11/27/2012. CEV308 Hava Kirliliğinin Esasları. Hava kirliliği nedir?

Transkript

1 11/7/01 Hava kirliliği nedir? CEV308 Hava Kirliliğinin Esasları Prof. Dr. Yılmaz YILDIRIM Bülent Ecevit Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Zonguldak İnsan sağlığına, refahına, hayvan veya bitkilere zararlı maddelerin atmosferde bulunması ya da bulunabilmesi ya da yüksek miktarlarda giriş yaparak insan hayatını etkilemesi 1 11/7/01 11/7/01 Hava kirliliği ve hava kalitesi çalışmak neden önemlidir? Hava kirliliği uzun zamandır problemdir 3 Diğer kirlilik çeşitleriyle karşılaştırıldığında hava kirliliği ne kadar önemlidir (sosyal yarar durumlarında)? Hava kirliliği problemleri örnekleri? 11/7/01 nfo_3.html Çin mürekkebi; yağ veya odunu yakarak elde edilen kurumdan yapılır. 4 Hint mağara resimleri 11/7/01 ectory/f/first_fire.asp Mağara adamları ateşi enerji ve yemek için kullandılar ki bu da hava kirleticileri üretmiştir. 1

2 11/7/01 Gelişen ülkelerde ciddi problemdir. Kahire (Mısır) silueti Endonezya banliyölerinde yaşayanlar puslu havanın etkilerini azaltmak için hava filtreleri kullanırlar. Asya Kum Fırtınası Olay sırasında Beijing (Çin) de bir sokak görüntüsü 5 Picture courtesy Dr. Peter Raven 11/7/01 cnn.com Metal geri dönüşümü için e- atıkların açık havada yakılması Bu kirleticiler ne kadar kötüdür? Bu kirleticilere bağışıklığımız var mı Bazı durumlarda yoğun fırtına 5-7 gün içerisinde Kuzey Amerika ya ulaşabilir. 6 Fırtınanın bir yararı var mı 11/7/01 Arizona Üzerinde Asya Kum Bulutu Sahara Kum Fırtınası Afrika kıyıları üzerinde toz fırtınası Avusturya üzerinde toz Afrika tozundan kaynaklanan pembe gün batımı, Florida 195 Londra Sisi(Smog) Atlantik okyanusunun batı yönünde sahara-dust-storm/ ilerleyen toz için spektorometrik veri Fırtınanın Florida üzeindeki etkisi Mikroplar için taşıyıcı evler: Mikro-yüklü toz /7/01 soundwaves.usgs.gov/004 /01/outreach.html Claude Monet: Parlamento Evi (1904) environment.yale.edu/.../ london_smog_195.html Aralık 13 de biten haftada, 4500 kişi sis(smog) nedeniyle ölmüştür. Aralık 195 den Mart 1953 e kadar kişi daha normal olmayan sebeplerle ölmüştür Charles Dickens Londra sisini 13.Yüzyılda Başlayan Kasvetli Ev eserinde detaylı olarak tanımlamıştır. 8 11/7/01

3 11/7/01 Günümüzde gelişen ülkelerde hala büyük bir problemdir Donora (PA) Sisi(Smog), 1948 Ekim 9, 1948 Dizel motor kaynaklı kurum - is Alerji Floride maruz kalma nedeniyle dişlerde hasar pested.unl.edu/chapter1.htm lhncbc.nlm.nih.gov/.../safe_donora.html 1970 den önce Amerika da diğer kayıtlar St. Louis , bir hafta boyunca gündüz gereken fenerler; LA , üç bloğa kadar düşen görünürlük; Donora, Pennsylvania , 0 ölü and 5,190 hasta; LA , Ekimin çoğunda ağır sis nedeniyle endüstri ve okulların kapatılması; NYC , 00 civarında ölü; 1963, 405 ölü; 1965, 65 ölü; 1966, 168 ölü. Temiz hava eylem planı okuma kısmından sonra, başka hava kirliliği? 11/7/01 9 Zonguldak Kullanılmış lastik yakılması homepage.eircom.net/ ~fluoridefree/home.htm /3000/3388VbDA_w.jpg 10 11/7/01 Kozlu Görüş mesafesi azalması Glen Kanyon NRA Baca gazı ÇATES St. Louis, MO /7/01 3

4 11/7/01 Küresel ölçek de düşünüldüğünde Küresel Isınma Stratosperik ozon deliği Soluduğumuz havanın kalitesini arttırmak için neler yapılabilir? /kouhou/ news/ecolifee/images/tokoroyukiyoshi.jpg org/content/img/f395/ global-warming.jpg Asit birikimi stories006/s64.htm İlk görev yaşadığımız atmosferi ve soluduğumuz havayı anlamak. İlgili düzenlemelerin oluşturulması Uygulanması için stratejiler kurma Kirlilik kontrol teknolojilerini geliştirmek /7/01 gallery.hd.org 14 11/7/ Ulusal Hava Kalitesi Standartları Kirletici Birincil Standartlar Ortalama Zamanlar İkincil Standartlar CO 9 ppm (10 mg/m 3 ) 8-saat Yok 35 ppm (40 mg/m 3 ) 1- saat Yok Pb 1.5 µg/m 3 Üç aylık periyot Birincil ile aynı NO ppm (100 µg/m 3 ) Yıllık(Aritmetik Ortalama) Birincil ile aynı PM10 Yürürlükten kaldırıldı Yıllık(Aritmetik Ortalama) 150 µg/m 3 4- saat PM µg/m 3 Yıllık(Aritmetik Ortalama) Birincil ile aynı 35 µg/m 3 4- saat O ppm 8- saat Birincil ile aynı 0.1 ppm 1- saat (Sınırlandırılmış alanlarda uygulanır) 11/7/01 Birincil ile aynı SO 0.03 ppm Yıllık(Aritmetik Ortalama) ppm 4- saat saat 0.5 ppm (1300 µg/m 3 ) 16 Kirleticilerin çeşitleri nelerdir? Formlara göre: Gaz (örn. CO, CO, SO, NOx, toluene) Partikül (örn. sülfat, nitrat, mineral toz) Enerji (örn. Isı, gürültü, radyoaktivite, elektromanyetik alanlar) Kaynaklara göre: Doğal (örn. Volkanlar, bitki emisyonları, orman yangınları, erozyon, elektrik fırtınası): geojenik, biyojenik Antropojenik (örn. Yakıt yanması, endüstri prosesleri, taşıma, tarımsal aktiviteler, atık uzaklaştırma) Birincil ve İkincil Taşınır ve Sabit Kaynaklar Yanma ve Yanmama Alan ve Nokta Doğrudan ve Dolaylı Dış Hava ve İç Hava 11/7/01 Neden bu sınıflandırma kullanılır? Her bir sınıflandırma için örnek? 4

5 11/7/01 Neden yasal düzenlemeler antropojenik emisyonlar üzerinde odaklanır? Doğal Hava Kirlemesi Maruz kalma seviyeleri düşüktür. Kaynaklar ve insan yaşam alanları birbirinden uzaktır. Ana kaynak emisyonları periyodik ve geçicidir. Antropojenik Hava Kirlenmesi Yüksek maruziyet seviyeleri vardır. İnsanların yaşadıkları yerlerde üretilirler. Atmosferik koşullarla daha da kötüleşir. Atmosfer sonsuz bir yutak mekanizması değildir. Çoğu zaman çoklu çevresel etkileri olur. Daha önce bilinmeyen kirleticiler oluşabilir. Ulusal Emisyon Tahminleri U.S EPA tarafından kirletici durumlarını tanımlamak için periyodik olarak yapılan kirlilik değerlendirilmesi Birincil kirleticiler üzerine odaklanır Kütle/yıl olarak raporlandırma yapılır: yaklaşık olarak Genel tablo nedir 1970 de kirletici emisyonları Taşıma (Transportation) emisyonların 50+% sinin sorumlusudur. Taşıma birincil kirletici; CO and HCs lerdir, ikincil kirletici ise NO x Sabit kaynaklı yakıt yanması ise SO x and NO x leri ana kaynağıdır. PM(Partikül Madde) ana kaynağı endüstriyel proseslerdir. SO x in ikinci ana kaynağı da endüstriyel tesislerdir /7/ /7/ tahminleri gösteriyor ki; Toplam emisyon azalması ~ 5% Kirleticilere dayalı PM emisyonlarında bariz azalma CO emisyon azalması ~ 5% Her kirleticinin HC emisyon azalması ~ 30% azaltılmasında ana NO x emisyonlarında küçük azalma kaynak nedir? SO x emisyon azalması ~ 35% Kategoriye dayalı Taşıma emisyon azalması ~ 5% Sabir kaynak yakıt yanma emisyon azalması ~15% Endüstriyel proses kaybı azalması ~50% Katı atık uzaklaştırma emisyon azalması ~ 60% Endüstriyel proseslere nazaran neden taşıma emisyonları azalması geliştirilememiştir? 19 11/7/ /7/01 5

6 11/7/01 Kurşun Emisyonları Sınıflandırma 1970 ve 1997 de Amerika Bielişk Devletleri için Ulusal Kurşun Emisyonları Tahminleri Kaynak % Azalma Taşıma Sabit Kaynak yakıt yakılması Endüstriyel Prosesler Katı atık uzaklaştırma. - - Toplam den beri yaklaşık 98% azalma Yakıt içindeki kurşun fazı yansıtır. Hava kirliliği ile işimiz bitti mi? Atmosfer Hava Kirleticiler Yapı Bileşim Atmospheric Physics Gazlar Partiküller Enerji Temel Yasalar Kaynak&Yutaklar Sağlık Etkileri Atmosferik Etkiler Refah Etkileri Ölçüm Atmosferik Hareket Rüzgar Atmosferik Stabilite/İnversiyon Atmosferik Dağılım(Dispersiyon) Atmosferik Uzaklaştıma&Birikim Kütle emisyonları çevresel etkiyi yansıtmaz (örn. CO ve PM) Bazı bölgelerde hala uyum yoktur. Nüfus artışı daha sıkı emisyon limitleri gerektirecektir. Birincil olmayan kirleticiler (toksik, O 3 sera gazları) için de düzenlemeler yapılması gerekmektedir. Gelişen/Yeni oluşan kirleticiler (örn. nanopartiküller) 1 11/7/01 Hava ile İlgili Düzenlemeler Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Isınmadan Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği Endüstri Tesislerinden Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği Trafikte Seyreden Motorlu Kara Taşıtlarından Kaynaklanan Egzoz Gazı Emisyonlarının Kontrolüne Dair Yönetmelik 11/7/01 6

7 11/7/01 Gaz ve Partiküllerin Temel Yasaları İdeal gaz yasası Konsanstrasyon Birimleri Buhar Basıncı & Kısmi Basınç Nem & Psikrometrik Tablo Vizkosite Aerosol boyutu Aerosol boyut dağılımı Çökelme Hızı Brownian hareketi ve difüzyon P V = n R T M = R T MW P MW = ρ R T P Q = n& R T İdeal Gaz Yasası Diğer referanslar: 1. CRC Handbook of Chemistry & Physics. Perry s Chemical Engineers Handbook P: Basınç V: Hacim n: Mol R: İdeal gaz sabiti T: Sıcaklık M: Kütle MW: Moleküler ağırlık ρ: Yoğunluk Q: hacim akış oranı n& : molar akış oranı 1 11/7/01 11/7/01 İdeal Gaz Sabiti Konstrasyon Birimleri 1 gr-mol havanın 5 o C ve 1 atm de hacmi nedir? 380 ft 3 hava; 60 o F ve 14.7 psi basınçta ne kadar lb-mol yapar? Avogadro sayısı: molekül/mol 1 atm basınç ve 5 o C sıcaklıkta, 1 mol havanın hacmi 4.5 lt dir. 3 11/7/ /7/01 1

8 11/7/01 Konstrasyon Birimleri Konstrasyon Birimleri 1 µg/cm 3 SO, 1 ppm SO ye eşit midir? NO nin yıllık standartı 100 µg/m 3 dür. ppb cinsinden konsantrasyon nedir? ppm mol birimi mi, hacim birimi mi yoksa kütle birimi midir? ACFM ve SCFM arasındaki fark nedir? 5 11/7/ /7/01 7 Kuru Bazda Konsantrasyon Su buharı genel olarak ısıtılmış gaz akışı içerisinde bulunur. Örn, hidrokarbonlu yakıtların yanması Su buharı, sıcaklık düştükçe yoğunlaşır. Miktarı sıcaklığa çok duyarlıdır. Varyasyonları önlemek için, konsantrasyonlar ifade edilirken standartlar kuru durumları doğrulamak için yazılır. Yaş Hacim Kuru Hacim CO 18% 18%*(100/88) = 0.5% H O 1% O 10% 10%*(100/88) = 11.4% N 60% 60%*(100/88) = 68.% Toplam = 100% (100-1)%*(100/88) = 100% 11/7/01 8 Buhar Basıncı Belli bir sıcaklıkta, düzgün bir yüzeyde, yoğunlaşmış buharı dengede tutmak için gerekli basınçtır. (Doygunluk) Dengeye ulaşmak için Buhar Basıncı geçen zaman Sıcaklık arttıkça buhar basıncı nasıl değişir? B log P v ( T ) = A C + T P v, mmhg ve T, o C 11/7/01

9 11/7/01 0 o C de suyun buhar basıncı nedir? Eğer ölçüm Mars yüzeyinde yapılırsa (atmosferik basınç yaklaşık atm), değer ne olacaktır? 9 11/7/ /7/01 Doygunluk Oranı (veya su için bağıl nem) Pa S = ( RH = S 100) P ( T ) v Kısmi Basınç Bir hacim içerisinde bulunan ideal gazlardan herhangi birinin kısmi basıncı, o gazın aynı hacimde başka bir kaba konduğunda ölçülen basıncı anlamına gelmektedir P = y P a a T y a : gaz fazında a bileşiğinin mol kesri P T : sistemin toplam basıncı 1 mol 1 atm Süper Doygunluk: S > 1 (RH > 100%) Akşam hava kararırken sağanak yağıştan sonra sıcaklık düşmeye başlıyor. P V and P a sırasıyla nasıl değişir? 4 mol N P O ne kadar? Hava/Su Karışımı İçinde Nem Bir hava/su karışımı için durum; basınç, sıcaklık ve nem ile belirlenir. Psikrometrik Tablo Kuru termometre sıcaklığı Yaş termometre sıcaklığı Neden T DB her zaman T WB den daha yüksektir? 40 o C de T DB özelliği ve 30 o C de T WB özelliği? 11 11/7/ /7/01 3

10 11/7/01 Vizkozite Farklı hızlarda hareket eden sıvı katmanlar arasındaki sürtünme kuvvetinin ölçüsü 0 o C de, havanın vizkozitesi (µ) Pa s (N s/m ). Isıya bağlılık (mutlak sıcaklıkta) : T 1 µ = µ T (-70 to 500 o C arasında geçerlidir) 100 o C de havanın vizkozitesi nedir? /7/ /7/01 Aerosol Partikülünün Karakterizasyonu Partikülleri nasıl karakterize ederiz? Aerosol Partiküllerin Boyut Dağılımları Kömür uçucu kül partikülleri Boyut, Şekil, Yoğunluk, Bileşim (toksisite, korozivite, reaktivite) Faz (sıvı, katı) Neden aerosol boyutu önemlidir? Ark kaynağı demir oksit parçacıkları 15 11/7/01 16 Hinds, Aerosol Technology, /7/01 4

11 11/7/01 17 Aerosol Boyut Dağılımı S partikülünü nasıl karakterize ederiz? Konsantrasyon: Sayarak sayısal konsantrasyon ifadesi Ağırlık ölçümü ile kütle konsantrasyon ifadesi Boyut 0.10 Dağılma/Yayılma Partikül Boyut Dağılımı /7/01 q(d p ) Dağılım Probability Fonksiyonu Density Function d p (µm) 18 Sayıssal q(d p ) Probability dağılım Density fonksiyonu Function Boyut Dağılım Çeşitleri Örnek. Küresel partiküller içeren bir sistemde Sayısal Konsantrasyon: Kütle Konsantrasyonu: 100 #/cc 1µm & ρ = 1.91g/cm g/cc 1µm 1 #/cc 10µm 10-9 g/cc 10µm Daha 1 µm veya 10 µm partiküllerimiz var mı? (öncelik 1 veya 10 µm) Gördüğümüz PBD nı nasıl etkiler? Sayısal Dağılım d p (µm) Kütlesel Mass dağılım fraction/µm fonksiyonu 11/7/ Kütlesel Dağılım d p (µm ) 19 F G =mg Çökme Hızı Partikül boyutuna nasıl karar veririz? Mikroskop, Çökme Hızı, Işık Saçılması Çökmede, aerosol yerçekimi kuvveti (F G ) ve sürüklenme kuvvetine(f D ) maruz kalır. t=0 V(t)=0 F D =3πµV(t)d p F G =mg t=τ V(t)=? F D =3πµV TS d p F G =mg t>3τ V(t)=V TS 11/7/01 Birbirlerine eşit olduklarında, başka bir ivme yoktur. FD = FG 3π µ V pd p = mg ρ d p pg Vp = VTS = 18µ Daha büyük bir çökme hızı için ne yapılabilir? 0 Brownian Hareketi & Difüzyon Küçük partiküller için birincil taşıma mekanizması (< 0.1 µm); Taşıma mesafe kısa olduğunda önemlidir: örn. filtreler, akciğerlerdeki hava yolları Brownian hareketi: gaz moleküllerinin partiküllere karşı rastgele bombardımanın neden olduğu partiküllerin düzensiz hareketi Difüzyon: partiküllerin yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye net taşınımı Difüzyon Katsayısı için ktcc Stokes-Einstein Denklemi D = 3πµ d p k = 1.38X10-3 J/K or 1.38X10-16 erg/k 11/7/01 Daha büyük bir difüzyon için ne yapılabilir? 5

12 11/7/01 Atmosfer Kimyasal Bileşim Ana Bileşikler: N, O, Ar İz gazlar (Trace gases) Aeresoller (Aerosols) Fiziksel olaylar Solar radyasyon, Solar radiation, karasal termal radyasyon ve enerji denkliği Atmosferik bölgeler Atmosferik yoğunluk Atmosferik basınç Kimyasal Bileşim Atmosfer; gazların karışımı ve partikül fazındaki maddelerden meydana gelir. En fazla; Azot (78 %) Oksijen (1 %) İz gazlar ve aerosoller ise yaklaşık olarak; 1 % (Tablo 1.1) Bazıları ise sabit konsantrasyonlarda mevcuttur. N, O ve soy gazlar 1 Kimyasal Bileşim Kimyasal Bileşim Diğerleri ise geçici olarak veya mekana göre değişirler. Su buharı (H O) Karbondioksit (CO ), Karbonmonoksit (CO) Ozon (O 3 ) Metan (CH 4 ) Azot oksitler ( NO, NO ) Amonyak (NH 3 ) Formaldehit (HCHO) Sülfürdioksit (SO ) Nasıl değişirler? Neden değişirler? İndirgenmiş sülfür bileşikleri (H S, COS, CS, (CH 3 ) S) Hidrojen türleri (OH,HO,H O ) Partikül fazındaki türler Nitrat (NO 3- ), Amonyum (NH 4+ ), Sülfat (SO 4 + ) 3 4 1

13 11/7/01 5 Azot (N ) En çok bulunan atmosferik gazdır. Atmosferik ve yaşamsal süreçlerde sınırlı olarak direkt rol oynar. Protein sentezlemek için nitrat oluşumunda bitkiler tarafından kullanılan ilk gazdır. Atmosferik ve simbiotik biyolojik proseslerin bir sonucudur. (N O) (NO) (NO ) (N O 5 ) (NO 3 ) Bu atmosferik ve biyolojik prosesler nelerdir? 6 Oksijen (O ) Metabolizma için gereklidir. hayatın gelişimi için gereklidir. Stratosferik ozon (O 3 ) üretiminde ilk gazdır; ozon tabakasının varlığı yaşamı olanaklı kılar. O 3 : Geçmiş yüzey seviyeleri (~ 0 ppbv); peak seviyeleri (8-10 ppmv) orta stratosferde oluşur. UV ve termal enerjiyi absorblar. Şekil1.1 Mevsimsel ve enlemsel olarak değişir. En yüksek üretim dönencelerde meydana gelir. En yüksek konsantrasyonlar kutuplardadır. Bariz taşınım vardır. Stratosferik O 3 Niçin? Şekil 1. Toplam O 3 (düşey düzlem toplamı) Karbondioksit (CO ) Atmosferik konsantrasyonu 0.037% (370 ppmv) Fotosentez için ana materyaldir. Termal absorblayıcı ve sera gazlarının başlıcasıdır. Soygazlar (Ar, Ne, He, Kr, Xe) Ar konsantrasyonu 0.934% Atmosferik reaksiyonlarda yer almazlar. 7 8

14 11/7/01 9 Su (H O) Katı, sıvı ve gaz fazda bulunur; faz değişimleri hava olaylarında ana faktördür. Bariz atmosferik etkileri vardır. Su buharı konsantrasyonları çok fazla değişkendir. (0.1-30,000 ppmv) Su buharı termal absorblayıcı ve ana sera gazıdır; ortam sıcaklığındaki faz değişimi ile karakterize edilir Bulutlar Sıcak, nemli havanı yükselmesi ve yoğunlaşması ile oluşur. Küçük su damlacıklarının geniş hava kütlesi oluşturmasıdır. Damlacıklar yağmur oluşturmak için milyon kez çoğalmalıdırlar. Bu oluşumu ışık saçılımı ortaya çıkarmaktadır. Güneş ışınlarını yansıtarak dünyanın albedosu nun birincil sorumlusudur. Termal enerjiyi absorblar ve uzaya kaçmasını geciktirir. Hava kütlesi, su varlığını gösteren bir temsilci ve atmosferdeki enerji hareketi ile ilgilidirler. 11 Dünya Atmosferi Bugünkü Halini Nasıl Aldı? (Bir Teori) Dünya (4.6 milyar yıl önce) atmosferi olmadan ya da var olan atmosferini daha önce kaybederek oluşmuştur. Atmosferin oluşabilmesi için bazı gazların salınmasını sağlayacak bazı jeofiziksel proseslere ihtiyaç vardır. Gaz emisyonların kaynağı volkanlardır. Bu moleküllerin küçük bir bölümü uzayda kaybolur.. PARADOX (ÇELİŞKİ)- volkanik emisyonların bileşimi atmosfer bileşenlerinden farklılık gösterir; volkanik emisyonlar: 85% H O su buharı, 10% CO, az bir yüzde de azot ve sülfür bileşikleri, iz soy gazlar ve diğer türler ile O bulunmamaktadır. O zaman bütün O nerden geldi? Fotosentez Gelişimine İzin Veren UV Absorbsiyonunun Kavramsallaştırılması Yüzey soğudukça su yoğunlaşır. CO yeni oluşan okyanuslarda çözünür ve ayrışır. (kireçtaşı ve dolomit taşı) Yaşanın gelişiminden önce organik türlerin oluşması gerekmektedir. CO + H UV + catalyst CH OH 3 CO + H UV + catalyst HCHO Karbonun gömülmesi Fotosentez ile üretilen organik maddeler tekrar oksidasyondan önce uzaklaştırılabilirler, örn. fosillendirilme. Okyanuslardaki yaşam formları fotosentetik olarak organik madde ve serbest O üretimi konusunda yeteneklerini geliştirmişlerdir. UV + organism H O + CO CH O + O 1 3

15 11/7/01 Atmosferik Oksijenin Artması Stratosferik Ozonun Önemi Atmosferden uzaklaştırılmış, CO kaynaklı fosilenmiş her bir C atomu O molekülü ile yer değiştirir. Atmosferdeki CO fraksiyonu azaltılabilir ve O fraksiyonu arttırılabilir. Bütün yüzey mineralleri yavaş bir şekilde oksidize olduğundan başlangıçta O artması yavaştır, gitgide O miktarı artar. N reaktif değildir; bu yüzden birikir ve zamanla dünyanın gaz bileşenleri arasında büyük bir fraksiyona sahip olur. Atmosferde O arttıkça, O 3 oluşur ve UV ışıklarının yüzeye girişini azaltır. Fotosentez karada daha sonra yer alabilir. O + hν O O + O + M O 3 O 3 +hν O + O Karbonun gömülmesi Eğer fosil yakıtları yakmaya devam edersek, atmosferdeki oksijenin azalması tehlikesi ile karşı karşıya kalır mıyız? Güneş Radyasyonu Dünyanın enerjisinin çoğunun kaynağı Güneş tarafından 6000 o K kara cisim sıcaklığında salınır. Sabit oranda dünya tarafından alınır. Dünya yüzeyine (1370 W/m /s) Dünya yüzey alanı birim başına Şekil 1.4 Kara cisim (black body) nedir? Farka ne oldu? Işık saçılmasının özellikleri nelerdir? 16 Güneş Görüngesi Enerjinin çoğunluğu µm bölgesindedir. Bu enerjinin yarısı görünür hafif ışık saçılması kısmında olup, 0.49 µm de yeşil renkte peak verir. Kısmen atmosferik gazlar tarafından absorbe edilir. UV radyasyonu O ile 100 km de; < 0.18 µm ve60 km nin altında O 3 ile µm Kızılötesi radyasyon H O, CO Dünyanın Albedosu (Albedo:kendi ışık yaymayan gök cisimlerinin yansıttığı ışık oranı) Atmosfer ve yerküre yüzeyinin güneş ışınlarını yansıtabilme yeteneği; bölgesel/mevsimsel olarak değişir. Ortalama~30%; ilk olarak bulutlara bağlı (55%), bulut-serbest atmosfer (3%), ve dünya yüzeyi (%) 4

16 11/7/01 Termal Radyasyon Dünya güneş radyasyonunu absorbe eder ve daha uzun kızıl ötesi dalga boyları olarak salar. Dünya 90 o K de kara cisim gibi ışık saçar. Şekil 1.5 Termal Emisyonlar Öncelikle 1-30 µm spektral bölgesindeki emisyonlardır. 11 µm de peak emisyon olur. H O, CO, ve diğer sera gazları ile bariz absorbsiyon vardır. Atmosferik pencereye* (~ 7-13 µm) doğru bariz geçiş vardır. 17 Işık saçılmasının özellikleri nelerdir? 18 * Atmosferik pencere: atmosfer basıncına dayanıklı pencere Dünyanın Enerji Dengesi /s /s /s Farka ne oldu? Yüzey Hava Sıcaklığı Ortalama yüzey hava sıcaklığı (~ 15 o C or 59 o F) Güneş radyasyonunun eşit dağılmaması nedeniyle bölgesel değişiklik gösterir. Atmosfer ve okyanus akıntıları arasındaki enerji taşınımından dolayı fark meydana gelir. 390 W/m /s Absorbsiyon olmazsa ne olur? Dikey Sıcaklık Dağılımı Yükseklik oluşu ile bariz değişiklik meydana gelir. Dikey sıcaklık modelleri atmosferik bölge ve katmanları tanımlar

17 11/7/01 Atmosferin Yapısı Dikey Sıcaklıklar ve Bölgeler Troposfer Atmosferin en düşük katmanı Sıcaklık yükseklikle ortama -6.5 o C/km olarak azalır. Derinlik 8-18 km arasında değişir. Dikey ve yatay hava hareketleri ile karakterize edilir; bütün hava olaylarının bulunduğu yerdir. bölge ile karakterize edilir. Zemin yüzeyine yakın sınır tabakası(~ 1 km derinlik) Serbest troposfer 1 Dikey Sıcaklıklar ve Bölgeler Dikey Sıcaklıklar ve Bölgeler Stratopoz İsotermal durumlar Stratosfer&mezosfer arasında sınır oluşturur. Tropopoz Troposferin hemen üzerindeki hava katmanı Sıcaklık isotermaldir. Derinlikle değişir. Stratosfer km rakıma kadar sıcaklık artar. Küçük dikey hava karışımı ile çok stabil bölgedir. Az bulut/hava yok. UV radyasyon absorbsiyonuna bağlı daha yüksek sıcaklıklar. NO, OH., NH 3, O, O, O 3, Cl + diğer türleri içeren karmaşık kimya. Chapman Reaksiyonları: O+ O + M O 3 + M O + O+ M O + M O 3 + hν O + O + Isı hν için 0.4 λ 0.30 µm arası uygundur

18 11/7/01 Dikey Sıcaklıklar ve Bölgeler Dikey Sıcaklıklar ve Bölgeler Mezosfer 85 km rakıma kadar sıcaklık düşer. Atmosferin en soğuk bölgesidir. Hızlı dikey karışım vardır. Oksijenin foto-ayrışması: O + hν O + Isı hν için 0.18 λ 0.4 µm arası uygundur. Chapman Reaksiyonları: O+ O + M O 3 + M O + O+ M O + M O 3 + hν O + O + Heat hν için 0.4 λ 0.30 ~µm arası uygundur. Termosfer km den yaklaşık 1000 km ye kadar genişleyen katmandır. Yüksek termodinamik sıcaklıklar vardır. (~100 o C) N & O tarafından güneş enerjisi absorblanır. Foto iyonlaşmada sonuçlanır. İyonlaşmış tabaka iyonosfer olarak adlandırılır. Aurora lar oluşur. Radyo sinyallerini yansıtır. 5 6 Kuzey Işıkları(Aurora Borealis) Fairbanks, Alaska da kuzey ışıkları Atmosferik Yoğunluk Birim hacimde hava için atmosferik moleküllerin kütlesi Yükseklikle üssel olarak azalır. Atmosferik kütlenin büyük çoğunluğu (80-90%) 1 km nin altında ve 99% u 33 km nin altında bulunur. Yüksekliğe bağlı olarak yoğunluk nasıl değişir? Neden farklı renklerde? Hava kirliliğinde yoğunluğun rolü nedir? Şekil 1.7 7

19 11/7/01 Atmosferik Basınç Moleküllerin çarpışması sonucu yüzeye uygulanan kuvvet Deniz seviyesinde maksimum seviyeler 760 mmhg, 9.9 inhg, 14.7 PSI, x 10 5 Pa, 1013 mbars Küçük yüzey farklılıkları sıcaklık ve yoğunluk farkının sonucu olarak oluşur. Basıncı etkileyen parametreler nelerdir? Yükseklikle nasıl değişir? Yükseklikle neden değişir? 9 8

20 11/7/01 Gaz Kirleticiler Gaz Kirleticiler Karbon Oksitler Sülfür Bileşikleri Azot Bileşikleri Hidrokarbon Bileşikleri Fotokimyasal Oksidantlar 1 3 İki Ana Karbon Oksit Karbondioksit (CO ) karbonmonoksit (CO) Karbon Oksitler CO Doğal atmosferik bileşen Kaynaklar: Doğal Aerobik biyolojik prosesler, yanma ve kaya ve topraktaki karbonatların aşınması Antropojenik: Fosil yakıtların yakılması Arazi kullanımından kaynaklı dönüşümler (Land use conversion) 4 CO Atmosferde hiç CO Ana atmosferik gaz olmazsa nasıl bir etki olur? Farklı konsantrasyonlarda olabilir Toksik olarak değerlendirilmez Çevre ile ilgili yeni yeni gündeme gelmektedir Atmosferik konsantrasyonlarda değişiklik gösterir Jeolojik zaman Modern devir Şekil ppmv/yıl Uzun atmosferik yaşam Süresi (~100 yıl) CO emisyonu düzenlenmiş midir, ya da düzenlenebilir mi? 1

21 11/7/01 Ana yutak prosesleri Okyanuslar Ormanlar CO Şekil.3 CO Renksiz, kokusuz, tatsız gaz Tamamlanmamış yanma sonucu oluşur. C + O CO (Yeterli O ) CO + O CO (Yetersiz O ) 5 Sanayi öncesi devir: Değiştirilebilir CO in 98% i okyanuslardaydı ve % si atmosferdeydi; antropojenik CO için sadece 4% si okyanuslarda çözülür. Atmosferik etkiler üzerine daha çok tartışma 6 CO Yutak prosesleri OH (hidroksil radikali) ile fotokimyasal etkileşim CO + OH CO + H CO + H + O CO + HO Toprağın alımı Atmosferik yaşam süresi (Dönence de 1 ay ve orta enlemlerde 4 ay) OH tüketimlerinde ters etki? O 3 Oluşumu H + O + M HO + M HO + NO NO + OH 3 NO + hν NO + O( P) O( P) + O + M O + M 3 3 Toplam CO + O + hν CO + O3 7 CH 4 konsantrasyonu artar böylelikle küresel ısınma da artar. M: molekülü absorbe eden bir enerji, örn. N veya O OH : hidroperoksik radikal O( 3 P): atomik oksijenin en düşük enerjili durumu hν: ışık enerjisinin bir fotonu 8 CO Arka plan seviye konsantrasyonu Enlemle değişir, dönencelerde düşük ve kuzey orta enlemlerde yüksektir. Ortalama 110 ppbv 1%/yıl artış gösterir, en çok orta kuzey enlemlerde bu artış görülür. Şehir/Banliyö Seviyeleri Küçük ppm lerden 60 ppm e kadar değişir. Özellikle taşıma emisyonları ile ilgilidir. Ortalama seviyeler (10-0 ppmv) Konsantrasyonlar yüksek enlemli şehirlerde daha yüksektir. Neden daha yüksek enlem ve boylamlarda konsantrasyon daha fazladır?

22 11/7/01 Kükürt Bileşikleri Kükürtoksitler: sülfürtrioksit (SO 3 ), Sülfürdioksit (SO ) İndirgenmiş kükürt bileşikleri (COS, CS, H S) Doğal Kaynaklar Volkanlar İndirgenmiş S bileşiklerinin oksidasyonu Kükürtoksitler Antropojenik Kaynaklar S içeren yakıtların yakılması Metal cevherinin dökülmesi kton Tarihsel Historical Sülfür Sulfur Emisyonları Emission US UK USSR China India Japan Egypt Brazil SO Renksiz, kokulu gaz Atmosferdeki ana sülfür oksit S oksidasyonunda üretilir. SO 3 e belki dönüştürülebilir. 9 SO 3 SO oksidasyonundan üretilir. Hızlı bir şekilde su ile reaksiyon verir. Çok kısa atmosferik yaşam süresi Year Genel görünüm nedir? Data from 10 Giderim Prosesleri Çekirdekleşme/yoğunlaşma ile aerosol oluşumu Sülfirik asit amonyak ile reaksiyona girer. Sülfat tuzları oluşur. SO + aerosoller yaş çökelme/kuru çökelme prosesleri ile giderilir. Çökelmenin sonuçları nelerdir? SO atmosferik yaşam süresi (1-7 gün) SO konsantrasyonu Arka plan seviyeleri:deniz yüzeyine ~0 pptv ve USA deki temiz alanlarda 16- pptv Geçmişte 1 saatte değerler: ppbv En yüksek değer; demir esaslı olmayan dökümhane yakınlarında ppmv olarak kayda geçmiştir. İndirgenmiş S Bileşikleri COS (karbonil Sülfit) Atmosferde en yaygın S türü Biyojenik olarak üretilir. Arka plan seviyeleri (0.5 ppbv) Kısıtlı reaktivitelidir Atmosferik yaşam süresi (44 yıl) (CH 3 ) S (Dimetil Sülfit) Okyanuslardan yüksek miktarlarda salınırlar. Kısa atmosferik yaşam süresi(0.6 gün). Bunun sebebi SO ye hızlı dönüşmedir CS (Karbon Disülfit) Biyojenik olarak üretilir. Fotokimyasal reaktivitelidir. Mercaptan Kötü koku kaynağıdır: Çürümüş Lahana gibi, Küresel konsantrasyon aralığı (15- (Rotting cabbage) 190 ppbv) Atmosferik yaşam süresi (1 gün)

23 11/7/01 H S Çevre ve sağlık ile ilgili ama konu (toksik): kötü kokuludur (bozuk yumurta kokusu, eşik değer 500 pptv Kaynaklar: Doğal:biyolojik bozunma başlıcasıdır. Antropojenik kaynaklar: yağ&gaz ekstraksiyonu, petrol rafineriliği, kok fırınları, ambalaj kağıdı fabrikaları Kısa atmosferik yaşam süreleri(4.4 gün): SO ye oksidize olur. Arka plan konsantrasyonları(30-100pptv); endüstrilerdeki konsantrasyonlar ve çevredeki konsantrasyonlar koku eşiğinin üzerinde olabilir. Kükürt Bileşikleri 13 Azot Bileşikleri Gaz Fazı Nitrogen (N ) Nitrous oxide (N O) Nitric oxide (NO) Nitrogen dioxide (NO ) Nitrate radical (NO 3 ) Dinitrogen pentoxide (N O 5 ) Peroxyacyl nitrate (CH 3 COO NO ; PAN) Ammonia (NH 3 ) Hydrogen cyanide (HCN) Gaz/Sıvı Fazı Nitrous acid (HNO ) Nitric acid (HNO 3 ) Nitrite (NO - ) Nitrate (NO 3- ) Ammonium (NH 4+ ) NOx: NO ve NO NOy: NOx ve atmosferik oksidasyon ürünleri Diazot Monoksit (N O) Renksiz, az tatlı toksik olmayan gaz Gülme gazı olarak da bilinir, çünkü maruz kalındığında bir çeşit histeri üretir. Atmosferik konsantrasyon artmaktadır. (0.8 ppbv/yıl) Kaynaklar: Doğal: biyojenik olarak nitrifikasyon ve denitrifikasyon prosesleri Antropojenik kaynaklar: zeminin örselenmesi, tarımsal gübreleme 150 yıllık yaşam sürecinde Troposferde bilinen yutak prosesi yoktur Sadece stratosfer yutaktır: fotoliz ve daha sonraki tekli oksijen oksidasyonu (O( 1 D)) Peki, neden atmosferdeki artışını önemsiyoruz?

24 11/7/01 17 Azot Oksit (NO) Renksiz, kokusuz, yaklaşık olarak toksik değil Doğal Kaynaklar: Peki, neden SO Anaerobik biyolojik prosesler emisyonlarını önemsiyoruz? Biyokütle yakma prosesleri, şimşekler NH 3 oksidasyonu Stratosferdeki fotokimyasal reaksiyonlar ve stratosferden troposfere taşınım Antropojenik Kaynaklar Yakıt yakılması (taşıma, kömürle çalışan güç tesisleri, boyler, yakma fırınları, ev ısıtılması) Yüksek sıcaklıkta yanmanın ürünüdür; konsantrasyon, ısı ve soğutma oranına bağlıdır. N + O NO Reaksiyon/Kinetikler bölümünde daha detaylı anlatılacak 18 Azot Dioksit (NO ) Kahverengi renkli, toksik sayılacak şekilde keskin, gözleri tahriş edebilecek gaz Işığı absorbe eder ve atmosferik fotokimyayı teşvik eder Peak seviyeleri kuşluk vaktinde meydana gelir Kimyasal reaksiyonlarla üretim Direkt Oksidasyon NO + O NO (cevrede yavas, yanmada hıızlı Fotokimyasal Reaksiyonlar NO + O NO + O 3 NO + RO NO + RO NO + HO NO + OH 19 NO x konsantrasyonları Uzak yerlerde: 0-80 pptv Kırsal kesimlerde: 0 pptv -10ppbv Şehir/Banliyö alanlarında: 10 ppbv - 1 ppmv Günlük değişim Haftalık örnek? Mevsimsel örnek? NOx Yutak Prosesleri Kimyasal reaksiyonla dönüşüm NO => NO => HNO 3 OH ile ana yutak proses reaksiyonu NO OH + M HNO + M O 3 içeren gece gerçekleşen reaksiyonlar NO + O NO + O NO5 + H O HNO3 Organik bileşiklerle reaksiyonlar NO + HCHO HNO + CHO 3 3 NO + NO N O (güneş ışığında ters hareket) NO3 + RH HNO3 + R Tuz oluşumu için amonyakla nötralize etme NH 3 + HNO3 NH 4NO3 (kuru/yaş çökelme ile uzaklaştırılır) HNO 3, NOx için depo ve taşıyıcı görevi yapar. HNO3 + hν NO + OH 5

25 11/7/01 1 İndirgenmiş N Bileşikleri NH 3 (Amonyak) Kaynaklar: organik maddelerin, hayvanların ve atıklarının anaerobik bozunması,biyokütle yakılması, toprak humus oluşumu, gübre uygulamaları, kömür yakılması,endüstriyel emisyonlar Arka plan seviyeleri ( ppbv) Yutak prosesleri:asitlerle reaksiyon,su ve toprak yüzeyi ile absorpsiyon Atmosferik yaşam süresi (10 gün) Örnek? Kuvvetli asitler için önemli bir nötralize edicidir Diğer N Bileşikleri HCN (hidrojen siyanür) Organik nitrat bileşikleri: peroksi asetil nitrat (PAN), peroksi propiyonil nitrat (PPN), peroksi bütil nitrat (PBN) potansiyel göz tahriş edicidir. NH 3 (Amonyak) 3 Hidrokarbonlar Geniş sayıda kimyasal madde içerir Ana yapı sadece karrbon&kovalent bağlı hidrojen içerir. Birçok bileşiğin türevi gibi görev yaparlar Düzenli, zincirli, dallı ya da halkalı Ayrıca Doymuş (tek bağlı, C-C) Doymamış (ikili/üçlü bağlı, C = C) olabilirler. Doymamış HCs ler daha reaktiftir. Ayrıca gaz, sıvı ya da katı fazda olabilirler; karbon sayısına bağlı olarak: gazlar 1-4 C; uçucu sıvılar 5-1 C; yarı uçucu sıvılar veya katılar >1 C 4 Hidrokarbonlar Çeşitleri Alifatikler ParafinlerAlkanlar- tek bağlı Olefinler/Alkenler- bir çift bağa sahipler Alkinler bir üçlü bağa sahipler Aromatik En az bir benzen halkasına sahipler Benzen Toluen Ksilen Yaşam süresihttp://en.wikipedia.org/wiki/benzene Parafinler günler Olefinler saatler Alkinler haftalar Benzen (1 gün), toluen ( gün), m-ksilen (7 saat) Örnek? 6

26 11/7/01 Hidrokarbonlar Çok Halkalı HCs (PAHs) Çoklu benzen halkaları Çevre koşulları altında katılar Yanma proseslerinde üretilir. Atmosferik aerosol bileşenleri Potansiyel kanser yapıcı Uçuculuklarına göre sınıflandırma VVOC (çok uçucu organik bileşikler): BP; o C ye kadar VOC (çok uçucu organik bileşikler): BP; ile o C SVOC (yarı uçucu organik bileşikler): BP;40-60 ile o C SOC (katı organik bileşikler): 400 o C üzerinde NMHCs: Metan Olmayan Hidrokarbonlar; atmosferdeki düşük reaktivitesi yüzünden kapsam dışında kalır. Hidrokarbonlar 5 7 Hydrocarbon Türevleri O, N, S veya halojenlerle reaksiyonlarla oluşur. Atmosferle ilgili türevler: Oksihidrokarbonlar Halojenli hidrokarbonlar Oksijenli Hidrokarbonlar İçerdikleri Aldehitler (C=O) Asitler (-COOH) Alkoller (-OH) Ketonlar (CO) Eterler (C-O-C) Esterler (R-CO-OR ) Endüstriyel/ticari kullanımından direkt emisyonlar: yapışkanlar, solventler Yanmanın yan ürünü Fotokimyasal reaksiyonlardan üretilir. 8 Metan Olmayan Hidrokarbonlar Hava kalitesi uygulamasının birincil odak konusu Biyojenik kaynaklar Ağaçlar (isoterpenler, monoterpenler) Çayırlar (hafif parafinler; yüksek HCs) Toprak (etan) Okyanus Suyu (hafif parafinler, olefinler, C 9 -C 8 parafinleri) Büyüklük sırasında antropojeniklerden daha yükseklerdir. Önemlerinin sorgulanması Antropojenik emisyon tahminleri 40% ulaşım, taşıma 3% solvent kullanımı 38% endüstriyel üretim/yakıtların yakılması Belirleme işlemleri karışıktır; başlı başına NHMC lerin konsantrasyonu ölçülememiştir. Niçin? 7

27 11/7/01 Metan Olmayan Hidrokarbonlar Metan Olmayan Aromatik-Hidrokarbonlar Metan Olmayan Klorlu-Hidrokarbonlar Organik Azot Bileşikleri 8

28 11/7/01 Organik Kükürt Bileşikleri Bitkisel Kökenli Esterler Bitkisel Kökenli Terpenler Metan Olmayan Hidrokarbonlar 9

29 11/7/01 Metan Olmayan Hidrokarbonlar Kömür Yakıtlı Güç Tesisi Hidrokarbonları VOC ölçümleri İzmir, Türkiye Kömür Yakıtlı Güç Tesisi Hidrokarbonları NMHC Yutak Prosesleri OH veya O 3 ile oksidasyon Alkaliperoksiradikal üretirler. (ROO ) ROO,NO ile reaksiyona girerek alkoksi radikaline (RO ) dönüşür. RO, O ile aldehit üretmek için reaksiyona girer. Uzun zincirli NMHCs ler ketonlar olarak sonuçlanır. Etan Reaksiyonu C H + OH H O + C H C H + O C H OO C H OO + NO C H O + NO C H O + O CH CHO

30 11/7/01 HCHO nun Oksidasyonu Asetaldehit etandan daha reaktifdir. OH ile bir seri reaksiyon ile asetaldehit HCHO ya oksidize olur nm UV ışığı dalga boyunda HCHO bozunabilir ve CO üretir. HCHO + hν HCO + H 1.yol diğer NHMC oksitlenmesi için OH üretir. H + O + M HO + M HCO + O HO + CO HO + NO NO + OH.yol H HCO H + CO + Fotokimyasal Öncü Maddeler CO (yüksek seviyede) CO ye er yada geç dönüşecektir. Yaş/kuru çökelme ile uzaklaştırılan aldehitler/ketonlar Uzun zincirli HCs ler yoğunlaşmış ürünler üretebilirler. Bu oksidasyon ürünleri (örn; ROO, RO, HO ve CO) smog oluşumunda ana reaktantlar olarak görev yaparlar; troposferik ozon seviyesinin yükselmesi üretiminde de görev yaparlar Metan (CH 4 ) Atmosferde en çok bulunan HC OH ile düşük reaktivite Şehir/banliyö fotokimyasında düşük önem;bu yüzden toplam HC konsantrasyonlarından seviyeleri çıkarılır. Peki neden CH 4 ü önemsiyoruz? Şehir kaynaklarında rüzgar yönlü etki yapabilir. Termal absorblayıcı küresel ısınma konusu Ortalama konsantrasyonlar ~ 1.75 ppmv Sanayi devriminden beri bariz bir artma gözlemlenmektedir. Şekil.5 44 Metan Doğal Kaynaklar Bataklık, göller ve kanalizasyon atıklarında anaerobik ayrışma Pirinç tarlaları Geviş getirme/termit sindirim Antropojenik Kaynaklar Kömür/Linyit madenciliği Yağ/Gaz çıkarma işlemleri Petrol rafinericiliği Taşıma hatlarında sızıntı Otomobil ekzostları 11

31 11/7/01 Metan Yutak prosesleri Troposferde, OH ile reaksiyon CH 4 + OH CH 3 + H O HCHO, CO & sonucunda da CO üretirler. CO ile OH için yarışırlar. Stratosferde ışıl ayrışma H O üretir. Stratosferdeki suyun ana kaynağıdır. CO nun artması ile atmosferdeki seviyelerde artar. Atmosferik yaşam süresi (~10 yıl) Niçin? Halojenli Hidrokarbonlar Bir veya daha fazla halojen atomu (Cl, Br, or F) içerirler; birkaç çeşit bileşik içerirler Klorlanmış HCs Bromlu HCs Klorofloro HCs Gözle görülür kararlılık (örn. düşük reaktivite) Hem doğal hem de antropojenik kaynaklar içerirler; hem uçucu hem de yarı uçucu bileşiklerdir Uçucu Halojenli Hidrokarbonlar Metil Klorür (CH 3 Cl) Metil Bromür (CH 3 Br) Metil Kloroform (CH 3 CCl 3 ) Trikloroetilen (CH CCl 3 ) Perkloroetilen (C Cl 4 ) Karbon tetraklorür (CCl 4 ) Yarı Uçucu Halojenli Hidrokarbonlar Klorlanmış pestisitler (DDT, Dieldrin, Aldrin) Poliklorlanmış Bifeniller (PCBs) Polibromlu Bifeniller (PBBs) 48 Klorofloro HCs (CFCs) Trikloroflorometan (CFCl 3 ): CFC-11 Diklorodifluorometan (CF Cl ): CFC-1 Klorotriflorometan (C Cl 3 F 3 ): CFC-13 Aşağıdaki maddeler ile karakterize edilirler. Düşük reaktivite Düşük memeli toksisitesi Kuvvetli termal absorpsiyon özellikleri İyi derecede solvent özellikleri Peki neden CFCs leri önemsemekteyiz? 1

32 11/7/01 49 Halojenli HCs Birçok Halojenli HCs troposferik yutağa sahiptir. CFCs troposferik yutağa sahip değildir. Atmosferik Yaşam Süreleri CH 3 Cl, CH 3 Br ~ 1 yıl CH 3 CCl 3 ~ 6.3 yıl CCl 4 ~ 40 yıl CFCl 3 ~ 75 yıl CF Cl ~ yıl Konsantrasyonlar; kuzey yarımküre üzerinde kaynak bölgeler olmakla beraber mekansal değişiklik gösterir ların başlarına kadar hem troposferde hem de stratosferde konsantrasyonlar artmaktaydı. 50 Fotokimyasal Oksitleyiciler Aşağıdaki maddeleri içeren kimyasal reaksiyonlarda üretilirler: Güneş ışığı Azot oksitler Oksijen Hidrokarbonlar İçerdikleri Ozon Azotdioksit Peroksikal nitrat (Peroxyacyl nitrate) Tek hidrojen bileşikleri (Odd hydrogen compounds) (OH, HO, H O ) Fotokimyasal Oksitleyici: O 3 Ozon; İlgili ana fotokimyasal oksitleyicidir Atmosferik O 3 oluşumu O 3 seviyeleri otoban 3 gişelerinde yüksek ya O + O( P) + M O3 + M da alçak değerlerde mi? O( 3 P) kaynağı gereklidir: nm dalga boyunda NO nin fotolizinde NO ( 3 + hν NO + O P) Nitrik oksit hızlıca O 3 ü tüketir. NO + O3 NO + O Denge durumu konsantrasyonu orta enlemlerde öğle vakitlerinde 0 ppb dir. Troposferik O 3 Oluşumu O 3 seviyesinin yükselmesi; NO nun NO ye dönerken O 3 tüketmemesindendir! Peroksi bileşiklerin rolü (ROO ) HCs lerin fotokimyasal oksidayonlarından türemektedir. ROO + NO NO + RO 3 NO + hν NO + O( P) 3 O( P) + O Net : ROO + O + M O + M 3 + hν RO + O 3 51 Bu smog daki yüksek O 3 seviyesini açıklamıyor. Sorun nedir? Şekil

33 11/7/01 Troposferik O 3 Oluşumu O 3 oluşum oranı ROO bulunmasına bağlıdır. ROO lar OH ve HO x, HCs ile reaksiyona girdiğinde oluşur. O 3, aldehitler ve HNO nin foto-ayrışma ile OH formuna geçtiğinde üretilirler. 1 O + hν O( D) + O 3 1 O( D) + H O OH H O + hν( λ < 350nm) OH HNO + hν OH + NO Özet olarak; O 3 seviyelerine karar verirken önemli parametreler nelerdir? Troposferik O 3 Konsantrasyonları Uzak yerler (0-50 ppbv, yaz ayları) Fotokimyasal prosesler Stratosferik ihlal (tabakalar arası geçiş) Yerleşim Bölgeleri (Nüfus dağılımı) Peak konsantrasyonlar (50 ppbv ppbv) Şehir bölgelerinde gece konsantrasyonlar azalır. Kırsal kesimlerde peak konsantrasyonlar gece oluşur. Yükselmiş kırsal kesim konsantrasyon seviyeleri uzun mesafe taşınımı ile ilgilidir. Havada O 3 taşınımı Düşük reaktiviteye sahip parafinlerin taşınımı Troposferik O 3 Seviyeleri 56 Ozon Yutak Mekanizmaları Foto-ayrışma 1 O + hν O( D) + O 3 1 O( D) + H O OH Kirli alanlarda NO ile reaksiyon NO + O NO + 3 O Gece NO ile reaksiyon NO + O NO + O 5 3 NO + NO N O 3 N O + H O HNO Yüzeyde yok olma: Bitkilerle, açık alanlar, buz/kar ve insan yapısı yapılar ile reaksiyonlar 14

34 11/7/01 15

35 11/7/01 Ozon Oluşumunda Etken Olaylar 16

36 11/7/01 Partikül Kirleticiler Partikül Kirleticiler Giriş Atmosferik Aerosol Kaynaklar (doğal vs şehir aerosol) Partikül boyutları (üç biçim) Partikül konsantrasyonu Kimyasal bileşim Dinamik prosesler (oluşum, artma süreci, uzaklaştırma) Partiküllerin görüş mesafesine etkisi Işık sönümlemesi Gözle görülür uzaklık Okuma materyalleri: Tad Godish, Air Quality, Bölüm:, syf: Giriş Atmosferik Aerosollerin Boyutları Partikül ve Aerosol Aerosol: havada askıda halde bulunan sıvı ya da katı partiküllerdir. Birincil ve İkincil Partiküller Birincil Partiküller atmosfere doğrudan giren partiküllerdir. (örn, yanmadan gelen duman) İkincil Partiküller atmosferdeki kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşurlar.(örn, gazdan partiküle dönüşüm) Doğal ve Antropojenik Aerosol Doğal kırsal (uzak) alanlarda baskındır. Antropojenik şehirlerde baskındır. Atmosferik Aerosol Etkileri Sağlık, Refah, İklim, Görüş Mesafesi Hinds, Aerosol Technology,

37 11/7/01 İnce ve Kaba Partiküller Şehir Bölgelerindeki Aerosoller Atmosferik Aerosollerin Kaynakları TABLE 1 atmosferik Aerosoler Küresel Emisyonlarının Kaynakları ve Tahminleri(Veriler: W.C. Hinds, Aerosol Technology, nd Edition, Wiley Interscience) Miktar, Tg/yıl[10 6 metrik ton/yıl] Kaynaklar Aralık En iyi tahmin Doğal Toz (Soil dust) Kazan-altı külü (bottom ash) ÇATES Uçucu kül (fly ash) ÇATES Deniz tuzu Botanik döküntüler Volkanik toz Orman yangınları Gazın partiküle dönüşümü Fotokimyasal Doğal Kaynaklar için toplam 4000 Hangi emisyon kaynağı daha geniştir? Doğal ya da antropojenik? Kazan-altı külü (bottom ash) ÇATES Uçucu kül (fly ash) ÇATES Antropojenik Doğrudan emisyonlar Gazın partiküle dönüşümü Fotokimyasal Antropojenik Kaynaklar için toplam

38 11/7/01 Evsel Isınma (Domestic heating) Araçlar (Motor Vehicles) Uçakların Egzoz Aerosolleri Gemilerin Egzoz Aerosolleri 3

39 11/7/01 Güç Tesisi, ÇATES (power plant) ÇATES bacaları kirlilik Demir ve Çelik, ERDEMIR (Iron and Steel) Sinter bacası kirlilik Soğutma suyu buharları Orman Yangınları Orman Yangını ve Yerleşim Bölgesinde Aerosol Etkisi 4

40 11/7/01 Serik Orman Yangını, Ağustos 008 Asya Toz Bulutu 18 Aerosoller Stratosferik ve Troposferik Aerosol Stratosferik Aerosol km Ana volkanik patlamalarla stratosfere enjekte olan SO nin gazdan partiküle dönüşümü ile sülfirik asit damlacıklarının oluşumu Troposferik Aerosol <11 km Doğal kaynaklardan direkt emisyonlar çöl, okyanus ve bitki örtüsü Gazların dönüşümü ile partikül oluşumu Troposferik aerosol konsantrasyonu yükseklikle değişir mi? Neden? Mt. Pinatubo volkan patlaması, Filipinler, 1991 Biliyor muydunuz Mt.Pinatubo patlaması sırasında 14-0 Tg (1 Tg= 10 6 ton) SO stratosfere enjekte olmuştur, bu da aerosol konsantrasyonunun -5 µg/m 3 den µg/m 3 a artmasına neden olmuştur. Volkanik Emisyonlar Halihazırda dünya genelinde 500 Aktif volkan bulunmaktadır. Magma kütlesel olarak %1-4 gaz içerir Gaz kütlenin %50-80 ni su buharıdır Diğer gazlar, CO, COS, CO, S, Cl, SO, N, H, HCl, F Partikül olarak en fazla silika mineralleri bulunmaktadır ve boyut oranı µm arasında değişmektedir. 0 5

41 11/7/01 6

42 11/7/01 Şehirlerde Aerosoller Antropojenik Kaynaklar Sabit Kaynaklar: güç tesisleri, rafineriler, madenler vb. Motorlu taşıtlar Yanma çok önemli kaynak Partikül Konsantrasyonu Ağır bir şekilde kirlenmiş alanlarda µg/m 3 den 1 mg/m 3 e kadar değişiklik gösterir. Tablo. Çeşitli Alanlar İçin Amerika da Aerosol Konsantrasyonları Yerleşim Kütle Konsantrasyonu (µg/m 3 ) Background 0 Kırsal Alanlar 40 Şehirler Nüfus < < > Veriler: W.C. Hinds, Aerosol Technology, nd Edition Mumbai Guangzhou Mumbai (Hindistan) ve Guangzhou (Çin) de şehirlerde aerosollerin neden olduğu sis Şehirlerde Aerosoller Şehir aerosolleri boyut dağılımı Çekirdek hali (Nuclei mode) ( µm) Birikim Hali (Accumulation mode) (0.1.5 µm) Kaba partikül hali (Coarse-particle mode) ( µm) Çekirdek hali (Nuclei mode) Boyut: µm Şehirlerde Aerosoller Yanmadan kaynaklı partiküller ve gazdan partiküle dönüşüm Bulunduğu yerler : otobanlar ve yanma kaynakları Yüksek konsantrasyon Hızlı koagülasyon 7

43 11/7/01 Şehirlerde Aerosoller Şehirlerde Aerosoller Birikim Hali (Accumulation mode) Boyut: µm Yanma partikülleri, smog partikülleri ve koagüle olmuş çekirdek halindeki partiküller Yavaş koagülasyon Görüş mesafesine etkinin en büyük sebebi İnce Partiküller Çekirdek+Birikim Hali PM.5 Coarse-Particle Mode Boyut:.5 10 µm Tozlar, deniz tuzları, açık işletmelerden gelen partiküller Yüzeyde çökmeye hazır haldedirler. PM.5, PM 10, ve TSP (toplam askıda partiküller) PM.5 : <.5 µm PM 10 : <10 µm TSP: toplam askıda partiküller Aerosollerin kaba partikül hali - Animasyon sol/flash/coarse-particle.swf Aerosol Birikme Modeli - Animasyon Aerosollerin hangi hali atmosferde en uzun yaşam süresine sahiptir? Neden? Dinamik Prosesler Oluşum Büyüme Uzaklaştırma veya giderim Atmosferik Aerosol Atmosferik Aerosollerin Dinamik Prosesleri - Animasyon namic%0process.swf Sırası ile atmosferik aerosol oluşumu, gelişim ve uzaklaştırma prosesleri nelerdir? Atmosferik Aerosol Tablo3. Şehir ve kırsal alanlarda ince ve Kimyasal Bileşim kaba partiküllerin ortalama bileşimleri İnce partiküller: asidik; sülfat, (µg/m 3 ) amonyak bileşikleri, Şehir Kırsal elemental karbon İnce Kaba İnce Kaba Kaba partiküller: Ana; kabuk Toplam maddeler(crustal materials) Kütle ve oksitleri SO İnce parçacıkların 3 ana bileşeni nelerdir?. Kaba aerosollerin 4 ana bileşeni nelerdir? NO NH < H < C Al Si S Ca Fe Pb Veriler:Finlayson-Pitts and Pitts, Atmospheric Chemistry: Fundamentals and Experimental Techniques, Wiley, New York,

44 11/7/01 Partikül Kirleticilerin Görünürlük Alanına Etkisi (Visibility Effect of Particule Pollutants) Görünürlük (Visibility) Nesnelerin net olarak görülebileceği mesafe Atmosferik aerosollerle görünürlük azalması Işık Sönümleme (Light Extinction) Işık saçılımı Işık absorbsiyonu Görüş Mesafesi (Visual Range) Kahire, Mısır da atmosferdeki yüksek aerosol konsantrasyonuna bağlı görüş mesafesi azalması Haze Haze is caused when sunlight encounters tiny pollution particles in the air. Some light is absorbed by particles. More pollutants mean more absorption and scattering of light, which reduce the clarity and color of what we see. Some types of particles, such as sulfates, scatter more light, especially during humid conditions. İlgi çekebilecek bir link: Sandstorm in China 34 Partikül Kirleticilerin Görüş Mesafesine Etkisi Partikül Kirleticilerin Görüş Mesafesine Etkisi Zonguldak City-Polluted Air Zonguldak City-Clean Air 9

45 11/7/01 Işık Sönümlenmesi (Light Extinction) Beer-Lambert Kanunu I I = exp( σ e L) 0 I 0 = Gelen ışık yoğunluğu (Incident light intensity); I = Aerosolün içinden geçen ışık yoğunluğu (light intensity traversing the aerosol); σ e = Aerosolün sönümleme katsayısı (extinction coefficient of the aerosol); L = Aerosole giden ışığın geçtiği yol uzunluğu (path length of the light through the aerosol) Sönümleme Katsayısı πnd σ e = NApQe = 4 p Qe N = Partikül konsantrasyonu (birim hacim için adet); A p = Partikülün kesit alanı; d p = Partikül çapı (küresel oldukları varsayılır); Q e = Tek bir partikül sönümleme verimi (partikül boyutu ve kırılma indisinin karmaşık bir fonksiyonudur) Işık Sönümlenmesi (Light Extinction) Sönümleme verimi, Q e particle refractive index (m) Işık Sönümlenmesi (Light Extinction) Gözle Görüş Mesafesi (Visual Range) Örnek soru /m 3 konsantrasyonlu 0.3 µm partikül çapı olan kirli bir hava var. Böyle bir hava içerisinden 1 km boyunca geçen ışığın yoğunluğu (gelen ışığın bir fraksiyonu olarak) nedir? Partikülün kırılma indeksi (m)= 1.5 kabul ediniz. A polluted air contains 0.3-µm-diameter particles at a concentration of /m 3. What is the light intensity (as a fraction of the incident light) that traverses 1.0 km of such polluted air? Assume the particle refractive index (m) is 1.5. Aerosol, boyut dağılımına (örn, farklı boyutlarda) sahip olduğunda ışık sönümlenmesi nasıl hesaplanır? M N = π / 6) d ρ 3 ( p N = Partikül konsantrasyonu (birim hacim için adet); M= partikül kütlesi=cv Gözle Görüş Mesafesi (Koschmeider) Düz bir doğrultuda insan ne kadar uzağı görebilir Nesnelerin zar zor görülebileceği mesafe Gündüzleri siyah bir nesne için yatay düzlemde, gözle görülür uzaklık L v sönümleme katsayısının basit ters bir fonksiyonu olarak elde edilir. (parlaklık kontrast eşiği ε = 0.0 olarak kabul edilir) (For a dark object viewed against the horizon during daylight, the visual range L v can be obtained as a simple inverse function of extinction coefficient (assuming the threshold of brightness contrast is ε = 0.0) ) ln( ε ) ln(0.0) L v = = = L v = σ e σ e σ e Gözle görüş mesafesini etkileyen bir aerosol için önemli parametreler nelerdir? 100 km. µ g / m3 Partikül konst 10

46 11/7/01 Özet BLACK CARBON- SİYAH KARBON Atmosferik Aerosol Doğal ve antropojenik aerosollerin kaynakları Partikül konsantrasyonu Çekirdek, birikim ve kaba partiküllü aerosoller PM.5, PM 10, TSP Kimyasal bileşim Dinamik prosesler (oluşum, gelişme ve uzaklaştırma) Görüş Mesafesine Etki Işık sönümlemesi (Beer-Lambert kanunu) Gözle görülür uzaklık Okuma materyalleri: Godish, Air Quality, Bölüm:, syf: BLACK CARBON- SİYAH KARBON BLACK CARBON- SİYAH KARBON 11

47 11/7/01 BLACK CARBON- SİYAH KARBON BLACK CARBON- SİYAH KARBON BLACK CARBON- SİYAH KARBON Radiative forcing due to BC emissions 1

48 Atmosferik Etkiler Smog ve Sis Şehir İklimi Atmosferik Birikim: Asit Birikimi Hg Birikimi Stratosferik Ozon Tükenmesi Küresel Isınma Smog Kömür yakılması sonucu oluşan duman veya sislerin istenmeyen bir şekilde birleşmesinden kaynaklanır. Birinci Bölüm: Endüstri devrimi sırasında SO sisi (Londra tipi smog). Ayrıca gri smog olarak adlandırılır. Günümüzde, görünebilirliğin bariz bir şekilde azalması ile atmosferik kirlenme ile ilişkilendirilir. Daha çok fotokimyasal smog, özellikle de ozon günümüzde vardır. O 3 seviyesini belirlerken dikkat edilecek parametreler nelerdir? Fotokimyasal Smog Oluşumu için Genelleştirilmiş Şema Los Angeles Havzası Üzerinde Smog 1

49 Los Angeles Tipi Smog HCs ve CO nun OH ile Reaktiviteleri Etkisi aşağıdaki maddelerle daha da artar. Güneşli gün sayısının fazlalığı Motorlu taşıt sayısının fazlalığı Hava akışındaki topoğrafik sınırlamalar Yaygın olarak inversiyon çökmesi meydana gelmesi NO varlığından dolayı, LA-tipi smog kahverengidir. Houston, Denver, Mexico Cityşehirlerinde de büyük bir problemdir. Eğer EPA da yönetici olarak çalışsaydınız, LA-tipi/O 3 oluşumunu azaltmak için stratejiniz ne olurdu? Hafif Sis (Haze) Atmosferik kirleticilerle ilgili görüş mesafesi azalması (başlıcası, SOx emisyonları) Birçok Amerikan/Avrupa şehirlerinde ortak problem. Örn; orta batı, kuzeydoğu ve güneydoğu. Geniş bölgesel dağılım Uydularla görülebilmektedir. Smoky Dağları Açık Hava Sisli hava Amerika da Sis Güneydoğu (örn. FL) Minneapolis Ortabatı New_IDEA_Air_Quality_Monitoring.html Kuzeydoğu ures/005/0/0_bensonl_badairday/ earthobservatory.nasa.gov

50 Güneydoğu Asya da Sis Orman Yangını Düzinelerce ülkeye kadar genişleyebilir southeastasia-haze.html El Değmemiş Hava Özellikleri (Pristine Air) Yüksek hava kalitesi olan alanlarda iyi görüş ( mil görüş mesafesi) Batı ve güneybatı karakteristiğinde Ulusal parklar (örn, Grand Knayon), anıtlar ve kırlar etrafındaki alanlardaki hava Dumanın çok olması ana konudur; enerji tesisleri emisyonları görüşü km lerce etkileyebilir. Arazi şekli ve görünüşteki çeşitliliği azaltır. Glen Canyon NRA Kutuplarda Sis (Arctic Haze) Barrow, Alaska da 1950 lerde ilk kez rapor edilmiştir. Geçen 40 yılda daha da yoğunlaşmıştır. 800 den 1300 km ye kadar lineer genişleme içerir. 9 km nin altındaki yüksekliklerde oluşur. Yaklaşık 4-5 km de maksimum yoğunluğa ulaşır. Sibirya ve Kuzey Avrupa dan kirletici taşınımından kaynaklanır. Sebep olan kirletici- SO x ve elementel karbondur. Sülfat konsantrasyonları olması gerekenden (background conc.) 10-0 kat fazladır. Bu tür sisi kuvvetlendirenler; Verimsiz kirletici uzaklaştırma prosesleri Çok dik inversiyon katmanı Haze_Is_Heating_Up... Termal Hava Kirliliği Etkileri gece ısı adası olarak görülebilir. Kaynaklar Enerji kullanım proseslerinden gelen atık ısı Güneş ışığı absorpsiyonu ve şehir yüzeylerinde enerji depolanması Yüzey pürüzlülüğünden dolayı azalan havalanma (urban ventilation) New York şehri ısı adası haritası Forum/ASF9/948.html 3

51 Şehirlerde Isı Adaları New York Şehri antropojenik kaynaklı ısınma kış aylarında güneşden gelen ısıya.5 kat daha fazladır, yaz aylarında ise bütün şehir ısısının 17% ne tekabül eder. Birçok şehirde enerjinin 10% u güneşden gelmektedir. Şehirlerde Isı Adaları nı Etkileyen Ana Faktörler: Nüfus Boyut ve Yapı Meteoroloji Gece Oluşan Hava Sirkülasyonu (Nocturnal Air Circulation) Bir adada esen deniz rüzgarını (meltem) anımsatır. Toz bulutu olarak sonuçlanır. (dust dome) Günlük, haftalık ve yıllık olarak nasıl değişir? Hava ve iklimi nasıl etkiler? Çökelme Üzerine Etkiler (Effects on Precipitation) Çökelmeyi arttırır mı, azaltır mı? Partüküller yoğunlaşma için bir bölge olarak görev yapar. Partiküllerin bir kısmı bulutlarda yoğunlaşma nükleiti(ccn) olarak aktif görev yapar. CCN lerin konsantrasyonu başlangıç boyutu ve su damlacıklarının sayısını belirler. Nükleit üzerinde su buharı yoğunlaşması Damlacıkların bir araya gelmesi çökelme Çok fazla CCN varsa, bu damlacık boyutunu nasıl etkiler? Bu durum çökelmeyi nasıl etkiler? Eğer çok büyük nükleit (> 1 um) varsa, damlacık boyutunu nasıl etkiler? Bu durum çökelmeyi nasıl etkiler? Civa Birikimi (Mercury Deposition) Civa neden önemli bir konudur? Diğer ana kirleticilerden (örn. SO, O 3 ) farkı nedir? Su ekosistemlerinde birikim Besin zincirindeki biyolojik birikim Balıklarda (Fish advisories) Atmosfere giren emisyonların 75% ne antropojenik kaynaklar sebep olur Other (Gold mines, chlorine production, biolers, hazardous waste incinerators) Medical Waste Incinerators Municipal Waste Incinerators Coal fired Power Plants Kimyasal etkilerin hareketi Elemental Hg o çevresel hareketliliğe sahiptir İki değerlikli (Hg ++ ) civa partiküllere bağlanır. En büyük antropojenik kaynak nedir? Emisyonları Hg o, Hg ++ ve Hg bağlı partikül formundadır. 4

52 Civa Birikimi (Mercury Deposition) Hg ++ : yüzey sularında en çok bulunan civa formu; ancak atmosferik Hg su ekosistemlerindeki civanın ana kaynağıdır. Mikroorganizmalar ile Hg ++,CH 3 Hg ya dönüşür. Metil civa suda kalma eğilimi gösterir. Hg o a dönüştüğünde atmosfere salınır. Hg 0 Florida panteri Hg + CH 3 Hg Civa bir formdan diğer forma defalarca dönüşebilmektedir. Dönüşümler çevresel bir taşınımla sonuçlanır; yüksek enlem ve boylamda biriktiğinde bu hareket durur. Hangi bölge daha yüksek konsantrasyona sahiptir? Neden güney Florida da yüksektir? Kıyı şeridindeki veriler ne anlama geliyor? Civa İle İlgili Mevzuatlar 1990 CAAA: Civayı 188 Tehlikeli Hava Kirleticilerinden biri olarak listeler. 005: Clean Air Mercury Rule (CAMR) termik santrallerden gelen Hg emsiyonlarını başa koymuştur Faz 1 (010) yıllık 38 ton emisyon. Emisyonlar diğer bir prosesde indirgeme yardımı ile azaltılacaktır bunlar CAIR de belirtilen sülfürdioksit ve azotoksit emisyonlarının azaltılması ile sağlanan Hg indirgemensi. Faz (018) emisyonun yıllık 15 ton hedeflenmesidir. 005: Clean Air Interstate Rule (CAIR) eyalet sınırları boyunca hareket eden kirliliğin azaltılması: 015: doğudaki 8 eyalet ve DC de 003 yılındaki kirletici seviyelerinin SO için 70% ve NOx için 60% oranında azaltılması Stratosferik O 3 Azalması Hangi türler O 3 yıkımına neden olur? Tarihçe Süpersonik taşınım (NOx) ve nükleer silah testleri (NOx) Kloroflorokarbonlar(Cl) : Paul Crutzen, Sherwood Rowland ve Mario Molina, 1995 Nobel Kimya Ödülü Sahipleri Gübrelerden gelen N O Kutuplardaki stratosferik bulutlar (PSCs) Crutzen Rowland Molina 5

53 Ozon Tabakası Dinamikleri Stratosferde O 3 ün doğal oluşumu ve yıkımı (Chapman Döngüsü) O + hv O+ O λ< 4.4 nm O+ O + M O + M 3 M : energy absorbing N oro O + hv O + O 3 λ< 35 nm O+ O O 3 Ozon Tabakası Dinamikleri NO x ların Rolü O 3 tabakası için bir tehdittir. Süpersonik taşınım ve nükleer silah testlerinden direkt emisyonlar Nitrikoksit katalitik olarak O 3 u yok eder. NO + O NO + O 3 NO + O( P) NO + O 3 NO + hν NO + O( P) Troposferde stabil olan N O unun yıkımı için daha olasıdır. 1 O D) + N O NO ( Ana Yutak 3 HO + NO OH + NO NO + OH + M HNO + M 3 Net O O 3 3 HNO 3 ün oluşması güvenli midir? Halojenli Hidrokarbonların Rolü Kloroflorokarbonlar, Klorlanmış Hidrokarbonlar, Halonlar Üst ve orta stratosferde, fotoliz ile CFC lerin yıkımı ile Cl oluşur. Cl + O ClO + O 3 ClO + O 1 ( D) Cl + O Stratosferden uzaklaştırılmadan önce, 1 Cl ile O3 molekülünün yıkımı bu ve diğer reaksiyonlar ile sonuçlanabilir. Stratosferin alt kısımlarında; Cl + O3 ClO + O ClO + HO HOCl + O HOCl + hν Cl + OH OH + O HO + O 3 6

54 Diğer halojenlerde aynı zararı verir mi? Brom Döngüsü (Bromine Cycle) Cl döngüsüne benzer şekilde; 16-0 km yükseklik arasında yaklaşık olarak %0-5 O3 kaybının sorumlusudur. BrO-ClO döngüleri birbirine bağlıdır; 16-0 km yükseklikte O3 kaybının yaklaşık %0-5 olduğu hesaplanmıştır. ClO + BrO Br + ClO ClO + BrO BrCl + O Cl ve Br için Yutak Prosesleri Bu tepkime ürünleri HCl, HBr, klorin nitrat ve Bromin nitrat Cl + CH HCl + CH 4 ClO + NO + M ClONO + M HCl ve ClONO geçici Cl depolarıdır Cl yenilenir HCl + OH Cl + H O ClONO + hν Cl + NO 3 Bromin benzer şekilde yenilenir Br + HO HBr + O BrO + NO + M BrONO + M Antartik O 3 Deliği 1985 yılında Antartikada yer seviyesinde ozon ölçümü yapan İngiliz bilim adamları sıcak geçen yaz aylarında ozon seviyelerinde büyük bir artış görmüşlerdir. Yeniden değerlendirilen uydu verileri aslında bunun 1975 lerde başladığını göstermiştir. Coğrafi alanlarda dereceli olarak bir artışın olduğu ve bu artışın 1990 lara doğru devam ettiği görülmüştür. 7

55 Antartik O 3 Seviyelerinde Değişim Neden bahar mevsimlerinde? Antartik O 3 Deliği Kimyası Ozon yıkımı aşağıdaki maddeleri içeren heterojen faz kimyasından kaynaklanmaktadır. Kutuplardaki stratosferik bulutlar(pscs) HCl, ClONO, Cl, HOCl Kutuplardaki stratosferik bulutlar (PSCs) Tür 1 Nitrik asit ve suyun yüksek miktarda olması Sülfürik asit içerebilir Partikül boyutları µm aralığındadır Tür Çoğunluğu sudan meydana gelir Partikül boyutları 5-50 µm den büyüktür HCl, ClONO, HOCl, and N O 5 gibi yutak maddelerini absorplar Antartik O 3 İncelmesi Prosesleri Stratosferik Sülfat Aerosolleri (SSA) Sülfatın bir rolü varmıdır? Volkanik patlamalarda üretilir Heterojen faz kimyası için yüzey alanı oluştururlar Kutuplardaki stratosferik bulut (PSC) oluşumu için nüklei görevi yaparlar Mt. Pinatubo Philippines/Pinatubo/Volcano8.jpg Ozon İncelme Trendi (Ozone Depletion Trends) Yüksek ve orta dereceli enlemlerde oluşurlar Orta enlemlerde incelme oranı 1990 larda yavaşlamıştır. Toplam O 3 yok eden maddeler 1994 ten beri troposferde azalma eğilimi göstermektedir. Neden stratosferik ozonun yok olmasını önemsemekteyiz? 8

56 Ozon İncelmesinin Etkileri 1980 den beri stratosferin alt kısımlarında soğuma yılları arasında 0.6 o C/10yıl Yüzey UV radyasyonunda değişme çünkü O 3, 30 nm dalga boyundan az UV nin 99% unu absorblar. UV-A ( nm) UV-B (80-30 nm) UV-B ye maruz kalındığında; Güneş yanığı Katarakt Cilt kanseri Ortak kanserler Melanom Artan UV-B, Kafkasya halkında cilt kanserlerinde artışa neden olur Ozonun İncelme Potansiyeli (ODP) Maddeler tarafından neden olunan ozon incelme miktarını gösteren rakam; CFC-11 kütlesinin etkisi ile karşılaştırıldığında ozonu incelten kimyasalların etki oranı 1. Sınıf Maddeler: ODP değeri 0. olan maddeler. Sınıf Maddeler : ODP değeri < 0. olan maddeler Kimyasal Yaşam Süresi (yıl) ODP GWP CFC-11 (CCl 3 F) CFC-1 (CCl F ) CFC-13 (CF 3 Cl) Halon 111 (CF ClBr) Halon 1301 (CF 3 Br) Halon 40 (C F 4 Br ) Küresel Isınma İklim ve iklim değişikliği Hava- günlük atmosferik değişiklikler İklim- ortalama atmosferik şartlar Havadan daha az değişkendir. Zamanla değişir. Coğrafi bölge şartlarında görülür. Florida,İngiltere ve Arizona da iklim nasıldır? küresel şartlarda da gözlemlenebilir. iklimi etkileyen birincil faktörler nelerdir? Güneşten gelen enerji Dünyanın albedosu (uzaya geri yansıma) Gelen güneş radyasyonunu ve dışarı salınan termal radyasyonu absorblama Yörüngesel Değişiklikler ve İklimsel Farklılıklar Küresel ısınma doğal bir olay mıdır? Eğim:Dünya Ekseninin Eğimi derece arasında değişir yılda tam bir döngü yapar. Mevsimlerin değişimlerinden sorumludur. Salınım(Precession): Dünyanın kendi ekseni etrafında salınması Yıldızların etrafında bir daireyi tanımlar. Döngü 0000 yıl sürer. Yaz ve kış zamanlarını etkiler. Dış Merkezlilik(Eccentricity): Dünyanın güneş etrafındaki yörüngesi (Elips şeklindedir) ; Periyodu yıldır Güneş enerjisinin dağılımını etkiler 9

57 Yörüngesel Değişiklikler ve İklimsel Farklılıklar Dünya tarafından alınan güneş enerjisinin miktarı artış veya azalış göstermez; yalnızca yüzeye nasıl dağıldığı ve mevsimler arasında nasıl dağıldığına etki eder. Buzlanma döngüsüyle ilişkilidir (Milankovitch cycles) Küresel yüzey soğuması periyotları 0,000, 40,000 ve 100,000 yıl olarak belirlenmiştir Buzul çağının habercisi ( Pacemakers of ice ages) Güneş Radyasyonunda Farklılıklar Güneşten gelen ışınımı miktarının sabiti; 1370 W/m /sn Güneş lekesi (sunspot) döngüsünün kısa dönemli ( karanlık, güneşteki soğuk bölgelerle ilişkili) değişiklikleri. Güneş lekesi(sunspot) döngüsü sırasında peakten peake değişiklikler(peak to peak variation) = 0.08 % Küçük buzul çağı yüzyıl Sera Gazı Etkisi ve Küresel Isınma Kızıl ötesi ışınları yayarken gelen güneş ışın enerjisinin (kısa dalgalar) dünyanın yüzeyine girmesine izin verir. Sera Gazları Birincil CO, su buharı Diğer CH 4, N O, Troposferik O 3, CFCs, perfluorocarbons, sulfur hexafluoride Uygun olan konsantrasyon nedir? Mars Dünya Venüs Sera Gazları Yüzey sıcaklığı. 00 K Yüzey sıcaklığı. 81 K Yüzey sıcaklığı 76 K 97% CO 10

58 Atmosferik CO Konsantrasyonundaki Değişiklikler Atmosferik CO Konsantrasyonundaki Değişiklikler Antartika Buz Çekirdeği Atmosferik CH 4 Konsantrasyonundaki Değişiklikler Sera Gazları Emme Kapasitesi (Emissivity) Atmosferin termal enerjiyi uzaya salma kabiliyeti Kızılötesi spektrumlarında değişiklik gösterir Atmosferik pencere Antartika, Law Dome buz çekirdeklerinden elde edilen veriler ve Cape Grim hava örnekleri. Metan konsantrasyonu yılları arasında 10% lik hızlı bir artış göstermektedir. Şekil 1.5 CH 4, N O, CFCs 11

59 Işınım Kuvveti (Radiative Forcing) Dünya atmosferine ulaşan net ışınım enerjisi atmosphere Pozitif dünyayı ısıtır Negatif dünyayı soğutur Sera gazları pozitif etkide bulunur ve ısınmaya neden olur. Aerosoller Sülfatlar? Duman (soot) (elemental karbon)? Mt. Pinatubo, Filipinler deki volkanik patlamadan kaynaklanan sülfat aerosolleri visibleearth.nasa.gov/atmosphere/aerosols/sulfate_particles.html Işınımsal Etkilik/Küresel Isınma Potansiyeli Işınımsal Etki: CO ile ilgili termal enerjiyi absorblama yeteneği Küresel Isınma Potansiyeli (GWP): Gazların absorbsiyon spektrumuna ve dünyanın emisyon spektrumuna bağlıdır. Hangi türler daha etkilidir? Sera gazları ile ilgili olan ışınımsal kuvvet 18. yy dan beri.43 W/m 1.46 => CO 0.48 => CH => halokarbonlar 0.15 => N O 0.35 => troposferik O dan -1.0 => sulfat aerosolleri => elemental karbon İklim Değişikliği İçin Kanıt Küresel yüzey sıcaklığındaki artış Ortalama gece sıcaklığındaki artış(~0. o C/10yıl) Okyanus yüzey sıcaklığındaki artış (~0.05 o C/10yıl) 1

60 İklim Değişikliği İçin Kanıtlar Kuzey yarımkürede orta enlemlerden yüksek enlemlere doğru artan yıllık çökelme Geçen çeyrek yüzyılda kuzey yarımkürede nemin artması Kuzey yarımküredeki orta enlemli kıtasal alanlardan yüksek enlemli alanların üstündeki bulut tabakasında artış. Geçen yüzyılda deniz seviyesinde 10-0 cm değişmesi sofia.usgs.gov/.../coastal/flbay/decline.html Kar tabakası ve buzullardaki azalma Kuzey kutbundaki buzulların azalması Biyolojik değişimler Buzulların erimesi İklim Modelleri Fizik kurallarına bağlı matematiksel eşitlikler Aşağıdaki gibi düzensizliklere verilen tepkilerdeki değişiklik tahminleri Bir veya daha fazla sera gazının artması Güneş ışınımlarındaki artış Albedo daki artış Gelişim ve iyileştirmedeki devam eden süreç Atmosferin, okyanusların, kara yüzeyinin, kar ve buz bütünlüğünün ve biyosferin alt modellerini içerir. İklimi kıtasal ölçekte ve mevsimlerden yıllık periyotlara simule eder. Bulutlar/nem değişimleri belirsizliklerin kaynağıdır. 0 th yüzyılda sera gazları ve sülfatların öncülüğünü yaptığı ısınma eğiliminin iyi bir şekilde kaydının tutulması. Gelecekle İlgili Tahminler Küresel Isınma Belirsizlikleri Meteoroloji balonlarında elde edilen düzensiz stratosferik sıcaklık profilleri ve uydu ölçümleri Model ve gözlemlerden elde edilen iklim değişkenlik tahminleri Solar ve volkanik zorlamanın yeniden yapılanması Aerosollerin ve bulut tabakasının etkileri Aynı ışınımsal zorlama potansiyelinin farklı modellere verdiği tepki farklılıkları Isınmanın bulut oluşumu, dağılımı ve karakteristiklerini arttırması Model tahmininin doğruluğunu neler etkiler? Aşağıdaki gibi bazı değişiklikler küresel ısınmadaki tahmin edilen artışı etkileyebilir Bulut tabakasının ince bir hat halinde yayılıp güneş ışınlarını uzaya geri yansıtması atmosferin soğumasına sebep olur Bulut tabakasının saçak halini alması ile atmosferdeki ısı absorbe edilir. 13

61 Küresel Isınma Belirsizlikleri Geri besleme mekanizmaları Artan buharlaşma sera etkisini yükseltebilir. kar/buz azalması ile albedonun da azalması küresel ısınmayı arttırabilir. Daha sıcak okyanuslardaki çözünmüş CO nin azalması ile sera etkisi artar. Donmuş tundralardan salınan CH 4 küresel ısınmayı arttırabilir. Çevreye İstenmeyen Etkiler İklim değişikliğine sistemin hassaslığı Su kaynakları Tarım ve ormancılık Sahil bölgeleri ve deniz sistemleri İnsan yerleşim alanları Biyolojik topluluklar Future_Change_Gallery Özet 14

62 11/7/01 Hava Kirliliğinin İnsan Sağlığı Üzerine Etkileri Godish Bölüm 5 ve Online Solunum Sağlık Modülü ( Ek Kaynak: EPA Giriş Maruz kalınma metotları Hava Kirletici Kriterleri: Gözden Geçirme: CAA (Clean Air Act) kriterlerinden NAAQS (National Ambient Air Quality Standards) Birincil standartlar İkincil standartlar Tehlikeli Hava Kirleticiler: 1990 CAA düzenlemesi ile tekrar gözden geçirilmiştir. Diğer önemli sağlık halleri Biyoaerosoller, tedavi amaçlı olanlar Maruz Kalma Solunum sistemi Kronik Akut Hava kirliliği olayı Bölgesel durumlara bağlıdır Epidemiyolojik çalışmalar Çevresel faktörler ve hastalıklar arasındaki istatistiki ilişki Çetin ortamlar Zehirli çalışmalar Kirleticilerin birbirleri ile etkileşimleri Smog olayı, NYC, 1963 Ulusal Arşivler, Chester Higgins tarafından resm edilmiştir. Nefes alma ile/ deriden solunum Solunum sistemiin 3 kısmı Nazofaringeal (HAR) Trakeobronşiyal (TBR) Pulmoner alveolar (GER) Akciğerler- Giriş Kısmı Amaç GER SA > 75 m 1

63 11/7/01 Solunum sistemi Doğal koruma mekanizması Nazofaringeal(HAR) Trakeobronşiyal (TBR) Mukosiliyer merdiven (mucociliary escalator ) Bronşitlerde Daralma (Bronchial constriction) Pulmoner alveolar (GER) Makrofajlar (fagositoz) Siliyer hareketi yok (No ciliary action) Soru: Neden pulmoner-alveol bölgesi daha fazla doğal koruma mekanizmasına sahiptir? Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde Askıda kalan çok küçük katılar/sıvılar Nedenler: materyallerin taşınması, yanma prosesleri, gaz dönüşüm reaksiyonları Ana Kaynaklar: Kirletici Partikül Madde (PM10) Partikül Madde (PM.5) Birincil Std. İptal Edildi Ortalama Zamanlar Yıllık (Aritm. Ortalama) 150 µg/m 3 4-hour 15.0 µg/m 3 Yıllık (Arit. Ortalama) 35 µg/m 3 4-saat İkincil Std. Birincil İle Aynı Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde İki olası yol (fate) Etki eden iki faktör; Aerodinamik özellikler Fizyolojik davranışları Çökme Metotları Nesne Sıkışması (Impaction) Engelleme (Interception) Difüzyon (Diffusion) Elektrostatik Çekim (Electrostatic Attraction) Yerçekimi ile çökelme (Gravitational Settling) Büyük partiküller ve küçük partiküller için hangi mekanizmalar işe yarar?

64 11/7/01 Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde En büyük katkısı olanlar (Major contributors) Nesne Sıkışması 1.html Brownian difüzyonu d p 0.5 µm partiküller için çoğunlukla etkili d p 3 µm partiküller için çoğunlukla etkili PM.5 mevzuatları HAR veya TBR de birincildir Görsel örnek: Görsel örnek: Yerçekimi ile çökme 3-5 µm (V TS d ar ) Bronş hava yollarında merkezden uzak/yatay bölgeler Görsel örnek: n04-.html Asgari etki Elektrostatik Çekim Engelleme Partikülleri gererek uzatır Görsel örnek: n04-4.html d p < <d p <1 d p >PM.5 DF=Toplam DFHA=Başlıca Yollar DFTB=trakeobronşiyall DFAL=Alveolar bölge Neden 0.1 ve 1 µm aralığında çökelme de bir iniş gözlemlenir? Bunun burundan nefes alma olduğunu varsayın. Ağızdan yapılan solunumda bu grafik nasıl değişirdi? Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde Sağlık Etkileri Hırıltılı solunum ve öksürme Wide Range Kalp krizleri ve ölüm Toplam Askıda Partiküller(TSP :Total Suspended Particles) SO varlığında, TSP ile hastane ziyaretlerinde karşılaşılan bronşit, astım, anfizem, zatüre vekalp hastalıkları arasında direkt korelasyon vardır. PM nedeniyle yaklaşık 60,000 ölüm (AHA) PM seviyesinde her 10 mg/m 3 artış için ölümcül hastalıklarda 1% oranında artış (AHA) Aynı durum için solunumunda3.4% e kadar artış (AHA) Kardiyovasküler hastalıklarda 1.4% e kadar artış (AHA) Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde PM 10 (<10 µm, kaba (.5-10 µm) ve ince partiküller) HAR(nasal-pharangycal) da çökelen büyük her madde PM.5 (<.5 µm, ince partiküller) Alveolar/gaz değişim bölgesinde en ciddi hastalık etkisi Mevzuatta bu konuya odaklanılmıştır Kimyasalları adsorblayabilir ve etkilerini yoğunlaştırır. Zehirli yada kanser yapıcı- pestisitler, kurşun, arsenik, radyoaktif materyaller PM.5 da herbir 10 µg/m 3 artış için 8% akciğer kanser riski artışı olur 3

65 11/7/01 Hava kirleticileri Kriterleri: Partikül Madde Astım Amerika da hergün 14 kişi astımdan ölmektedir. 0 yıl öncesine göre 3 kat daha fazla bir oran Artan sağlık hizmetleri giderleri Partikül episodları Inversionlar (resmi olarak kapatıldı) SO bulunması durumlarında 1930: Meuse Vadisi, Belçika- 60 ölüm 1948: Donora, PA- 0 ölüm 195: Lethal London Smog - 1,000 ölüm Hava kirleticileri Kriterleri Karbon Monoksit Renksiz, kokusuz, tadı olmayan gazlar Sessiz katil (Silent Killer) Özet Nedeni:eksik yanma Kaynakları:taşıma sektörü, enerji üretimi, merkezi ısıtma sistemleri, bazı endüstriyel prosesler NAAQS (National Ambient Air Quality Standards) tarafından çevresel bir konu olarak gösterilmiştir. OSHA (Occupational Safety and Health Administration) tarafından 8 sa periyotta 50 ppm ortalama Kirletici Birincil Std. Ortalama Zaman Karbon Monoksit 9 ppm 8-sa Yok (10 mg/m 3 ) 35 ppm 1-sa Yok (40 mg/m 3 ) İkincil Std. Hava kirleticileri Kriterleri Karbon Monoksit Hava kirleticileri Kriterleri Karbon Monoksit Kandaki hemoglabinle reaksiyona girer oxyhemoglobin (HbO ) den daha çok carboxyhemoglobin (HbCO) oluşur Okisjen transferini engeller İnsanlarda toksik etkiler Düşük seviye: kardiyovasküler ve sinirsel Yüksek seviye: başağrısı/mide bulantısı/ yogunluk ile olası ölüm Özellikle savunmasız kişilerde oksijen yetersizliği ( anemi, kronik kalp veya ciğer hastalıkları, sigara içenler) Sigara içilmesi: ppm; sigara kullananların kanında 5-10% HbCO bulunurken içmeyenlerde % oranındadır. CDC CO Poisoning Özellikle evlerle ilgili maddedir- CO dedektörü kullanmak evlerde önemlidir! Evlerde iç hava mevzuatı yoktur >70 ppm grip benzeri semptomlar (ateş olmadan) ppm yönelim bozukluğu, uyuşukluk, kusma >300 ppm bilinç kaybı, beyin hasarı, ölüm Heryıl Amerika da 500 kişi CO zehirlenmesinden ölmektedir CO zehirlenmesinin olası kaynakları nelerdir? Tedavi: temiz hava, oksijen terapisi, basınç odası Parrish Medical Center services/wound_hyperbaric.cfm 4

66 11/7/01 Hava kirleticileri Kriterleri: Ozon Nedeni: fotokimyasal reaksiyonların ürünüdür. Kaynakları: araçlar, güç tesisleri, yanma, kimya endüstrisi Akut Sağlık Etkileri Şiddetli KBB (kulak/burun/boğaz) tahrişi 100 ppb de göz tahrişi Akciğer fonksiyonları ile girişim yapar ppm de öksürme Kronik Sağlık Etkileri Neden ozonu atıksu arıtımında dezenfektan olarak kullanırız? Tekrardan iyileşme şansı olmayan, hızlanmış akciğer hasarı Hava kirleticileri Kriterleri: NOx Nedeni: yüksek sıcaklıklarda yakıt yakılması Kaynakları: sabit ve hareketli yanma kaynakları Maruz kalma süresi uzadıkça; akciğer fibrozisi, anfizem ve yüksek derecede LRI (alt solunum yolu hastalıkları) Toksik etkiler ppm de olur. Burun ve göz kaşıntısı Akciğer dokusu zedelenmesi Akcüğerde ödem (Şisme) Bronşit Savunma mekanizması Zatürre Kalp hastalıklarını güçlendirme Hava kirleticileri Kriterleri: SOx Hava kirleticileri Kriterleri: Kurşun (Pb) Nedeni; sülfür içeren yakıt yakılması Kaynak; Elektrik güç istasyonları, dizel kamyonlar Gaz ve partikül fazı Çözünebilir ve solunum sistemi ile absorbe edilir Maruz kalındığında kısa zamanlı hastalıklar görülür Bronkokonstriksiyon (Bronchoconstriction) geçici nefes alma zorluğu KBB (kulak/burun/boğaz) tahrişi Mukus salgısı Uzun dönem maruz kalma Solunum yolu hastalıkları Kalp hastalıklarını güçlendirme PM varlığı etkisini arttırır Londra probleminde her ikisi de etkiliydi Kaynakları: kurşun içeren yakıtların yakılması(aşamlı olarak durduruldu), metal işleme, yakma fırınları Kana absorbe olur; kalsiyumla benzer Kan, kemik, kaslar ve yağda birikir Zarar gören organlar; böbrekler, karaciğer, beyin, üreme sistemi, kemikler (osteoporoz) Beyin ve sinir sistemi; felç, zeka geriliği, davranış bozukluğu, hafıza problemleri, ruh durumu değişmesi Gençlerde; düşük IQ, öğrenme güçlüğü Kalp ve Kan; yüksek kan basıncı ve artan kalp hastalıkları Kronik zehirlenme olasılığı Queensland Government Environmental Protection Agency al_management/air/air_quality_monitor ing/air_pollutants/airborne_lead / 5

67 11/7/01 Hava kirleticileri Kriterleri : Hava Kalitesi İndeksi (AQI) Bölgesel hava kalitesini saptamak için bir yol var mıdır? (Önceden Kirletici Std İndeksi) 6 kriter kirleticinin hava kalitesine sayısal oranlama yapar (TSP, SO, CO, O 3, NO, and TSP*SO ) API Değeri Hava Kalitesi Tanımı 0-50 İyi Orta Sağlıksız Çok Sağlıksız 300 API: Hava Kirliliği İndeksi Tehlikeli 6

68 11/7/01 Hava kirleticileri Kriterleri : Hava Kalitesi İndeksi İndeks Değeri Herbir kirletici için alt indeksleri hesaplama ile başlayın Alt indeks; parçalara ayrılmış lineer fonksiyon 8 sa CO için 9 mg/m 3 değerine göre alt indeksi hesaplayın Toplam Hava Kirliliği İndeksi (API) tüm alt indekslerin toplamının maksimum olmasıdır. 4 sa TSP mg/m 3 4 sa SO mg/m 3 TSPxSO (mg/m 3 ) 8 sa CO 8 sa O 3 1 sa NO mg/m 3 mg/m 3 mg/m N/A 0 0 N/A N/A N/A N/A N/A , , , , Hava kirleticileri Kriterleri : Hava Kalitesi İndeksi Soru: 7 mg/m 3 CO (8 saatlik ortalama), 300 µg/m 3 TSP (4 saatlik ortalama), ve 300 µg/m 3 SO (4 saatlik ortalama) konsantrasyona sahip hava için PSI yı hesaplayan ve sözlü olarak ifade edin. Hatırlatma: İyi (0-50); Orta (51-100); Sağlıksız ( ); Çok Sağlıksız (00-99); Tehlikeli (>300) Değer 4 sa TSP 4 sa SO TSPxSO mg/m 3 mg/m 3 (mg/m 3 ) 8 sa CO 8 sa O 3 1 sa NO mg/m 3 mg/m 3 mg/m N/A 0 0 N/A N/A N/A N/A N/A , , , , Zararlı Hava Kirleticileri (HAPs): Cıva Zararlı Hava Kirleticileri (HAPs) : Dioksinler Elemental Hg buhar olarak solunur ve akciğerlerce absorbe edilir. Nedeni: Buharlaşan Cıva Kaynaklar: kömür yakılması, kazara dökülme, madencilik Etkileri: Sinir sistemi (akut, yüksek), solunum sistemi (kronik, düşük), böbrekler, deri, gözler, bağışıklık sistemi; mutajenik özellikler Semptomlar Akut: ürpeti,üşümek, bulantı, kusma, göğüs ağrısı, öksürük, gingivit,halsizlik Kronik:güçsüzlük, yorgunluk, kilo kaybı, titreme, Chronic: weakness, fatigue, weight loss, tremor, davranış bozukluğu Doğada yüksek derecede kalıcı olan birkaç kimyasalın türemiş hali chlorinated dibenzo-p-dioxins (CDDs) chlorinated dibenzofurans (CDFs) polychlorinated biphenyls (PCBs) Nedeni: klor bazlı bileşiklerin hidrokarbonlara yanması Kaynakları: yakma fırınları,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin dioxin,3,7,8-tetrachlorodibenzofuran 3,3',4,4',5,5'-Hexachlorobiphenyl 7

69 11/7/01 Zararlı Hava Kirleticileri (HAPs) : Dioksinler Viktor Yushchenko nun dioksin zehirlenmesine maruz kalmadan önceki ve sonraki fotoğrafları Değişken zehirlilik özelliği Yüksek dozda maruz kalınmalarda problem olur Düşük dozda maruz kalınmalarda etkisi tam bilinmemektedir Sağlık etkileri Kanser yapıcı Bir kısmının insanda kanser yaptığı bilinir (,3,7,8 tetrachlordibenzo-pdioxin, TCDD) Diğerlerinin ise sonuç olarak insan da kansere sebep olduğu bilinir Tekrarlayıcı ve sürekli gelişen sağlık etkileri vardır Chloracne (klorlu hidrokarbonların neden olduğu deride akneye benzer döküntülerle beliren hastalık) Diğer Aerosoller: Bioaerosoller Diğer Aerosoller: Bioaerosoller Mechanical aeration in oxidation ditch at UF WWTP Organik kökenli aerosoller Cansız: polen, kepek, böcek pisliği, deniz tuzu Canlı: mikroorganizmalar Nedeni: organik materyalin aerosol haline gelmesi Kaynaklar: İnsan: hapşırmak, öksürmek İnsan dışında: rüzgar, dalgalar, atıksu artıma tesisleri Sağlığa etkileri: polen alerjileri patojenik organizmalar nedeniyle ölüme sebep olur. Paojenik en az bulaşıcı doz Alerjiler Polen, kepek, mantar (sporlar) Hastalığın hava yoluyla bulaşması Kuş grıbi, SARS (ağır akut solunum yolu yetersizliği sendromu), Lejyonella (zatürre) İç Ortam Hava Kalitesi Havalandırma sistemleri nemli hava kanalları, ruma moist ductwork, protection, koruma, geri dönüştürülen hava (recycled air) Ofis Binalar hasta bina sendromu Hastane (hastane enfeksiyonu) Biyolojik Savaş Şarbon, Ebola Virüsü Morning Glory Pollen SEM University of West GA Microscopy Center 8

70 11/7/01 Diğer Aerosoller: İyileştirici Uygulamalar (Medicinal Applications) Amaç olarak tıbba uygulananlar Akciğerlerin giriş kısmı için avantaj (GER ince membran alveoller) Astım Solunum cihazı (Inhaler) Diabetliler Pfizer, insülin kullanır 9

71 11/7/01 Denge & Kinetikler Denge & Kinetik Denge Denge Sabiti Serbest Enerji Isının Etkisi Kinetikler Reaksiyon Mertebesi (1. derece,. derece ve pesudo 1. derece) Hava Kirliliği Reaksiyonları Yaşam süresi, yarılanma süresi Isının Etkisi (Arrenhius Denkliği) Şu şekilde bir reaksiyon düşünelim: Denge Sabiti aa + bb cc + dd a b ileri hiz sabiti = k [A] [B] c d geri hiz sabiti = k [C] [D] a b k f [A] [B] = K eq k = k f b b b f c d k [C] [D] c d [C] [D] = a b [A] [B] Denge sabiti Tanımlar: İç Enerji, U: kapalı bir sistemde moleküllerin hareketine (ötelenme hareketi, dönel ve titreşimsel hareket) bağlı olan kinetik enerjinin toplamıdır. Entalpi veya ısı içeriği, H: sabit koşullarda kapalı termodinamik bir sistemden elde edilebilecek yararlı işi hesaplamada kullanılan termodinamik potansiyeldir. Gibbs serbest enerjisi, G: başlangıç durumu belirli olan bir madde için hacmini arttırmadan yada ısının geçişine veya dışarıdan geçmesine izin vermeden elde edilen azami mekanik iş miktarı. H = U + PV G = U + PV TS = H TS Standart Hal: belirli sıcaklık ve 1 atm basınçta saf malzemenin hali o Standart serbest enerji ve oluşum G f : kendi bileşen elementlerinden standart halde 1 mol tür oluştuğunda enerji değişir. o Standart entalpi oluşumu H f : kendi bileşen elementlerinden standart halde 1 mol tür oluştuğunda sıcaklık değişir. 1

72 11/7/01 Gibbs serbest enerjisi ve denkliği (Gibbs free energy and equilibrium) Şu şekilde bir reaksiyon aa + bb cc + dd düşünelim: o o o Reaksiyonun Gibbs serbest Gr = G f G products f enerjisi G c d [C] [D] Q = a b [A] [B] G r G r r = G o r + RT lnq Dengede değil ise Dengede; G r = 0 G < 0 > 0 o r = RT lnk Reaksiyon ileri yöne doğrudur Reaksiyon geri yöne doğrudur eq K eq Gr = exp RT reactants o Denge Örnek : Nitric oxide (NO) in nitrogen dioxide (NO) e oksijen 5 C de iken dönüşümü için denge sabitini, Keq, hesaplayınız. NO + 1 O NO Bileşen G f (@98 K) H f (@98 K) NO kj/mol kj/mol. O 0 0 NO 51.9 kj/mol kj/mol. Van t Hoff Eşitliği Sıcaklığın K eq ya Etkisi Sıcaklığın K eq ya Etkisi Egzostta Denge Halinde NO ve NO Konsantrasyonları o H r K H ln = K1 R o H r 1 T1 T o r 1 - Reaksiyonun entalpisi nin istediğimiz sıcaklıkta değişmediğini kabul ederiz 1. Nitric oxide (NO) in nitrogen dioxide (NO) e oksijen 35 C de iken dönü şümü için denge sabitini, Keq, hesaplayabilir misiniz?. Reaksiyon yüksek sıcaklık için mi yoksa düşük sıcaklık için mi uygundur? NO ve NO nin denge konsantrasyonları için tablodan ne söyleyebilirsiniz?

73 11/7/01 Reaksiyon Mertebesi Kinetikler aa + bb + cc + Ürünler a b c Rxn Hizi = k [ A] [ B] [ C] Rxn derecesi = a + b + c + L A B Birinci Dereceden Reaksiyon ln [A] k d[ A] kt = k[ A] [ A] = [ A] 0e dt İkinci Dereceden Reaksiyon A + A C A + B C d[ A] = k[ A] dt 1 1 [ A] [ A Pseudo Birinci Derece Reaksiyon ] 0 Deneysel verilerle reaksiyon mertebesi nasıl hesaplanır? = kt 1/[A] A + B C d[ A] = k[ B][ A] = k'[ A] [B] >> [A] olduğunda dt k t t Hava Kirliliği Kimyası Işıkla Ayrışma (veya Fotoliz) Reaksiyonları A + hν ürünler NO + hν NO + O [ A] t = [ A] 0 e khvt Reaksiyonun derecesi nedir? Yaşam süresi, τ, bir bileşiğin başlangıç konsantrasyonundan 1/e konsantrasyona ulaşması için geçen toplam süredir Yarılanma süresi, t 1/, bir bileşiğin başlangıç konsantrasyonun yarısı konsantrasyona ulaşmasına kadar geçen süredir. Hız sabitinin bir fonksiyonu olarak fotoliz reaksiyonu için yaşam süresi ve yarılanma süresini nasıl açıklarsınız? Hava Kirliliği Kimyası Aktivasyon Enerjisi (E a ) ve Kataliz Bileşiklerin atmosferik oksitleyiciler ile reaksiyonları A + Oksitleyici Ürünler Reaksiyonun derecesi nedir? Atmosferik oksitleyici ile reaksiyona bağlı kalarak bir bileşiğin yaşam süresini nasıl ifade edersiniz? Kirlenmemiş atmosferde oksitleyicilerin konsantrasyonu Türler Kons. (molekül cm -3 ) OH NO O Propenin OH ile 1 atm basınç ve 98 K sıcaklıkta reaksiyon hız sabiti cm 3 molekül -1 s -1 dir. Propenin OH ile uzaklaştırılmasına bağlı yaşam süresi nedir? 3

74 11/7/01 Temperature Effect on Reaction Rate Aktivasyon Enerjisi Hesaplama Arrenhius Eşitliği E = a k Aexp RT k = Reaksiyon hız sabiti (gerçek bir sabit midir?) A = Sıklık faktörü (Frequency factor) E a = Aktivasyon enerjisi (herzaman +) R = İdeal gaz sabiti T = Gerçek sıcaklık E = a k Aexp RT T fonksiyonu için k ya göre veriler toplama k T Ea lnk = ln A RT Sıcaklık arttıkça reaksiyon hızı da artar mı? Temperature Effect on Reaction Rate Özet Denge Denge Sabiti Serbest Enerji Isının Etkisi Kinetikler Reaksiyon Mertebesi (1. derece,. derece ve pesudo 1. derece) Hava Kirliliği Reaksiyonları Yaşam süresi, yarılanma süresi Isının Etkisi (Arrenhius Denkliği) 15 4

75 11/7/01 Yanmanın Temelleri Yanmanın Temelleri Yakıt Yanma Stokiyometrisi Hava/yakıt Oranı Yakıt Fazlalık Katsayısı Yanma Kaynaklı Hava Kirleticiler 11/7/ /7/01 Yakıt Gaz Yakıtlar Doğalgaz Rafineri gazı Sıvı Yakıtlar Kerosen Benzin, dizel Alkol (Etanol) Yağ Katı Yakıtlar Kömür (Antrasit, bitümlü, düşük bitümlü kömür, linyit) Ağaç, odun 11/7/01 3 Yakıt Bazı Yakıtlar İçin Değerler CH 4 C H 6 C 3 H 8 Diğer HC s H S Isıl Değer (wt%) (10 6 J/m 3 ) Doğalgaz (No.1) Doğalgaz (No.) (Elemanter Analiz) C H N O S Isıl Değer (wt%) (10 6 J kg -1 ) Benzin (No.) (Yaklaşık Analiz) Karbon Uçucu Madde Nem Kül Isıl Değer (%) (%) (%) (%) (10 6 J kg -1 ) Antrasit (PA) Bitumlü (PA) Düşük Bitümlü (CO) Linyit (ND) Kütle başına en çok enerji yoğunluğuna hangisi sahiptir? Hepsi aynı şekilde mi yanar? Veriler; Flagan and Seinfeld, Fundamentals of Air Pollution Engineering, 1988, Prentice-Hall. 11/7/01 4 1

76 11/7/01 Oksijenle Yanma C n H m + O CO + H O Cevap Yanma Stokiyometrisi 1. Yukarıdaki denklemi eşitleyebilir misiniz?. Sırası ile metan ve benzenin oksijenle yanma reaksiyonlarını yazınız. m m C n H m + n + O nco + H O 4 CH 4 + O CO + H O C6 6 3 H + 7.5O 6CO + H O 11/7/01 5 Yanma Stokiyometrisi Hava İle Yanma (O = 1%, N = 79%) C n H m + O N ) CO + H O + Cevap ( N 1. Yukarıdaki denklemi eşitleyebilir misiniz?. Sırası ile metan ve benzenin hava ile yanma reaksiyonlarını yazınız. m m m C n H m + n + ( O N ) nco + H O n + N 4 4 CH + N 4 + ( O N ) CO + H O C 7 + N 6H 6 +.5( O N ) 6CO + 3H O Eğer yakıtta O, S, Cl ve diğer elemetler olursa ne olur?. Hangisini kullanmak daha iyidir, O mi yoksa hava mı? 11/7/01 6 Hava/Yakıt Oranı Hava/Yakıt (H/Y) Oranı (Air-Fuel (AF) ratio) HY = m hava / m yakıt m hava = besleme karışımındaki hava kütlesi m yakıt = besleme karışımındaki yakıt kütlesi Yakıt/hava Oranı: YH = m yakıt /m hava = 1/HY Hava/Yakıt Molal Oranı HY mol = n hava / n yakıt n hava = besleme karışımındaki havanın molü n yakıt = besleme karışımındaki yakıtın molü Hava/Yakıt Oranı Zengin Karışım - Gerekenden fazla yakıt (HY) karışım < (HY) stokiyometrik Fakir Karışım - Gerekenden fazla hava (HY) karışım > (HY) stokiyometrik Yanma sistemlerinin çoğu fakir koşullarda işletilir. Bu neden avantajlıdır? Sırası ile metan ve benzen için stokiyometrik yanmada Hava/Yakıt oranı nedir? 11/7/01 7 Metanolün bir motorda yakıldığını düşünün. Gerçek karışımın Hava/Yakıt oranı 0 ise, bu motor zengin koşullarda mı yoksa fakir koşullarda mı çalışmaktadır? 11/7/01 8

77 11/7/01 Yakıt Fazlalık Katsayısı (Equivalence Ratio) Yakıt Fazlalık Katsayısı : gerçek karışımın stokiyometrik durumlardan sapmasını gösterir. φ = ( YH) gercek ( HY ) stokiyo. ( YH) stokiyo. = ( HY ) gercek Metan yanmasının yakıt fazlalık katsayısı Φ=0.8 dir. Yanmada kullanılan fazla havanın (excess air, EA) yüzdesi nedir? Φ arttıkça sıcaklık nasıl değişir? Yanma Sırasında NOx ve CO Oluşumu Termal NOx - Atmosferik N nin yüksek sıcaklıklarda oksitlenmesi N + O NO NO + 1 O NO - Termal NOx un yüksek sıcaklıklarda oluşumu daha uygundur. Yakıt NOx - Azot bileşikleri içeren yakıtların oksitlenmesi CO Oluşumu - Eksik yanma - CO nin yüksek sıcaklıklarda ayrışması CO + 1 CO O 11/7/ /7/01 10 Yanma Kaynaklı Hava Kirleticiler Özet Yakıt Yanma Stokiyometrisi Hava/yakıt Oranı Yakıt Fazlalık Katsayısı Yanma Kaynaklı Hava Kirleticiler Kaynak: Seinfeld, J. Atmospheric Chemistry and Physics of Air Pollution. Hava/Yakıt oranının bir fonksiyonu olarak HCs, Co ve NOx egzostlarının eğilimlerini nasıl açıklarsınız? NOx ve CO emisyonlarını nasıl minimize edersiniz? 11/7/ /7/01 1 3

78 11/7/01 Atmosferik Hareket Rüzgar Basınç Gradyan Kuvveti (PGF) Coriolis Etkisi Siklonlar Atmosferin Genel Sirkülasyonu Atmosferik Hareket Dünyanın yüzeyine gelen enerjinin eşit olmayan dağılımına bağlı olarak Hava/Atmosfer sabit harekettedir. (Air/atmosphere in constant motion due to unequal distribution of energy over earth s surface) Rüzgarlar Genel olarak yatay hareketi tanımlamada kullanılırlar Basınç farklılıklarından dolayı meydana gelirler Akışın yönünü etkileyen faktörler; Basınç gradyan kuvveti (PGF) Coriolis etkisi (CE) Sürtünme Neden eşit değil? Neden rüzgarları önemsiyoruz? Basınç Gradyan Kuvveti Basınç gradyanları ile ilişkili olan kuvvet Gradyanlar; Hava haritalarında isobarlar arasındaki boşluk (eşit basınç alanları) bağlamında tanımlanabilirler. İsobarlar birbirlerine yakın olduklarında dik gradyanlar İsobarlar birbirlerine uzak olduklarında küçük gradyanlar Dik gradyanlarda rüzgar zayıf mı yoksa kuvvetli midir? Coriolis Etkisi Hava kuzeye yada güneye doğru akış halindeyken bariz sapma Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüşüne bağlı olarak Kuzey yarımkürede; kuzeye doğru olan akış NE yönünde sapar Güney yarımkürede; güneye doğru olan akış SW yönünde sapar Fransız matematikçi Gaspard de Coriolis Enlem ve rüzgar hızına bağlıdır ( ) Yüzey Hava Haritası (Surface Weather Map) jrscience.wcp.muohio.edu/.../computermodels.html 1

79 11/7/01 Basınç Gradyan Kuvveti Coriolis Etkisi luna.tau.ac.il/.../chapter3/coriolis_effect.htm Sürtünme Dünya yüzeyi yakınında hava hareketi üzerine bariz etkiye sahiptir. Nedenleri Yüzey pürüzlülüğü Dikey hava hareketi PGF e karşı koyar; rüzgar hızını azaltır ve rüzgarı düşük basınç yönüne çevirir. Rüzgar hızı yükseklikle nasıl değişir? Gece ve gündüz arasında farklılık var mıdır? Neden? Hangi bölgelerde sürtünme daha geniştir? Gezegensel Sınır Tabakası Planetary Boundary Layer (PBL) Atmosferin 1- km alt kısmı Hava hareketi bariz bir şekilde sürtünmeden etkilenir Serbest Troposfer Gezegen sınır tabakasının üzerindedir Sürtünmeden etkilenmez Rüzgarlar denge halinde öncelikle Coriolis Etkisinden ve PGF den etkilenirler. Rüzgar isobarlara paralel şekilde sabit hızda akar Jeostropik denge ve bu sebeplede jeostropik rüzgarlar olarak tanımlanır

80 11/7/01 Siklonlar ve Antisiklonlar Rüzgarın sapması, havanın kabaca dairesel bir modelde akış hareketi izlemesine sebep olur Bu dairesel akış saat yönünde (antisiklonik) ya da saat yönünün tersinde (siklonik) olabilir. Hava haritalarında isobarlar dairesel hareketi, yüksek ve alçak basınç hücreleri olarak tanımlar Hava isobarlara doğru kavisli bir şekilde paralel akış hareketi yapar Bu durumla ilgili rüzgarlar gradyan rüzgarları olarak adlandırılır. PGF ve CE nin birleşik etkisi neden olur Kuzey yarımkürede hava akışı, alçak basınç sistemlerinde saat yönünün tersinde & yüksek basınç sistemlerinde saat yönündedir Güney yarımkürede tam tersi durum hakimdir Neden? high%0and%0low%0pressure.jpg Alçak Basınç Sistemi Hava içe doğru (birleşen), yukarı ve dışa doğru (ayrılan) şekilde akar Kuzey yarımkürede siklonik akış vardır Kararsız hava kütlesini temsil eder Bulutlu, fırtanalı ve çökelmenin olduğu durumlarla karakterize edilir Neden? weaimages/low_pressure.jpg Yüksek Basınç Sistemi Hava aşağı doğru (çöken) ve dışarı doğru (ayrılan) şeklinde akar Kuzey yarımkürede antisiklonik akış vardır Hava çöktükçe sıkışır ve aşağıda sıcak hava tabakasının oluşmasına sebep olur Açık gökyüzü, çökelme olmayan, düşük rüzgar hızları ve stabil durumlarla karakterize edilir Neden çökelme yok? ther/weaimages/evaporat.gif weaimages/high_pressure.jpg Alçak ve Yüksek Basınç Sistemleri Kesit çapı km arasındadır Göçebe yapıya sahiptirler Sıcak enlemlerde tropikal & kutupsal havadan etkilenirler. Orta enlemlerde batıdan doğuya hareket eder Ortalama ömürleri 1- haftadır 3

81 11/7/01 Küresel Hava Sirkülasyonu 3 bölge modeli ile en iyi şekilde tanımlanırlar Ekvatorda hava kutuplara doğru akış halindedir ve 30 o N & S enleminde alçalmaya başlayarak yüzey boyunca tekrar ekvatora doğru akar Kutuplardan ekvatora doğru yüzey boyunca hareket eden soğuk hava ısınır ve kutuplara doğru yükselir Bu akışlar Hadley tipi akış olarak bilinir Orta enlemlerdeki hava sadece zayıf N-S sirkülasyon modeli oluşturur. Bunun nedeni tropikal ve kutupsal havanın araya girmesidir Çöller genelde 30 o enlemlerindedir, neden? Jet Akımları 3 bölge modelindeki sirkülasyon hücreleri ile ilişkilendirilen kesikliliklerle oluşur Üst troposferde (7.5-1 km) hızlı hareket eden hava sistemleri Havada kuvvetli basınç gradyanları oluşturan yüzeydeki kuvvetli basınç farklılıklarının sonucu olarak oluşurlar Kutup cephesi ile ilişkili orta enlemlerin üzerinde kutup jet akımları oluşur earth/woes_01_img0095.jpg Jet Akımları Kuzey kutbu jet akımları, kutup cephesinin hareketi ile dolanıp durur Kış aylarında 30 o N gibi güney uzaklıklara genişleyebilir Yazları ortalama pozisyonu 50 o N Bu hareketinden dolayı orta enlem jet akımı olarak tanımlanır Yarı-sürekli jet akımları kışın dönence üzerinde oluşur Kutup jet akımlarından yavaştır 5 o N civarı merkezlidir Jet Akımları Önemlidir çünkü yüzey hava akış profilini ve havayı etkilerler Yer yüzeyi yakınlarında ve siklonik harekette birleşmeyi teşvik eden havada bir ayrılmaya neden olurlar Fırtına sistemlerine enerji sağlarlar ve bu sistemleri yönlendirirler Ayrıca yüksek basınç sistemlerini yoğun hale getirerek havada birleşmeye neden olurlar Neden hava kalite mühendisleri jet akımları ve hava sistemlerini önemserler? rst.gsfc.nasa.gov/sect14/sect14_1c.html 4

82 11/7/01 5

83 11/7/01 1 Atmosferik Dispersiyon & Taşınım Genel Bakış Rüzgarlar Türbülans Ortam Stabilitesi & İnversiyon Duman Yüksekliği & Taşınım Duman Karakteristiği Uzun Mesafe Taşınım Gezegensel Taşınım 11/7/01 Yutak Olarak Atmosfer Volkanlar ve diğer doğal kaynaklardan gelen kirleticiler İnsan aktiviteleri sonucu oluşan kirleticiler Ateşin icadından günümüze olan süreç Eksik yutak: uzağa taşınım için yetersizlik (taşınım), seyrelme (dispersiyon) ve kirletici uzaklaştırma ( birikim) Yerel ve bölgesel aşırı yük Örnekler? Topoğrafik engeller Hava hareketi ölçeği Atmosferik stabilite ve inversiyon Atmosferik kimyasal reaksiyonları 11/7/01 Dispersiyon ve Taşınım Taşınım hava hareketleri kirleticiyi atmosferin bir bölgesinden diğerine taşır. Dispersiyon kirleticileri havayla karıştırma Yeryüzeyine Yakın Sınır Tabakası (Planetary Boundary Layer) (PBL): kirleticiler ilk olarak buraya salınırlar PBL birkaç ay çok iyi karışır PBL nin derinliği nedir? Kısa zaman ölçeklerinde kirletici karışımı atmosferik durumlardan dolayı kısıtlanır PBL nin üzerinde Serbest Troposferde hava relatif stabildir Hava Hareketinin Ölçeği 3 11/7/ /7/01 1

84 11/7/01 Rüzgar Rüzgar Rüzgarı tanımlamada kullanılan iki bileşik nedir? Rüzgarın etkilendikleri: Yatay basınç gradyanları Yatay sıcaklık gradyanları Yüzey pürüzlülüğüne bağlı sürtünme Şekil 3.1 Rüzgar profillerinin maks. Yüksekliği yüzey pürüzlülüğünün bittiği ve gradyan rüzgarlarının başladığı yeri gösterir Yer seviyesinde rüzgar hızı ölçülür mü? Emisyon üzerine rüzgarın etkisi: dumanın seyrelmesi Rüzgar hızını iki katına çıkarma kirletici seviyesini 50% azaltır Rüzgar seyreltmesi kentsel alanlarda mı yoksa kırsal alanlarda mı daha etkilidir? Rüzgar Yönleri Hakim akışlar (Anti-)Siklonik akışlar Topoğrafya etkisi Vadilerde Deniz boyunca ve göl kıyılarında Meteoroloji İstasyonu /weather_station.htp 5 11/7/ /7/01 Vadide Rüzgar Deniz/Kara Esintisi ve Sirkülasyonu Gece rüzgar yönü nedir? Gündüz nedir? Deniz esintileri iç kısımlarda uzun mesafe devam eder mi? Gece rüzgar yönü nedir? Gündüz nedir? 7 11/7/ /7/01

85 11/7/01 Rüzgar Gülü Rüzgar hızı ve yönü hayli değişkendir Vadi Kara-Deniz 164/70 = 3% 16/70 =.%, 4/70 = 3.3%, 70/70 = 9.7% 9 11/7/ /7/01 Gainesville in Aylık Rüzgar Gülü Gainesville de ana rüzgar yönü nedir? Rüzgar değişkenliği bölgesel hava kalitesinde nasıl etki yapar? Ya da sürekli ise nasıl etkiler? Türbülans Rüzgar hızını belirleyen (stabil olmayan), kısa zaman aralıklarında hava hareketlerinin oluşturduğu dairesel anaforlar Mekanik Türbülans: Yapı/bitki örtüsü etrafında hareket eden havadan kaynaklanır Rüzgar hızı ile artar Yüzey pürüzlülüğünden etkilenir Termal Türbülans: Dünya yüzeyinin ısınma/soğumasından kaynaklanır Akışlar tipik olarak dikey yöndedir Yukarı yönde metre konveksiyon hücreleri Türbülansın kirliliğe etkisi nedir? Hava kirliliğinde Türbülans istenen bir şey midir? 11 11/7/ /7/01 3

86 11/7/01 Atmosferik Stabilite Yüzey yakınında hareket eden/etmeyen havayı tanımlar Dikey sıcaklık gradyanları ile karakterize edilir (Lapse Oranı) Kuru adyabatik lapse oranı (Γ) = o C/100 m ~ 1 o C/100 m Uluslar arası standart lapse oranı = o C/m Yükselirken olan değişimle aynı şekilde kuru hava ve nemli hava için geniş sıcaklık değişimi var mıdır? Neden? Termodinamiğin Birinci Kanunu = 0 for adiabatic expansion 1 dq = dh υdp = C pdt dp ρ Barometrik Denklik dp = ρg dz 1 C pdt = dp = gdz ρ dt dz = g C p Lapse Oranı 13 Lapse oranının hava kalitesi ile ilgisi nedir? 11/7/01 14 Eğer C p = m /s -K ise, dt/dz nedir? Eğer C p = m /s -K olursa sonuç ne olur? (Kuru ve nemli hava için) 11/7/01 Adyabatik lapse oranı Çevresel lapse oranı Stabilite Şartları Süperadyabatik Lapse Oranı (Kararsız) Sıcaklık azalması -10 o C/km den büyüktür Güneşli günlerde meydana gelir Yoğun dikey karışım ile karakterize edilir Mükemmel dispersiyon koşulları 15 11/7/ /7/01 4

87 11/7/01 17 Nötral Lapse Oranları Sıcaklık azalmaları adyabatik lapse oranındakiyle benzerlik gösterir Aşağıdaki durumlardan kaynaklanır: Bulutlu durumlar Artan rüzgar hızları Gündüz/Gece sıcaklık geçişi İyi dispersiyon koşullarını ifade eder Isotermal Lapse Oranları (Az Stabilite) Yükseklikle sıcaklık değişimi olmazsa meydana gelir Atmosfer biraz stabildir Dispersiyon koşulları uygundur 11/7/01 18 İnvert Lapse Oranı (Kuvvetli Stabil) Yükseklikle sıcaklık artması ile meydana gelir Gündüz mü gece mi meydana gelir? Yüksek ya da alçak basınç sistemleri ile mi ilgilidir? Hava kalitesini iyileştirir mi yoksa kötüleştirir mi? 11/7/01 İnversiyon İnversiyon Tanımı: yükseklikle sıcaklık artması İnversiyon 19 11/7/ /7/01 5

88 11/7/01 İnversiyon İnversiyonun iki ana çeşidi: Çökme inversiyonu: yüksek basınçlı hava kütlesi içerisinde bir hava katmanının çökmesi Radyasyon inversiyonu: geceleri dünya yüzeyinden atmosfere radyasyon geçişi Radyasyon İnversiyonlar Yüzeyin radyasyonal soğumasından kaynaklanır Bulutsuz gecelerde meydana gelir- geceye özgüdür Tipik olarak yüzey esaslıdır Nehir vadilerinde yoğunlaşırlar Kirleticilerin hapsedilmesine neden olurlar Şekil /Inversions.htm Güneş doğduğunda inversiyon ne olur? 1 11/7/01 11/7/01 Radyasyon İnversiyonlar Güneş doğduktan sonra bozulur Bozulma, artan yer seviyesi konsantrasyonu ile sonuçlanır Bozulma fumigasyon olarak tanımlanır Radyasyon İnversiyonlar Artan inversiyonlar şehirlerin üzerinde oluşur Isı adası etkisine bağlı olarak Toz kubbesine bağlı olarak de.wikipedia.org/wiki/smog Şekil /7/ /7/01 6

89 11/7/01 5 Çökmeİnversiyonu Yüksek basınç sistemleri ile ilgilidir İnversiyon katmanları yükseklerde meydana gelir Çok geniş alanları içine alır Günlerce etkisi devam eder apollo.lsc.vsc.edu/.../smog_var_geo.html 11/7/01 Şekil3.5 6 Çökmeİnversiyonu Göç eden yüksek basınç sistemleri: orta batı, SE ve NE de puslu yaz durumları oluşmasına katkısı olur Denizlerde yarı-sürekli yüksek basınç sistemleri Çok sayıda durgun güneşli günlerde meydana gelir Yüzeye en yakın inversiyon tabakası kıta yanlarındadır Güney California üzerindeki durağanlığın sorumlusudur Aynı doğa olayı dünyanın başka neresinde görülebilir? 11/7/01 İnversiyonlar Cephe - sıcak hava, soğuk havanın üstüne çıkar Advektif sıcak hava soğuk yüzey veya hava üzerine akar Karışma Yüksekliği (Mixing Height) (MH) Dinamik bir şekilde karışan hava ve dispersiyonun meydana geldiği yükseklik /7/01 8 Neden sadece gündüzleri ziraii yakmaya izin verilir? Radyasyon inversiyonlarında MH nedir? Bir gün boyunca maks. MH ve min. MH ne zaman oluşur? Hangi mevsimde maks. MH ve min. MH oluşur? Neden Phoenix de New Orleans a göre daha geniş MH vardr? 11/7/01 7

90 11/7/01 Nokta Kaynaklardan Dispersiyon Kirletici duman formunda salınır Neden yukarı çıktıkça duman genişler? Dumanı etkileyen faktörler nelerdir? Nokta Kaynaklardan Dispersiyon Duman yükselmesi taşımayı etkiler Maks. yer seviyesi konsantrasyonunu (MGLCs) etkiler Maks. yer seviyesi konsantrasyonunu mesafesini etkiler /sw_combst.htm Hava kalitesine etkisi dumanın yüksekliğine bağlı dispersiyonla ilgilidir Hangi koşullarda daha etkili baca yüksekliğimiz olur? 9 11/7/ /7/01 Baca Dumanı: Looping Baca Dumanı: Coning Kuvvetli Türbülans Kuvvetli rüzgar, Türbülans yok Stabil mi yoksa stabil olmayan koşullarda mıdır? Rüzgar hızı yüksek yada düşük müdür? Gündüz mü gece mi meydana gelir? Kirleticileri disperse etmek için iyi bir şey midir? Stabilite sınıfı nedir? İyi dikey karışma var mıdır? Güneşli mi yoksa bulutlu mu günlerde olur? Kirleticileri disperse etmek için iyi bir şey midir? Baca-mesafe fonksiyonu olarak yer seviyesi konsantrasyonu nasıl değişir? 31 11/7/ /7/01 8

91 11/7/01 Baca Dumanı: Fanning Baca Dumanı: Fumigation Stabilite sınıfı nedir? Dumanın en üst görünümü nedir? Baca-mesafe fonksiyonu olarak yer seviyesi konsantrasyonu nasıl değişir? Neden kirleticiler yukarı yönde disperse edilemez? Gündüz mü gece mi meydana gelir? Baca-mesafe fonksiyonu olarak yer seviyesi konsantrasyonu nasıl değişir? Neden güç tesislerinin gece saat 3 den güneş doğmasından 3 saat sonrasına kadar enerji üretimlerini azaltamaları gerekir? 33 11/7/ /7/01 Baca Dumanı: Lofting Baca Dumanı: Trapping Neden kirleticiler aşağı yönde disperse edilemez? Ne zaman meydana gelir? Baca-mesafe fonksiyonu olarak yer seviyesi konsantrasyonu nasıl değişir? Stabilite sınıfı nedir? Baca-mesafe fonksiyonu olarak yer seviyesi konsantrasyonu nasıl değişir? 35 11/7/ /7/01 9

92 11/7/01 37 Uzun Mesafe Taşınım Kirleticilerin yüzlerce/binlerce mil taşınması; kirlilik kaynağından çok uzaklarda hava kalitesi problemleriyle sonuçlanır Örnekler? Gezegensel Taşınım Gezegen sınır katmanı (PBL) üzerindeki stabil hava dikey karışımı geciktirir PBL dışarısından serbest troposfere taşınım birkaç saatten birkaç güne kadar sürebilir Troposferin en üstüne uniform karışımla taşınım birkaç hafta alabilir (uzun yaşam süreli kirleticiler için; örn:co, CH 4, CFC) 11/7/01 Gezegensel Taşınım İki yarımküre arasından bariz konsantrasyon farklılıkları; ekvatoral karışım yaklaşık bir yılda gerçekleşir Neden? Stratosfer- Troposfer Değişimi İki katman arasındaki değişim hızlı mı yavaş mıdır? Neden? Neden sadece uzun süreli olanlar? 38 11/7/01 Stratosfer- Troposfer Değişimi Troposferin stratosferle kütle değişimi 18 yıl sürer Stratosferin troposferle kütle değişimi yıl sürer Stratosferik Sirkülasyon Yatay hava akışı ile karakterize edilir (ekvator ve kutuplar arasındaki termal gradyanlara ve UV ışınları absorbe eden O 3 ile ilgili diyabatik ısınmaya bağlıdır) Kuzey-Güney (meridyenel) Doğu-Batı (bölgesel) 39 Fig /7/01 Atmosferik basınç dalgaları ile hareket eder Kışın kutuplara doğru O 3 taşınımını bariz etkiler CFCs hareketini etkiler 40 11/7/

93 11/7/01 Özet 41 11/7/01 11

94 11/7/01 Hava Kalitesi Modellemesi Genel Bakış Hava Kalitesi Modellerine Genel Bakış Gauss Dispersiyon Modeli Kimyasal Kütle Denkliği Modelleri (Chemical Mass Balance (CMB) Models) 1 11/7/01 11/7/01 Genel Bakış Benim bu emisyonlara maruz kalma seviyem nedir? Ailem güvende mi? Nerede güvende? Çevreye ters etkisi nedir (bitkiler, hayvanlar, binalar)? Nüfus artışından kaynaklanan emisyonların çevreye etkisi nasıl tahmin edilir? Hava Kalitesi Modelleri kirletici konsantrasyonlarını etkileyen parametreleri içeren matematiksel formülasyonlarıdır NAAQS ve diğer mevzuatsal gereklilikler ile uyumlu bir şekilde değerlendirilirler Gerekli emisyon azaltımı için kapsamalara kararlaştırılır Kabul edilebilir uygulamalarda kaynakları değerlendirir Hava Kalite Modelleri Çeşitleri Emisyon Modeli Meteorolojik Model Geçici ve alansal emisyon oranları Topoğrafya Kimyasal Dönüşüm Kirlilik Taşınımı Partikül ve gazlar arasında denge Dikey Karışım Kaynak Dispersiyon Modeli Alıcı Model Kimyasal Model 3 11/7/ /7/01 1

95 11/7/01 5 Emisyon Modeli Birim aktivite ve meteoroloji için aktivite seviyesi, emisyon oranını baz alan geçici ve alansal emisyon oranlarını tahmin eder Meteorolojik Model Belirli bir zaman ve uzayda taşınım, dispersiyon, dikey karışım ve nemi tanımlar Kimyasal Model Direkt olarak salınan partikül ve gazların ikincil partikül ve gazlara dönüşümünü tanımlar; aynı zamanda uçucu türler için gaz ve partiküller arasındaki dengeyi tahmin eder 11/7/01 Kaynak Dispersiyon Modeli Alıcılarda ölçülen konsantrasyonların tahmini için önceki modellerin çıktılarını kullanır; dönüşümü gösterebilmek için taşınım, dispersiyon, dikey karışım, çökelme ve kimyasal modellerin matematiksel simülasyonlarını içerir Alıcı Model 6 Farklı birincil kaynak emisyonları ya da bir veya daha fazla alıcı bölgeden toplanan çoklu ölçümlerin yardımıyla katkı yapar Mevzuatsal amaçlar için ne zaman model uygulamalarına ihtiyaç duyulur? 11/7/01 Modellerin Yasal Uygulamaları PSD: Nispeten temiz olan alanlarda hava kalitesinin önemli bozulmaların önlenmesi (Prevention of Significant Deterioration)(örn. Ulusal parklar) SIP: Devlet uygulama planı mevcut kaynaklarında revizyonlar ve yeni kaynak değerlendirmeleri. (State Implementation Plan)(New Source Reviews (NSR)) Hava Kalitesi Modelleri Sınıflandırması Kirletici türleri ve zaman periyotları için bir dizi için geliştirilmiş Developed for a number of pollutant types and time periods Kısa vadeli modeller birkaç saatten birkaç güne; for a few hours to a few days; en kötü durumlarda bölüm koşulları Uzun vadeli modeller mevsimlik veya yıllık ortalama konsantrasyonları tahmin etmek; maruz kalma nedeniyle sağlık etkileri sınıflandırma Reaktif olmayan modeller SO ve CO gibi kirleticiler Reaktif modeller O 3, NO gibi kirleticiler 7 11/7/ /7/01

96 11/7/01 9 Hava Kalitesi Modelleri Kullanılan koordinat sistemine göre sınıflandırılma Grid tabanlı Bölgenin belli bir düzende hücrelere bölünmesi NAAQS ile uyum sağlanmasına karar vermek için kullanılır Yörünge (Trajectory-HYSPLIT Model) Aşağı yönde hareket eden kirlilik bulutunu takip eder İleri seviyede sınıflandırma Görüntüleme: tutarlı tahmin yapmak için önceki, en kötü meteorolojik durumları kullanır ve basit tahminler yapar. Amaç? İşlenmiş: fiziksel ve kimyasal atmosferik proseslerin arıtımının detaylandırılması; daha detaylı ve kesin giriş verilerine ihtiyaç duyar. Yani? 11/7/ /images/grid4.jpg mages/smokestacks.jpg 10 USEPA Hava Kalitesi Modelleri Görüntüleme modellerine ulaşabileceğiniz adres: Tercih edilen modellere ulaşabileceğiniz adres : Diğerlerini daha iyi yapmak için basit model bulunmuştur Geçmişte kullanım, halkın aşinalığı, maliyet ve kaynak gereksinimi, ulaşılabilirlik gibi diğer faktörler baz alınarak seçilenler Tercih edilen modelin gelecek değerlendirilmesi gerekmez Alternatif modellere ulaşabileceğiniz adres: Kullanmadan önce teorik ve performans açısından değerlendirilmelidirler Ölçülen hava kalitesi verileri karşılaştırılmasıyla, sonuçlar alternatif modelin karşılaştırılan tercih edilen modelden daha iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir. Tercih edilen model spesifik uygulamalar için daha az yaklaşık sonuçlar verir veya tercih edilen model yoktur 11/7/01 USEPA Hava Kalitesi Modelleri Gauss Dispersiyon Modeli En çok kullanılan modeldir Aşağıdaki varsayımlara dayanır Birincil olarak duman moleküler difüzyon ile yayılır Dumanda yatay ve dikey konsantrasyonlar normal dağılmıştır (çifte Gauss dağılımı) Meteorolojik durumların varlığında duman dağılımı ve şekli farklılıklar gösterebilir Q Z X u Y Şekil 7.11 H 11 11/7/ /7/01 3

97 11/7/01 Model Varsayımları Gauss modeli aşağıdaki varsayımları içeren bir modeldir Kararlı hal koşulları (sabit kaynak emisyon kuvveti) Dumanın rüzgar hızı, yönü ve difüzyon karakteristiği sabittir Yığının x yönünde hareketine bağlı kütle transferi, kütle difüzyonuna bağlı dağılımı gölgeler Kütle korunumu, örn. kimyasal dönüşüm yoktur Rüzgar hızları >1 m/saniye. >50 m rüzgar yönlü konsantrasyon tahminleri kısıtlıdır Gauss Dispersiyon Eşitliği Q 1 ( ) y ( z H ) x, y, z exp + C Table 7.4 = πσ σ σ y zu y z Neden eşitlikte x yoktur? σ Atmosferik Stabilite Sınıfları 13 11/7/ /7/01 Dispersiyon Katsayıları: Yatay Dispersiyon Katsayıları: Dikey Fig 7.1 Fig /7/ /7/01 4

98 11/7/01 17 Gauss Dispersiyon Eşitliği Eğer yer seviyesinde, emisyon kaynağında efektif duman yükselmesi yoksa ( ) = Q 1 y z C x, y, z exp + πσ σ σ σ y zu y z Duman Yüksekliği H; fiziksel baca yüksekliği ve dumanın yüksekliğinin toplamıdır H = h dumanyükse + h kliğl gerçekbaca 11/7/01 18 Duman Yüksekliği Buoyant duman : başlangıç buoyancy >> başlangıç momentum Zorlanmış duman: başlangıç buoyancy ~ başlangıç momentum Jet: başlangıç << başlangıç momentum Nötr ve kararsız atmosferik koşullar için, buoyant yükselmesi aşağıdaki gibi hesaplanır F 4 3 hplume rise = (F < 55 m / s ) u F 4 3 h plume rise = (F > 55 m / s ) u buoyancy akısı; F = gv d ( T T ) / 4 s s a V s : baca gazı çıkış hızı, m/s d: baca çapı, m T T s : baca gazı sıcaklığı, K S T a : ortam sıcaklığı, K g: yerçekimi, 9.8 m/s 11/7/01 19 Carson ve Moses: 6 bacayı içeren 615 gözlem sonucunda dikey momentum & termal buoyancy V Q sd h hplume rise = (kararsiz) u u h h plume rise Vsd = u p ( T T ) s a Q u h 11/7/01 (nötr) V Q sd h hplume rise = (kararli) u u Q = mc & (ısı emisyon oranı, kj/s) πd m& = 4 V s P RT s MW (baca gazı kütle akış oranı. kg/s) Kirleticiler yer seviyesine disperse olursa, bununla nasıl başa çıkarız? 0 Wark & Warner, Air Pollution: Its Origin & Control ( z H ) ( z + H ) ( ) = Q y C x, y, z exp exp + exp πσ σ σ σ σ y zu y z z Yüzey absorblama yaparsa ne olur? Konsantrasyon profili nasıl w/yansımasına (w/reflection) benzer? 11/7/01 5

99 11/7/01 Maks. Yer Seviyesi Konsantrasyonu Yer seviyesi konsantrasyonu = Q y H C exp exp πσ σ σ σ y zu y z 1 11/7/01 Nötr koşullara yakın, daha çok kararsız koşullarda; σ y = k1σ z Merkez çizgisinde yer seviyesi konsantrasyonu; Q H C( x,0,0) = exp πk 1σ z u σ z Maksimumun oluştuğu nokta; H dc / dσz = 0 σz = σ z kararlaştırıldığında, x bulunabilir ve sonrasında C bulunabilir Q Q C( x,0,0) = exp[ 1] = 0. πσ σ u 1171 σ σ u y 11/7/01 z y z Örnek An industrial boiler is burning at 1 tons (10.9 mton) of.5% sulfur coal/hr with an emission rate of 151 g/s. The following exist : H = 10 m, u = m/s, y = 0. It is one hour before sunrise, and the sky is clear. Determine downwind ground level concentration at 10 km. Stability class = σ y = σ z = C(10 km, 0, 0) = Örnek If emissions are from a ground level source with H = 0, u = 4 m/s, Q = 100 g/s, and the stability class = B, what is downwind concentration at 00 m? At 00 m: σ y = σ z = C(00 m, 0, 0) = 3 11/7/ /7/01 6

100 11/7/01 5 Örnek Calculate H using plume rise equations for an 80 m high source (h) with a stack diameter = 4 m, stack velocity = 14 m/s, stack gas temperature = 90 o C (363 K), ambient temperature = 5 o C (98 K), u at 10 m = 4m/s, and stability class = B. Then determine MGLC at its location. F = h plume rise = H = σ z = σ y = C max = Kimyasal Kütle Denge Modeli Çevre verileri ve kaynak profil verileri kullanılan kaynak paylaşımı değerlendirilmesi için alıcı model (receptor model) Düzenleyici Hava Modelleri için EPA Destek Merkezi nde bilgiler bulunabilir Florida Rock Çimento Fabrikası çevresinde oturanlar izin verilen seviyelerden daha fazla emisyon olduğundan şikayet etmektedir. Tesis 5 km çapında bir alanda işletilmektedir. Efektif baca yüksekliği 60 m. Siz üniversitenin uzmanısınız. Hava kalitesi izleme sistemlerini nerelere 11/7/01 yerleştirirsiniz? Neden? 6 11/7/ ,4,5,1 13 PM 10 emissions from permitted sources in Alachua County (tons) (ACQ,00) 000 Values 1. GRU Deerhaven Florida Rock cement plant Florida Power UF cogen. plant Values 4. VA Medical Center incinerator UF Vet. School incinerator GRU Kelly Bear Archery VE Whitehurst asphalt plant White Construction asphalt plant Hipp Construction asphalt plant Driltech equipment manufacturing 0. Receptor Sites 1. University of Florida 13. Gainesville Regional Airport 14. Gainesville Regional Utilities (MillHopper) Receptör (Alıcı) Modelleme Receptör (Alıcı) Modelleme PM için yapılabilir Organik kirleticiler için yapılabilir Bir alanda PM ölçümü yapıyoruz. Bu ölçüm sonucunda elde edilen konsantrasyonda Araçlardan gelen kirletici katkısı ne kadardır? Enerji üretim tesislerinden gelen kirletici katkısı ne kadardır? Rafineri tesislerinden gelen kirletici katkısı nedir? Demir ve Çelik tesislerinden gelen kirletici katkısı nedir? Hava Kirliliği kaynak/alıcı (source/receptor) ilişkisini değerlendirmek için bazı temel gereksinimler vardır: 1. Kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirleme. Kaynaktan alıcıya taşınımı anlama 3. Alıcı kaynakta ölçülen hava kalitesi değerine her bir kirletici kaynağın katkısının ne olduğunu tahmin etme 7 11/7/ /7/01 7

101 11/7/01 Receptör (Alıcı) Modelleme Receptör (Alıcı) Modelleme Bilinen Kaynak Bilinen Kaynak Bilinmeyen Kaynak Örneğin; 100 mikrogram/m3 gibi bir PM konsantrasyon ölçülmüştür. Bu konsantrasyonun Kaynak 1 Kaynak Kaynak 3 %0 si Çimento tesislerinden %40 ı Enerji üretim tesislerinden %15 i Dizel yakıtlı araçlardan %17 si Demir ve Çelik tesislerinden Ölçüm 1 Ölçüm Ölçüm 3 Ölçüm 4 Olduğu belirlenmiştir. Bu oranları nasıl elde edeceğiz? Ölçümler sonucu bilinmeyen kaynakları belirleyebiliriz. 9 11/7/ /7/01 Receptör (Alıcı) Modelleme Kaynak Modeli/Receptör Modeli Gerekli data nedir? PM nin özelliklerini bilmemiz gerek Fiziksel özellikler (ebat dağılımı, fine-ince, coarse-kaba) Elementler (Ağır metaller) Bilinen kaynak emisyonları Bilinen dispersiyon parametreleri Kaynak Kaynak Modeli Ölçüm Tahmini atmosfer konsantrasyonu İnorganik ve organik maddeler (Nitrat, sülfat) Bazı bilinen kaynak özellikleri Kaynak Ölçüm Örneğin dizel araçlardan kaynaklanan PM ler ince boyutlu maddelerden oluşurlar. Bilinen atmosfer konsantrasyonu Bazı bilinen dispersiyon parametreleri Reseptör Modeli Tahmin edilen kaynak etkisi Emisyon fraksiyonlarının bilinmesi gerekmektedir /7/ /7/01 8

102 11/7/01 Receptör (Alıcı) Modelleme Receptör (Alıcı) Modelleme Gerekli data nedir? Reseptör Modelleri PM nin özelliklerini bilmemiz gerek Fiziksel özellikler (ebat dağılımı, fine-ince, coarse-kaba) Fiziksel (Mikroskopik Teknikler) Kimyasal Elementler (Ağır metaller) İnorganik ve organik maddeler (Nitrat, sülfat) Teknik: Partikül ebadı, şekli ve ışık yansıtma özelliklerini ölçmek Bilinmeyen emisyon kaynakları için referans değerler ile karşılaştırma Kimyasal kütle dengesi modeli Örneğin dizel araçlardan kaynaklanan PM ler ince boyutlu maddelerden oluşurlar. Dezavantaj: Partikül ebadına bağlıdır Pahalı ve geniş ölçekte örneklemeye ihtiyaç vardır. İşletici becerisi gereklidir /7/ /7/01 Reseptör Modellemede Temel Adımlar Reseptör Modelleme Kimyasal Kütle Dengesi 1. Çalışma alanında maksimum sayıda PM ölçümü yapmak. PM örneklerinin İnorganik/Organik/EC tanımlamaları yapılmalı 3. Kaynak karekterizasyonu yapmak Kaynak kompozisyonunda her kaynağın; Kimyasal bileşimi Kaynağı belirleyen iz elementler Ebad dağılımı Özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Örneğin Pb benzinli araçların varlığını belirleyen iz elementtir. PM nin fraksiyonu, ebad dağılımı (ince-kaba) yapısı belirlenmelidir. Ayrıca kirletici kaynakların belirteç elementleri bulunmaktadır. Kaynak Element Ebad fraksiyonu Motorlu araçlar Pb, Br İnce Toprak ve yol tozu Fe, Al Kaba Fuel oil yakılması Ni, V İnce Kireçtaşı kullanan çimento tesisi Ca Kaba Boya ve pigmentler Ti Fe<0.3 İnce Dizel araçlar Pb İnce Deniz aerosolleri Na, Cl Kaba Uçucu küller Se, As 35 11/7/ /7/01 9

103 11/7/01 C ik = Σ(a ij S jk ) Prensipler Bir reseptör bölgesinde kütle, tekil kaynaklardan bir diziden her birine katkısı bulunan kütlenin doğrusal bir kombinasyonudur; Emisyonu kaynağının kütlesi ve kimyasal bileşimleri emisyon zamanından numune alma zamanına kadar korunurlar. i=1,, n C ik i kirletici maddesinin k örneğindeki konsantrasyonu a ij, i kirletici maddesinin j kaynağındaki kütle fraksiyonu S kj, Reseptör bölgesinde j kaynağından olan toplam kütle katkısı n, ölçülen toplam kirletici madde sayısı a ij, i kirletici maddesinin j kaynağındaki kütle fraksiyonu Bu fraksiyon nasıl elde edilir. Kabuller J kaynaklarının sayısı i kirletici maddelerinin sayısından az veya eşit olmalı Tüm kaynakların bileşimi birbirinden bağımsızdır. Kaynak 1 a i1 Ca = a 11 Mg = a 1 Fe = a 31 Pb = a 41 Kaynak a i Ca = a 1 Mg = a Fe = a 3 Pb = a /7/ /7/01 Örnek Alanda ölçülen toplam Pb konsantrasyonu (ng/m 3 ) : motorlu taşıtlar, yakma fırını ve döküm tesisleri gibi bağımsız kaynakların dağılımlarının lineer toplamı Pb T = Pb auto + Pb incin. + Pb smelter + Daha sonra özel bir kaynaktan dağılan kurşun konsantrasyonunu dikkate alalım. Örneğin, otomobillerden (ng/m 3 ), Pb auto, iki çarpanın ürünü: kurşunun otomobil emsiyonlarındaki kütle fraksiyonu a Pb, auto, ve otomobil emisyonlarının atmosfere toplam kütle konsantrasyonu (mg/m 3 );S auto Pb auto = a auto (ng/mg) S auto (mg/m 3 air) Varsayımlar Zaman periyotlarında kaynak emisyonlarının bileşimi sabittir, Kimyasallar diğerleriyle reaksiyona girmezler, Tüm kaynaklar tanımlandı ve emisyonların her biri lineer bir şekilde bağımsız olarak karakterize edildi, Bu eşitliklere özgü çözümler için kaynak kategorisinin sayısı (j), kimyasal türlerin (i) sayısından az ya da bu sayıya eşittir, Ölçüm belirsizlikleri rastgele ilişkilidir ve normal dağılımlıdır (EPA, 1990) 39 11/7/ /7/01 10

104 11/7/01 HYSPLIT MODEL Basit Kutu Model Kirleticilerin atmosferdeki kalış zamanlarını hesaplamak için önemlidir /7/ /7/01 Basit Kutu Model Bir kirleticilerin atmosferdeki kalış zamanı (lifetime or residence time): Kutu için kütle denkliği M: kirleticinin kutudaki kütlesi, kg F out : kutudan çıkış miktarı, kg/s L: kirleticinin kimyasal kaybı, kg/s D: kirleticinin çökelme ile kaybı, kg/s S: Kaynak oranı (F in + E + P) 43 11/7/01 11

105 11/7/01 Reading: Chap 7.1 & 7. Air Quality Monitoring Air Quality Monitoring Monitoring Considerations Manual vs. automated (real-time, continuous) monitoring Sampling time Federal reference method (FRM) vs. equivalent method (EM) Monitoring of Ambient Air Pollutants SO, NOx, CO, O 3 Hydrocarbons PM 10, PM.5 Source Sampling and Monitoring Sampling train Isokinetic sampling Quality Assurance Programs Quality Assurance Quality Control Air Quality Monitoring Network XIE/007000/tablesgraphs/figure3-en.htm 11/7/01 1 What s the use of ambient air quality monitoring data? 11/7/01 Monitoring Considerations Sampling location: limited number of fixed site monitors whose locations reflect objectives of air quality monitoring program What are the objectives? Examples of criteria for selecting ambient sampling locations? Lower limit of detection (LOD): a sufficient amount of pollutant must be collected, f(sampling rate, duration) Integrated sampling vs. real-time sampling Area sampling vs. personal sampling Collection efficiency of the instrument: Low flow rate for gas-phase contaminants (< 1 L/min) Differences in averaging times associated with real-time data Which duration should you use? 11/7/ /7/01 4 1

106 11/7/01 National Ambient Air Quality Standards Pollutant Primary Stds. Averaging Times Secondary Stds. CO 9 ppm (10 mg/m 3 ) 8-hour (1) None 35 ppm (40 mg/m 3 ) 1-hour (1) None Pb 1.5 µg/m 3 Quarterly Ave Same as Primary NO ppm (100 µg/m 3 ) Annual (Arith. Mean) Same as Primary PM 10 Revoked () Annual () (Arith. Mean) 150 µg/m 3 4-hour (3) PM µg/m 3 Annual (4) (Arith. Mean) Same as Primary 35 µg/m 3 4-hour (5) O ppm 8-hour (6) Same as Primary 0.1 ppm 1-hour (7) (Applies only in limited areas) Same as Primary SO 0.03 ppm Annual (Arith. Mean) ppm 4-hour (1) hour (1) 0.5 ppm (1300 µg/m 3 ) Federal Reference Methods for Criteria Pollutants Pollutant Reference Method SO NO CO O 3 NMHCs PM 10 PM.5 Spectrophotometry (pararosanilne method) Gas-phase chemiluminescence Nondispersive infrared photometry Chemiluminescence Gas chromatography FID (flame ionization detection) Performance-approved product Performance-approved product Why different durations? 11/7/ /7/01 6 SO FRM - Spectrophotometry (pararosanilne method) Air sample potassium tetrachloromercurate solution HgCl SO 3 - react with HCHO and colorless pararosaniline hydrochloride red-violet product measured spectrophotometrically SO concentration EM FT- IR Spectrometry (Absorption of IR by SO in the air SO concentration) EM UV Fluorescence SO 1) UV light excites SO to a higher energy state SO + hv 1 SO * ) Decay of the excited SO *, emitting a characteristic radiation SO * SO + hv 11/7/ /7/01 8

107 11/7/01 NO NO NOx FRM Gas-Phase Chemiluminescence Chemiluminescence: emission of light from electronically excited chemical species formed in chemical reactions. NO + O 3 NO * + O NO * NO + hv Measurement of NO : conversion of NO to NO, and subsequent measurement by chemiluminescence. NO + Mo 3 NO + MoO 3 Possible interference: N-containing compounds higher measured NO EM FT- IR Spectrometry Can you design an instrument that can measure the concentration of both NO and NO in the air? 11/7/01 9 CO FRM Nondispersive Infrared (NDIR) spectrometry CO strongly absorbs infrared energy at certain wavelengths. Detection device: two cylindrical cells, a sample and a reference cell. Difference in infrared energy in the two cells concentration of CO Sample Cell ~ IR ~ CO Reference Cell Detection 11/7/01 10 O 3 FRM Chemiluminescence Light emissions produced on reaction of O 3 with ethylene (C H 4 ). C H 4 flammable replaced by Rhodamine B dye embedded in a disk Rhodamine B does not attain a stable baseline rapidly after exposure to O 3 S A T T A L L I T E EM UV Photometry Absorption of UV light (54 nm) by O 3 and subsequent use of photometry to measure the reduction of UV energy UV light (54 nm) O 3 Detector What would cause an O 3 interference on a UV photometry O 3 monitor? 11/7/ /7/01 O Z O N O B S E R V E 3

108 11/7/01 NMHCs FRM Gas Chromatography - FID Time Stationary and mobile phases GC-Detector: Generate an electronic signal when a gas other than the carrier gas elutes from the column. Intensity FID Flame Ionization Detection: Combustion of organic substances Positive ions (+) and electrons (-) are formed when burned change in current Mass sensitive rather than concentration sensitive NMHC 11/7/ /7/01 14 PM 10 sampler with size-selective inlet Particulate Pollutants Impaction and filtration are the primary PM collection principles Measure the weight of exposed and clean filters High-volume sampler (Hi-Vol) Typical sampling duration 4 h PM 10 Sampler Remove particles > 10 µm by impaction on a greased surface Particles < 10 µm collected on a quartz glass fiber filter What does the PM 10 sampler measure? Number or mass concentration of particles? 11/7/01 15 Dichotomous Sampler How can a Dichotomous sampler measure coarse (PM.5-10 ) and fine (PM.5 ) particles? TEOM Series 1400ab Ambient Particulate Monitor Thermo Electron Co. Equivalent method: TEOM Measure PM 10, PM.5, TSP Tapered element oscillating microbalance Real-time measurement of particle mass collected on a filter 11/7/

109 11/7/01 Animation Cascade Impactor Cascade Impactor Aerosol flow In Source Sampling and Monitoring Clean air out How can we collect different sizes of particles using cascade impactor? 11/7/01 17 Stack Sampling of PM 1) Probe inserted into the stack ) Temperature sensor 3) Pitot tube gas velocity and flow rate 4) Two-module sampling unit What s the use of source emission data? Isokinetic Sampling 1) Particles inertial forces ) Samples must be collected at the same rate of low as the stack gas 11/7/01 18 Isokinetic Sampling PM Baca gazı örnekleme sistemi Fig 8 -, Aerosol Measurement, nd Edition, /7/01 0 5

110 11/7/01 Continuous Emission Monitoring (CEM) Accuracy, Precision and Bias Certain utilities and industrial sources are required to measure stack emission continuously SO, NO, opacity, CO, TRS, H S, Hg Relative Error: E r O A A (%) = 100 σ Coefficient of variation: CV (%) 100 = X Bias Precision Opacity Compare plume darkness to Ringlemann chart by trained smoke readers Averages of measurements of ¼ or ½ minute over an hour Simple, low cost, legal acceptance Ringlemann chart 11/7/01 1 Accuracy is a combination of random (precision) & systematic (bias) errors. Which of the 3 cases has the highest accuracy? Why? 11/7/01 Calibration Often used for adjusting bias-type errors Measured values are compared to standard reference values (for pollutant concentration) or standard airflow measuring techniques/devices (for volume air flow) Primary vs. secondary standard for flow: traceable to the National Institute of Standards and Technology (NIST) Primary: bubble meter Secondary: wet or dry test meters calibrated by bubble meter Gas standards: traceable to a NIST reference material CO, SO, NO, NO: available in cylinder gas or permeation tubes O 3 : NIST certified O 3 generator Quality Assurance Programs Goal: Valid and reliable air quality monitoring data Quality Assurance (QA) Setting policy and overseeing management controls Planning, review of data collection activities and data use Setting data quality objectives, assigning responsibilities, conducting reviews, and implementing corrective actions Quality Control (QC) Technical aspects of data quality programs Implementation of specific QC procedures: calibrations, checks, replicate samples, routine selfassessment, and audits It is federal rule to document QA/QC efforts! 11/7/ /7/01 4 6

111 11/7/01 Air Quality Monitoring Network State and Local Air Monitoring Stations (SLAMS) Highest pollutant concentrations Representative concentrations in areas of high population density Impact of major emission sources Regional background concentrations Extent of pollutant transport among populated areas Welfare-related impacts in more rural and remote areas National Air Monitoring Stations (NAMS) Urban area, long-term air quality monitoring network Air quality comparisons and trends analysis Photochemical Assessment Monitoring Stations (PAMS) Monitor O 3 and photochemical air pollutants Clean Air Status and Trends Network (CASTNet) Primary source for rural O 3 level and dry atmospheric deposition National Atmospheric Deposition Program (NADP) Assess the problem of atmospheric deposition and its effects on aquatic and terrestrial ecosystems (H +, NH 4+, SO 4 -, NO 3-, Cl -, Ca +, Mg +, K +, Hg) 11/7/01 5 Quick Reflections Monitoring Considerations Manual vs. automated (real-time, continuous) monitoring Sampling time Federal reference method (FRM) vs. equivalent method (EM) Monitoring of Air Pollutants SO, NOx, CO, O 3 Hydrocarbons PM 10, PM.5 Source Sampling and Monitoring Sampling train Isokinetic sampling Quality Assurance Programs Quality Assurance Quality Control Air Quality Monitoring Network 11/7/01 6 HAVA KALİTESİ ÖLÇÜM İSTASYONLARI HAVA KALİTESİ ÖLÇÜM İSTASYONLARI Diffusion tubes 7

112 11/7/01 Hava Kalitesi İle İlgili Mevzuatlar Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Büyük Yakma Tesisleri Yönetmeliği Hava Kalitesi İle İlgili Mevzuatlar Isınmadan Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Isınmadan Kaynak. Hava Kir.Kont.Yönet. Değ. Yapıl. Dair Yön. Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönet. Değiş. Yapıl. Dair Yön. Egzoz Gazı Emisyonu Kontrolü Yönetmeliği Kokuya Sebep Olan Emisyonların Kontrolü Yönetmeliği PCB ve PCT'lerin Kontrolü Hakkında Yönetmelik Büyük Endüstriyel Kazaların Kontrolü Hakkında Yönetmelik Ambalaj Atıklarının Kontrolü Yönetmeliği Atık Yağların Kontrolü Yönetmeliği Ambalaj Atıklarının Kontrolü Yönet. Değişiklik Yapılmasına Dair Yön. Tıbbi Atıkların Kontrolü Yönetmeliği Tehlikeli Atıkların Kontrolü Yönetmeliği Tehlikeli Atıkların Kontrolü Yönet. Değiş. Yapılmasına Dair Yön. Hafriyat Toprağı, İnşaat ve Yıkıntı Atıklarının Kontrolü Yönetmeliği Atık Pil ve Akümülatörlerin Kontrolü Yönetmeliği Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik Bitkisel Atık Yağların Kontrolü Yönetmeliği Gemilerden Atık Alınması ve Atıkların Kontrolü Yönetmeliği Gemilerden Atık Alın. ve Atık. Kont Yönet. Değişiklik Yapıl. Dair Yön. Atık Yönetimi Genel Esaslarına İlişkin Yönetmelik Kimyasalların Envanteri ve Kontrolü Hakkında Yönetmelik Kimyasalların Envan. ve Kont.Hak. Yön. Değiş. Yap. Dair Yön. Atıkların Yakılmasına İlişkin Yönetmelik Atıksu Altyapı ve Evsel Katı Atık Ber. Tes. Tarif. Belir. Usul İliş. Yön. Ömrünü Tamamlamış Araçların Kontrolü Hak. Yön. Değ. Yapıl. Dair Yön Yüzme Suyu Kalitesi Yönetmeliği (76/160/AB) Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılmasına Dair Yön. Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği Tarımsal Kaynaklı Nitrat Kirliliğine Karşı Suların Korunması Yönetmeliği Toprak Kir. Kon. ve Noktasal Kay. Kir. Sah. Dair Yön. Sulak Alanların Korunması Yönet. Değiş. Yap. Dair Yönetmelik Evsel ve Kentsel Arıtma Çamur. Toprakta Kullan. Dair Yön. Tehlikeli Mad. Su ve Çev. Neden Olduğu Kir. Kontrolü Yönetmeliği Çevre Kan.9.Mad.Uyar.A.A.Tes.TeşTed.Fay.Uy.Usul ve Es.Dair.Yön. Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (EU) 1

113 11/7/01 Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (EU) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (USA) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (EU) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (UK)

114 11/7/01 Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (UK) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (UK) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları Federal yasama tarihi öncesi Yönetmelik stratejileri Temiz hava eylem (Clean Air Act) ve düzeltmeleri Devletsel ve bölgesel hava kirliliği kontrol fonksiyonları Kamu politikaları konuları Yönetmelik Tarihi Birçok büyük şehirde 0. yy ın başlarında çeşit çeşit endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan duman kontrolü için kontrol emirleri verilmiştir. Chicago/Cleveland/Pittsburgh da PM seviyesi: 1 10 mg/m 3 Dumanın en azından bazı yararlı faydaları vardı; örn, mikrop öldürücü özelliği. atmosferik dumanlı olması bolluk ve refahın göstergesiydi ekonomik olarak uygulanabilir alternatifler 3

115 11/7/01 Yönetmelik Tarihi Öncelerinde doğaya dönüş için bir çaba gösterilmemiş, fakat endüstriyel sistemlerin ekonomik faydalarını koruman ve daha iyi bir çevre için çalışılmıştır. Kararlar ya da emirler etkili değildi. Bunun için herhangi bir neden? Güney California da kötüleşen duman problemlerine bağlı olarak 1950lerde ilk girişimler 1960larda devlet aktiviteleri 1969 sonrası federal otorite LA, USA Yasal Olmayan Seçenekler Hava kirliliği yönetmelikleri yerleşmeden insanlar hava kirliliğini azaltmak için ne yapabilirlerdi? Yasal prensipler Rahatsızlık verme: kullanımla ilgili istenmeyen sonuç oluşturan ve birinin mülkünden faydalanma ile sonuçlanan kasıtlı ya da ihmalkar davranış İzinsiz kullanım: kişinin özel mülkiyet alanına fiziksel olarak girme Davacı Örnekler? Bireysel hasarı kanıtlamalıdır Maddi tazminat isteyebilir İhtiyati tedbir isteyebilir Karar verirken mahkeme eşitliği sağlamalıdır Ne eşitlikleri? Yönetmelik Stratejileri USEPA nın yöneticisi olsanız, çevresel kaliteyi arttırmak için stratejileriniz ne olurdu? Hava Kalitesi Yönetimi Emisyon Standartları Ekonomik Yaklaşımlar Hava Kalitesi Yönetimi Eşik değerin altında kalınan kirletici maruziyeti hemen hemen güvenlidir ilkesine dayanır (örn; atmosferik hava kirliliğinin bazı seviyeleri kabul edilebilirdir ve yasal olarak izin verilmiştir Kanserojenler için standartlar var mıdır? Hava Kalitesi Standartları: yönetmelikçe belirlenen kirleticilerin konsantrasyonları için yasal limitler; Daha hassasiyet Bilimsel verilere dayanmalıdır gösterenler kimlerdir Daha çok hassasiyet gösterenleri bile kapsayan en uygun güvenlik çercevesini sağlamalıdır Aynı kirletici için çevre standartları Uygulama mesleki standartlardan daha mı Çok karmaşıktır katıdır, neden? Çok iyi hava kalitesi izleme çalışması olmalıdır Neden uygulama çok karmaşıktır? 4

116 11/7/01 Emisyon Standartları Özel kaynaktan salınan kirletici/lerin izin verilen maksimum miktarıdır bir kategorideki tüm kaynaklar için aynıdır RACT Reasonably Available Control Technology Makul şekilde uygulanabilen kontrol teknolojileri Ekonomik, teknik ve politik olarak uygulanabilen Yeni veya modifiye edilmiş varolan kaynaklara uygulanır (NSPS) BACT Best Available Control Technology En iyi mevcut kontrol teknolojisi Kısıtlı ana yatırım ve işletme masrafları ile en yüksek emisyon indirgenme yeteneğine ulaşmak I Sınıfındaki yeni kömür yakmalı tesislere uygulanır (PSD) MACT - Maximum Achievable Control Technology Maks. yapılabilir kontrol teknolojisi BACT den daha yüksek kontrol seviyesi Tehlikeli hava kirleticileri (HAPs) için (NESHAP) Uygulama ve yönetimi daha kolaydır Neden hava kalitesi yönetiminden daha kolay uygulanır Ekonomik Yaklaşımlar Maliyet-fayda analizi: hasar ve kontrol maliyetlerinin ölçülmesi Birim maliyet için en iyi indirgemeyi sağlayan kontrol seviyesi Böyle bir yaklaşımda hangi problemlerle karşılaşılabilir? Federal Yasalar 1955 Temiz Hava Yasası 1960/ yasasında düzenlemeler 1963 Temiz Hava Eylemi (CAA) 1965 Motorlu taşıt emisyon kontrol eylemi 1967 Hava Kalitesi Eylemi 1955, 1960, 196 Yasaları Kamu sağlık hizmetinin yapması zorunlu; Araştırma ve eğitim programları yürütmek Devlet ve yerel yönetimler için teknik yardım sağlanması Devlet ve yerel yönetimler hava kirliliği kontrolünün temel sorumluluğu olduğunu teyit eder 1960/6 Düzenlemeleri: Özellikle motorlu taşıtlar ve SO konusuna odaklanmıştır. 1970/1977/1990 Temiz Hava Eylemi Düzenlemeler 5

117 11/7/ Temiz Hava Eylem Planı Devlet / yerel yönetimler, hava kirliliğini kontrol çalışmalarında program geliştirme ve iyileştirme için hibeler sağlarlar Araştırma/teknik destek/eğitim desteği yardımı Otomobil ve SO kirliliği araştırmaları için federal sorumluluk Eyaletler arası kirlilik sorunu için federal araştırma sorumluluğu 1965 Motorlu Taşıtlar Hava Kalitesi Eylemi Otomatik emisyon standartları yetkilikliği Ulusal Hava Kirliliği Kontrol İdaresi yetkilendirme oluşumu 1967 Hava Kalitesi Eylemi Aşağıdaki maddelerin geliştirilmesi gerekliliği; Federal hava kalitesi kriteri Devletin hava kalitesi standartları Eyaletler arası hava kalitesi kontrol bölgeleri Devlet Uygulama Planları Bireysel devletler planlarının uygulanması, bakımları, planlarını geliştirme ve teslim etme gereksinimindedir. Devlet hükümleri yerine getirmek için yasal zorunluluk koyar Herbir hava kalitesi kontrol bölgesi için hazırlanır Mevzuattaki herbir kirletici için hazırlanır USEPA tarafından kabul görmelidir Epizot planı içermelidir Ya EPA tarafından kabul görmezse? Yeni Kaynak Performans Standartları New Source Performance Standards (NSPS) En makul fiyatlı olduklarında, yapım sırasında kontrol ölçümleri gereksiniminin duyulması Mevcut hava kalitesi emisyon limitlerini belirleyen bir faktör değil yeni kaynak tanımı ne demektir? Hangisi kullanılır RACT, BACT ya da MACT? Yeni Kaynak Perf. Stdlarında hangi kirleticiler vardır? Sacramento, CA daki trenyolu yangını Mart 16, 007 6

118 11/7/01 Tehlikeli Hava Kirleticiler İçin Ulusal Emisyon Standartları National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants (NESHAPs) Kriter kirleticilerden daha zararlı kirleticiler; insan sağlığıyla sınırlandırılamayan zararlılar Güvenlik seviyesine karar vermek zordur Kaynaksal- bölgesel maruz kalınmalar Kontrol maliyeti bir faktör değildir 0 yılda 7 kirletici yasalaşmıştır: Civa, asbest, berilyum, arsenik, benzen, radyoaktif izotoplar, vinilklorit Neden zararlı kirleticilerin tayini zordur? 1990 CAAA Hava Toksisitesi hükümleri ile değiştirilmiştir Şuanda 18 ilave kirletici içermektedir Teknoloji kullanımı- standart bazlı yeniden düzenlenmiştir en.wikipedia.org /wiki/asbestos Vatandaşların Uydukları Federal mahkemelerde vatandaşa hak verir USEPA ya dava hakkı: uygulamalar yetersiz kaldığında yada yapılmadığında karşı çıkabilme hakkı Kirletici kaynağını dava hakkı EPA hangi uyumsuzlarla karşılaşabilir? Yürürlülük Neden EPA bazı temiz hava hükümlerini uygulamada isteksiz davranabilir? USEPA ya icra eylemleri için verilen yetkiler; İdari emirler Cezalar Suç cezaları En çok uygulama devlet seviyesindedir; USEPA uygulama yetkisi destek niteliğindedir 1977 Temiz Hava Eylemi Düzenleme Başarısız politikalar Uyum tarihlerinin ertelenmesi Önemli Bozunma Önlenmesi oluşturulmuştur Ozona zarar veren kimyasallar düzenlenmiştir Başarılı Olmayan Hava Kalitesi Stdları Başarısız birçok eyalet 1 veya daha fazla stdı 1975 Ulusal Hava Kalitesi Stdında yerine getirememiştir. Bunun nedenleri; Are new sources allowed in nonattainment areas? Ulaşılamayacak alanlar belirlenmesi Politika uzaklığı En düşük ulaşılabilir emisyon oranları gerekliliği Uyum tarihlerinin ertelenmesi (1977 ve 1990 Temiz Hava Eylem Düzenlemeleri) Önemli Bozunma Önlenmesi Prevention of Significant Deterioration (PSD) Temiz havayı korumak için tasarlandı Görüş mesafesi korunumu temel odak noktadır 3 PSD kategorisi vardır Sınıf 1: ulusal parklar, vahşi yaşam alanları, anıt alanlar Sınıf : ulusal ormanların çevreleri ve diğer kamusal alanlar Sınıf 3: ikincil standartlar (SO and PM) için korunması gereken alanlar 7

119 11/7/01 PSD izin verilen artma 1990 Temiz Hava Eylemi Düzenleme Ulusal hava kalitesi stdları başarı zamanlarının ertelenmesi Asit birikiminin düzenlenmesi için yetki Yeni zehirli kirletici hükümleri Ozona zarar veren kimyasallar için hükümler Yeni izinlerin gerekliliği Motorlu taşıtlar için yeni gereksinimler Ozona zarar veren kimyasalların düzenlenmesi (OCPs) USEPA 1978 de gerekli olmayan CFC kullanımını yasakladı Yetki Montreal protokolüne uygun kullanıldı Asit Birikim Kontrolü Ekonomi bazlı yaklaşımla SO ve NO x emisyonlarının azaltılması amacı SO -10 milyon ton/yıl NO x - milyon ton/yıl Büyük kömür yakma enerji tesislerine odaklı kontrol gereksinimleri 005:Temiz Hava Eyalet Kuralı; eyalet sınırlarınıgeçen hava kirliliğinin azaltılması 015: 8 doğu eyaleti ve başkentte 003 yılındaki seviyelerden 70% SO ve 60% NOx oranında azalma İzinler 1990 Temiz Hava Eylem düzenlemelerinde bariz yeni gereksinimler Emisyon kaynaklarına ispat yükümlülüğü koyma Aşağıdaki izinler olmalıdır Kirletici salınımı izni Kirlilik kontrol ekipmanı işletilmesi izni Yeni tesisi işletme izni Neden kontrol ekipmanları işletilmesinde izin gerekmektedir? 8

120 11/7/01 Motorlu Taşıtlar Emisyon Kontrol Emisyon kaynakları Egzost NMHCs, CO, NO x Gazlar tarafından üflenen NMHCs Buharlaşan emisyonlar - NMHCs 1970 temiz hava eylem düzenlemeleri NMHCs lerin ve CO nun 90% azaltılması NOx lerin 1976 itibariyle 90% azaltılması İhtiyari bir yıl erteleme Teknolojinin kullanılabilir olacağı varsayılmıştır Yakıt katkı maddeleri üretenler USEPA tarafından denetlenecektir Motorlu Taşıtlar Emisyon Standardı 1974 Enerji Tedarik ve Koordinasyon Yasası 1977 model araçlara kadar emisyon standartları ertelenmiştir Ara standart dayatma hakkı USEPA ya verilmiştir 1977 temiz hava eylem düzenlemeleri Stdlar için ertelenmiş son tarihler USEPA ya standart gereksinimlerini erteleme yetkisi verildi NO x standartları hafifletilmiştir Motorlu Taşıtlar Emisyon Standardı 1990 temiz hava eylem düzenlemeleri 1970 CO ve NOx stdları seviye gereksinimleri NMHCs lerin daha da azaltılması gereksinimi 1995 öngörülü emisyon azaltımı Araç soğuk çalışma stdları Neden soğuk çalışma? Kurulu buhar geri kazanım sistemleri Araca yakıt doldurulurken NMHCs emsiyon kontrolü Kurulu tanımlama sistemleri mil kullanma süresi baz alınarak yapılan stdlar Temiz yakıtlı araçlar ve temiz filolar 9

121 11/7/01 Devlet Düzenleme Sorumlulukları Kontrol panoları Kuralları ve mevzuatı yazarlar İhlallerin kararları Yönetim Yönetici uygulama gereklilikleri Temiz hava düzenlemelerin olası ihlallerini araştırmak Yürütme eylemleri önerir Yasalarda değişiklik önerir Genel temsil yetkisi Düzenleyici kurumlar adına mahkemelerde yasal işlem başlatılmasından sorumlu Kamu Politikaları Konuları Yeni kaynak incelenmesi O 3 and PM.5 için revize edilmiş stdlar Küresel ısınma Motorlu taşıt emisyon mevzuatı Yeni Kaynak İncelemesi Yeni kaynak performans stdına ve bariz bozunma göz önüne alınarak düzenlenen kaynaklar Yeni kaynak performans stdında modifiye edilmiş varolan kaynak konusu 1970 den önce yapılan kömür yakmalı enerji tesisleri Clinton yönetim politikası vs. Bush yönetim politikası Revize Edilmiş O 3 ve PM.5 Std.ları O , 1 saatlik standart (10 ppb), 8 saatlik standart (80 ppb) ile yer değiştirmiştir PM 1997, EPA yeni PM.5 standardı yayınladı: yıllık (15 µg/m 3 ) ve 4 saatlik (65 µg/m 3 ) and yıllık tutulan PM 10 standart (50 µg/m 3 ) 006, EPA yıllık PM 10 standardını iptal etti ve 4 saatlik PM.5 standardını (35 µg/m 3 ) aşağı çekti Diğer rakamlar yerine neden.5? Bu değişikliklerin temelleri nelerdir? Küresel Isınma 199 Dünya Zirvesi, Rio de Janeiro 1997 Kyoto Protokolü 01 itibari ile C bazlı emisyonların 1990 seviyelerinin 5.% altına indirilmesi: EU için 8%, US için 7%, JP için 6%, Rusya ve Ukrayna da 1990 seviyesinde kalması ve gelişen ülkeler için herhangi bir gereklilik olmaması kararları Hedeflere ulamka için Hedeflere ulaşmada esneklik nasıl bir yol izlersiniz? ABD senatosu onay vermedi:büyük C salıcıların varlığı ve ABD ekonomisi üzerindeki etkisi nedeniyle 001 de yeniden düzenlenmiştir çünkü ABD dünya C bazlı yakıtlarda 5% lik bir yer teşkil etmektedir ve kişi başına en çok enerji tüketimi bu ülkededir UK ve Almanya nın 007 Küresel Isınma Politikaları Kuzey doğu eyaletleri ve CA nın politikaları 10

122 11/7/01 Motorlu Taşıt Emisyon Yönetmeliği 60 ların ortasındaki duruma göre araç başına 80% daha az emisyon, ki hala 50% HCs/NOx emisyonu, 90% Co ve 50% Zararlı Hava Kirletici Verim çok artmasına rağmen, kirlilik konusunda neden motorlu taşıt emisyonları hala baskın kaynaklardır? Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Gelecek için düşünülenler: kirlilik kontrolü dışında Taşıma kontrolü Yakıt ekonomisi Alternatif yakıtlar- Hibrit, H Yakıt pilleri Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) 11

123 11/7/01 Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) 1

124 11/7/01 Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE) Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE)

125 11/7/01 Hava Kalitesi Yönetimi HAVA KALİTESİNİN KORUNMASI YÖNETMELİĞİ ( tarih ve 1969 sayılı Resmi Gazete) Hava Kalitesi İle İlgili Mevzuatlar ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ ( tarih ve 5699 sayılı Resmi Gazete) ENDÜSTRİ TESİSLERİNDEN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ ( tarih ve 636 sayılı Resmi Gazete) HAVA KALİTESİ DEĞERLENDİRME VE YÖNETİMİ YÖNETMELİĞİ ( tarih ve 6898 sayılı Resmi Gazete) SANAYİ KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ ( tarih ve 777 sayılı Resmi Gazete) Yönetmelikler ilk yazıldıkları halde kalmamakta, sürekli değişen şartlara ve uygulamada görülen eksiklik veya yetersizliklere göre revize edilmektedir. Bakanlığının sayfasında yönetmeliklerle ilgili yapılan değişiklikler yayınlanmaktadır. Hava Kalitesi ve Kirliliği İle İlgili Yönetmeliklerin Genel Amacı; Hava kirliliğinin çevre ve insan sağlığı üzerindeki zararlı etkilerini önlemek veya azaltmak için hava kalitesi hedeflerini tanımlamak ve oluşturmak, tanımlanmış metotları ve kriterleri esas alarak hava kalitesini değerlendirmek, hava kalitesinin iyi olduğu yerlerde mevcut durumu korumak ve diğer durumlarda iyileştirmek, hava kalitesi ile ilgili yeterli bilgi toplamak ve uyarı eşikleri aracılığı ile halkın bilgilendirilmesini sağlamaktır. Hava Kalitesi Mevzuatı Bakanlık olarak başta Çevre Kanunu olmak üzere tüm mevzuat ve uygulamalarda aşağıda yer alan çevre politikalarına önem verilmektedir. Bunlar; Kirlilik Kontrolü kavramı yerine Kirliliğin Önlenmesi kavramının ön planda tutulması, Kirliliğin kaynağında önlenmesi Atıkların minimuma indirilmesi, En iyi teknik ve teknolojilerin kullanılması, Enerjinin verimli kullanılması, İzleme-denetim sisteminin etkin uygulanması, Kirleten öder prensibinin uygulanmasıdır. 1

126 11/7/01 Hava Kalitesi Mevzuatı Hava kalitesinin korunması ve kirliliğinin kontrol altına alınmasına ilişkin esas düzenlemeler 1986 da yayımlanarak yürürlüğe giren HAVA KALİTESİNİN KORUNMASI YÖNETMELİĞİ ile getirilmiştir. Bu Yönetmelik ile; Dış ortam hava kalitesi sınır değerleri, Sanayi tesislerinin emisyon izin prosedürü, Isınma ve motorlu taşıtlarda alınması gereken önlemler gibi hususlar belirlenmiştir. HAVA KALİTESİNİN KORUNMASI YÖNETMELİĞİ Amaç Bu Yönetmeliğin amacı, her türlü faaliyet sonucu atmosfere yayılan is, duman, toz, gaz, buhar ve aerosol halindeki emisyonları kontrol altına almak; insanı ve çevresini hava alıcı ortamındaki kirlenmelerden doğacak tehlikelerden korumak; hava kirlenmeleri sebebiyle çevrede ortaya çıkan umuma ve komşuluk münasebetlerine önemli zararlar veren olumsuz etkileri gidermek ve bu etkilerin ortaya çıkmamasını sağlamaktır. Kapsam Bu Yönetmeliğin hükümleri, belirtilen amaca ulaşmak için; a. Tesislerin kurulması ve işletilmesini, b. Tesislerin, yakıtların, hammaddelerin ve ürünlerin üretilmesi, kullanılması, depolanması, taşınması ve ithalini, c. Motorlu vasıtaların donanımları, çalıştırılmaları ve uymaları gereken keyfiyetleri kapsar. Hava Kalitesi Mevzuatı Isınma amaçlı kullanılan yakma tesislerinden dış havaya atılan kirleticilerin hava kalitesi üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak ve denetlemek için ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ 005 de yayımlanmıştır. Bu yönetmelik ile; Isınma amacıyla kullanılacak katı ve sıvı yakıtların özellikleri, Katı yakıtların torbalı satılmasının zorunlu olduğu, İllerin kirlilik derecelendirmesinin nasıl yapılacağı, Katı, sıvı ve gaz yakıtlı yakma sistemlerinin uyması gereken kural ve koşullar ile birlikte bacadan atılan emisyonlar için sınır değerler belirlenmiştir. Tablo. Çeşitli hava kirleticileri için uyulması gereken uzun ve kısa vadeli sınır değerler

127 11/7/01 ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ Amaç Bu Yönetmeliğin amacı; konut, toplu konut, kooperatif, site, okul, üniversite, hastane, resmi daireler, işyerleri, sosyal dinlenme tesisleri, sanayide ve benzeri yerlerde ısınma amaçlı kullanılan yakma tesislerinden kaynaklanan is, duman, toz, gaz, buhar ve aerosol halinde dış havaya atılan kirleticilerin hava kalitesi üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak ve denetlemektir. Kapsam Bu Yönetmelik; ısınmada kullanılacak yakma tesislerinin özelliklerini ve işletilme esaslarını, yakma tesislerinde kullanılacak katı, sıvı ve gaz yakıtların kalite kriterlerini ve uyulması gerekli emisyon sınırlarını kapsar. a) Kızılötesi ışınımla ısıtma yapan yakma tesisleri başta olmak üzere mevcut teknik gelişmeler sonucunda atık gaz atma tertibatı olmadan çalışan yakma tesislerini, b) İçindekini sıcak atık gaza doğrudan temas etmek suretiyle kurutmak, yiyecekleri sıcak atık gaza doğrudan temas etmek suretiyle pişirmek ve benzer yollarla hazırlamak üzere düşünülüp tasarlanmış yakma tesislerini, c) Koşullara göre, ilk çalıştırmanın ardından geçecek üç aydan daha uzun bir süre aynı yerde çalıştırılması beklenmeyen yakma tesislerini, d) 7/10/004 tarihli ve 5606 sayılı Resmi Gazete'de yayımlanan Endüstriyel Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği kapsamına giren ve ısınma amacı ile kullanılan ve ısıl gücü 1000 kw olan yakma tesislerini, e) Bu Yönetmeliğin 16 ve 17 nci maddelerinde belirtilen yetki belgesine sahip gerçek ve tüzel kişilerin görevleri, Türk Silahlı Kuvvetlerine ait ısınma amaçlı yakma tesislerini, kapsamaz. ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ 3