oldukça azaltır. Ancak

hatırlanmalıdır ki, yukarı çıkan her şey sonunda aşağı inecektir.

Kaynaktan uzaklığı ne kadar fazla olursa olsun, (örneğin, özellikle

İngiltere 'den kaynaklanan SO2 'nin %15 - 50 'si İsveç 'te asit

yağmuruna neden olmaktadır). uzun bacalar ve bu gibi seyreltme

cihazları, kirleticileri, yalnızca dünyamızda bir yerlere dağıtımında ya

da bunların zararlı etkilerini kaynağa yakın yerlerde daha az fark edilir

hale getirmektedir. Bunun ışığında, seyreltme en iyi ihtimalle bir kısa

dönem kontrol önlemi, en kötü ihtimalle de uzun dönemde istenmeyen

etkileri getirecek bir önlemdir.

Kaynakta Kontrol: Uzun dönemde hava kirliliği kontrolü açısından,

kirleticileri kaynaklarında kontrol etmek, seyreltmeye göre tercih

edilen ve daha etkili bir yöntemdir ve çok çeşitli şekillerde

gerçekleştirilebilir. Bunların birincisi ve en etkilisi, kirleticilerin

yayılmasını önlemektir. Yanma sonucu ortaya çıkan kirleticiler için,

alternatif bir güç kaynağı bulunabilir. (örneğin; fosil yakıtlardan elde

edilen enerji yerine, hidrolik, jeotermik ya da güneş enerjisi

kullanımı).

Kaynakta kontrol için uygulanan metotlar kirleticilerin emisyonlarını

azaltabilir ancak, bunları tümüyle yok edemez. Örneğin; SO2

emisyonlarını azaltmak için düşük kükürt oranlı kömür, ya da fosil

yakıtlar yerine daha az hava kirliliğine yol açan başka bir yakıt

kullanılabilir. Bazen de, geleneksel yakıtlar daha az kirlilik yaratacak

şekilde değiştirilebilir. Yani, kömür ya da fueloil desülfürizasyona tabi

134

tutulabilir, sıvı doğal gaz (LNG) ya da sıvı petrol gibi nispeten daha

düşük emisyonları olan yakıtlara dönüştürülebilir.

Kirleticileri kaynakta kontrol etmek amacıyla kullanılan diğer bir

metot da, var olan teçhizatı uygun şekilde kullanmaktır. Özellikle

yakma işlemlerinde kullanılan teçhizatla, kirletici emisyonları uygun

işletme ve bakımla oldukça önemli miktarda azaltılabilir. Örneğin;

kirli bir hava filtresi, kötü bir yağ karter sistemi (PCV), kötü bir hız

ayarlayıcı ve iyi işlemeyen bir ateşleme tertibatı olan otomobil,

yüksek verimle çalışan bir otomobile göre çok daha fazla kirlilik

yayar. Aslında, inceleme ve bakımla otomobillerde hidrokarbon ve

karbonmonoksit emisyonlarını % 20 - % 50 azaltabilir.

Aynı şekilde endüstriyel emisyonlar da, teçhizatın uygun işletme ve

bakımıyla azaltılabilir. Örneğin; termik santrallerdeki kül emisyonları,

fırının hava girişi ayarlanarak ve rafineri alevlerinden gelen kurum ve

CO, alev bölgesine buhar enjekte edip türbülansı artırarak azaltılabilir.

Yanma dumanında değişiklik yapılarak, maden cevheri ya da gaz

yakan kazanların NOx emisyonları azaltılmıştır. Hava ateşleme,

aşamalı yakma, alev üstü havalandırma, hafif gaz dolaşımı ve su

enjeksiyonu NOx emisyonlarını % 30 - 60 arasında azaltabilir.

Emisyonları kaynaklarında kontrol edebilmek için kullanılan diğer bir

metot da, kullanılan prosesin değiştirilmesidir. Örneğin; açık ocak

fırınlarının oksijen kontrollü fırınlarla ya da elektrik fırınlarıyla

değiştirilmesi, hem duman, CO, ve buharları azaltır hem de enerji

tasarrufu sağlar. Bir bıçkıhane, partiküler ve gaz fazındaki kirleticileri,

açık çukur ya da kereste kullanılarak yapılan yakma işlemi yerine

135

başka sistemler kullanarak, birçok atık maddeleri işe yarar hale

getirebilir.

Hava kirleticilerinin emisyonlarını kaynaklarında kontrol etmek için

kullanılan en yaygın yöntemlerden biri de, kontrol ekipmanı, doğal

giderim mekanizmalarının işlediği prensiple inşa etmektir.

Kirleticilerin kaynakta kontrol edilebilmeleri için, alınan tedbirlere ek

olarak, bu kontrol aygıtları kirleticileri yok etmek, etkisiz hale

getirmek, toplamak ya da maskelemek amacıyla tasarlanır. Partikül ya

da gaz halindeki kirleticileri kontrol eden etkili cihazlar, ya partiküler

ya da gaz halindeki kirleticilerden yalnızca bir tanesini kontrol etme

amacıyla tasarlanır. Çünkü, atmosfere verilen emisyonların % 95 gibi

büyük bir miktarı, gaz emisyonlar meydana getirmektedir. Aksine,

görsel bir kirliliğe sebep olması nedeniyle, daha çok partiküler kirlilik

üstünde durulmakta ve kirlilik önleme cihazları geliştirilmektedir.

136