HAVA KİRLİLİĞİ ve KONTROLÜ

Transkript

1 HAVA KİRLİLİĞİ ve KONTROLÜ BELGİN BAYAT Doç. Dr., Çukurova Üniversitesi, Müh. Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü Balcalı / ADANA H ava, tıpkı su ve toprak gibi kirlenebilen bir ortamdır. Bunlardan farklı olarak bir insan günlerce aç susuz yaşayabileceği hâlde nefes almadan birkaç dakikadan fazla yaşayamaz. Bu yüzden hava, içindeki tüm doğal bileşenleri ile yaşam için zorunlu en kutsal bir haktır. Yapılan çalışmalar normal temiz kuru havanın doğal bileşiminin Çizelge 1 de verildiği gibi olduğunu göstermiştir. Çizelge 1 Normal temiz kuru havanın doğal bileşimi (10-6 hacim/1hacim= 1ppm) (Müezzinoğlu, 1987). BİLEŞEN DERİŞİM, ppm N O Ar 9340 CO Ne 18 He 5.2 CH Kr 0.5 H Xe 0.08 NO O Belgin Bayat, Hava Kirliliği ve Kontrolü, Bilim ve Aklın Aydınlığında Eğitim, S. 135, Mayıs 2011, ss Ayrıca havada çok küçük derişimlerde Kükürt oksitler, Sodyum klorür, Amonyak, Formaldehit, İyot, Tuzlar ve Çiçek tozları ile %1-3 arasında değişen derişimlerde su buharı bulunmaktadır. 55

2 BİLİM ve AKLIN AYDINLIĞINDA EĞİTİM Atmosferin doğal bileşiminde (Çizelge 1) bulunmayan veya atmosferin doğal bileşiminde bulunduğunda önemli ölçülerde farklı derişimlerde olabilen maddeler Yabancı Madde veya Kirletici olarak tanımlanır. Bu duruma göre Hava Kirliliği; atmosferde yabancı maddelerin insan sağlığına ve faaliyetlerine, diğer canlıların sağlığına ve faaliyetlerine, eşyalar üzerine ve estetik ölçülere etki yapacak miktar ve sürelerde bulunması olarak tanımlanır. Bu kirletici maddeler gaz veya 1 mikrondan daha büyük katı veya sıvı madde zerrecikleri olabilir. HAVA KİRLETİCİLERİ Gaz Kirleticiler: Hava kirlenmesine neden olan gaz kirleticiler, normal sıcaklık ve basınç altında gaz formunda bulunan maddeler ile normal sıcaklık ve basınç altında katı veya sıvı hâlde bulunan maddelerin buharlarından meydana gelir. Gaz hâlindeki kirleticilerin en önemlileri: - Kükürt Oksitler (SO X ) : Havadaki kükürt oksitler içerisinde en önemli pay kükürt dioksit (SO 2 ) gazına aittir. SO 2 gazı renksiz bir madde olup ppm derişimlerde ağızda karakteristik bir tat bırakmakta, 3.0 ppm in üstünde ise boğucu bir hisse yol açmaktadır. Atmosferde oldukça hızlı bir oksitlenmeyle kükürt trioksit (SO 3 ) ve sülfatlara dönüşür. SO 3, sülfürik asitin anhidriti olup; yağmur veya yoğuşmuş nem (sis) damlalarıyla birleşerek havada bu asitin oluşmasına neden olur. Kükürt oksitler gaz kirletici olarak zararlı etkileri olduğu gibi partiküler maddelerle birleştiklerinde sülfürlü smok oluşturarak daha tehlikeli hâle gelirler. En önemli doğal kaynağı volkanlar olup insan faaliyetlerindeki kaynakları ise yanma olayları, ulaşım araçları, endüstriler ve çöplerin yakılmasıdır. - Azot Oksitler (NO X ) : Azotun oksijenle verdiği bileşiklerin toplamını ifade eden en önemli kirletici gazlardandır. Bu bileşikler arasında özellikle azot monoksit (NO) ve azot dioksit (NO 2 ) önem taşır. Azot monoksit; renksiz, kokusuz ve oksijen ile azot gazının yüksek sıcaklıkta reaksiyonu sonucu oluşan bir gazdır. Azot dioksit; yakıcı bir kokuya sahip kırmızımsı renkli, azot monoksitin oksijenle güneş ışığı altında verdiği reaksiyonla oluşan bir gazdır. Suya fazla ilgisi nedeniyle su ile reaksiyona girerek nitrik asit ve nitröz asite dönüşür. Doğal kaynaklar arasında bakteriyolojik faaliyetler başta gelir. Bu faaliyetler aynı zamanda toplam azot oksit birikiminin önemli bir kısmını oluşturur. İnsan faaliyetlerine dayalı kaynakları; yanma olayları, ulaşım araçları ve endüstrilerdir. - Karbon Monoksit (CO): Renksiz, kokusuz ve havanın mol ağırlığına eşit mol ağırlığında yanabilen bir gaz olan CO bu yüzden hem kaynaklandığı nokta etrafında iyi dağılmayan, hem de varlığı kolay fark edilmeyen zehirli bir gazdır.atmosferde kolay kolay yok olmaz, ömrü 2-4 ay kadardır. Normal koşullar altında oksitlenerek CO 2 dönüşümü çok azdır. Bu dönüşüm genellikle yüksek sıcaklıkta gerçekleşir. CO doğal olarak volkanlar, şimşekler ve bazı deniz mikroorganizmaları tarafından üretilirler. İnsan faaliyetlerine dayalı kaynakları; yanma olayları, ulaşım araçları ve endüstrilerdir. - Hidrokarbonlar (HC): Esas olarak karbon ve hidrojenden oluşan organik yapıya sahip bileşiklerdir. Bunların bileşiminde karbon ve hidrojen dışında başlıca oksijen, azot, klorür, fosfor, kükürt bulunabilir. Hidrokarbonlar çoğunluğu petrol türevlerinden oluşan organik yapıdaki maddelerdir. Bunlar aromatik, alifatik ve halkalı yapıda olabilirler. Dört karbona sahip bileşikler çoğunlukla gaz hâlinde bulunurlar. Sekiz karbona sahip bileşikler sıvı veya buhar basınçları genellikle yüksek olduğundan buhar hâlinde olurlar. Çevre kirlenmesinde hidrokarbonların gaz ve buhar hâlinde olanları önem taşır. Doğal kaynakları arasında bataklıklar, jeotermal enerji elde edilen bölgeler, doğal gaz ve petrol çıkarma yerleri ve kömür yatakları sayılabilir. İnsan faaliyetlerine dayalı başlıca kaynakları; ulaşım araçları, petrol rafinerisi ve petrokimya endüstrileridir. - Oksidanlar (O X ): Hidrokarbonlar ve azot oksitleri parametresi kapsamında bulunan bileşiklerin atmosferde güneş ışığı etkisi ile oluşan fotokimyasal reaksiyonlar sonucu oluşturdukları radikal yapıdaki maddelerdir. Oksidanlar oldukça kararsız ve yüksek oksitleme gücüne sahip bileşiklerdir. Bu nedenle oksidanlar oksijenin oksitleyemediği maddeleri oksitleyebilen maddeler olarak da bilinirler. Oksidanlar değişik yapıda olabilirler. En çok bilinen ve atmosferde 56

3 MAYIS SAYI 135 belirli derişimlere erişebilen başlıca oksidanlar ozon ve peroksiasetilnitrat (PAN) tır. Partikül Hâlindeki Kirleticiler: - İnce Tozlar: Tek molekül boyutundan (0,0002μ) büyük, 500μ dan küçük havada kolloidal hâlde veya kaba askı maddesi hâlinde bulunan katı ve sıvı taneciklere denir. Doğal kaynakları, rüzgâr, erozyon, yanardağ patlamaları; insan faaliyetlerine dayanan kaynakları yanma olayları, ulaşım araçları ve çimento, petrokimya, demir-çelik, maden ocakları gibi endüstri faaliyetleridir. - Kimyasal Dumanlar (Fume): Buharların sublimleşme, damıtma veya kimyasal metodlardan biri ile yoğunlaştırılması neticesinde meydana gelen bir metal oksittir. Kimyasal dumanlara örnek olarak yüksek sıcaklıkta gaz hâline gelmiş metalin oksitlenmesi ve yoğunlaştırılması sonucunda meydana gelen civa ve kurşun oksitler gösterilebilir. Tipik kimyasal dumanların çapları oldukça küçük olup 0,03-0,3μ arasında değişir. - Kimyasal Buharlar (Mist): Herhangi bir buharın kimyasal olarak yoğunlaşması sonucunda meydana gelen sıvı zerrecikleridir. Bu tip kirleticilere en iyi örnek, sülfirik asit buharlarının ortaya çıkışıdır. Kimyasal buharların çapları 0,5-3,0μ arasında değişir. -Yanma Dumanları (Smok): Karbonlu maddelerin yakılması sırasında yanmanın tam olmaması sonucunda meydana gelir. Yanma sırasında hidrokarbonların, organik asitlerin, kükürt oksitlerin ve azot oksitlerin meydana gelmesine rağmen sadece karbonlu maddelerin tam olarak yanmaması sonucunda ortaya çıkan katı zerrecikler Yanma Dumanı (Smok) olarak isimlendirilir. Bu dumanların çapları yaklaşık olarak 0,05-1μ arasında değişmektedir. - Spray: Herhangi bir sıvı maddenin atomlarına ayrılması sonucu meydana gelen sıvı zerrecikleridir. KİRLETİCİ KAYNAKLAR Hava kirleticilerinin pek çoğu doğal olaylar sonucunda atmosfere verilmektedir. Doğal olarak meydana gelen partiküller; çiçek tozu zerreleri, mantar sporları, tuz sprayleri, orman yangını dumanları ve volkanik olaylarda ortaya çıkan ince tozlardan ibarettir. Doğal olarak ortaya çıkan gaz hâlindeki kirleticilere örnek olarak; hemoglobin maddesinin ayrışmasından meydana gelen CO, kükürt içeren amino asitlerin bakteri faaliyetleri ile ayrışması sonucu meydana gelen H 2 S, azot oksitler ve CH 4 gazları sayılabilir. İnsan faaliyetleri sonucu ortaya çıkan kirleticiler; yakma olayları (ısınma, enerji elde etme vb.), ulaşım araçları ve sanayi kuruluşlarından kaynaklanır. Yakma tesislerinde ortaya çıkan kirletici emisyonlar, partikül hâlinde kirleticiler olup uçucu küller, yanma dumanları, kükürt ve azot oksitlerden ibarettir. Meydana gelecek kükürt oksitler, kullanılan yakıttaki kükürt miktarının bir fonksiyonudur. Azot oksitler yüksek sıcaklıkta atmosferdeki azotun termal olarak bağlanması sonucu ortaya çıkar. Normal olarak her yakma tesisinin işletilmesi sırasında sürekli olarak azotdiokside (NO 2 ) dönüşen azot oksit (NO) meydana gelir. Yakma tesislerinde meydana gelen diğer kirleticiler; organik asitler, aldehitler, amonyak (NH 3 ), ve karbon monoksitten (CO) ibarettir.meydana gelen CO miktarı yakma tesisinin verimine bağlıdır. Ulaşım araçlarının neden olduğu en önemli kirleticiler eksoz gazlarıdır. Otomobillerin neden olduğu partikül hâlindeki kirleticiler duman (smok) ve kurşun zerreciklerinden ibarettir. Kurşun zerrecikleri halojen bileşikler hâlindedir. Duman, motordaki eksik yanma sonucunda meydana gelirken, kurşun emisyonları doğrudan benzine darbe önleyici olarak karıştırılan kurşun tetraetil den dolayı ortaya çıkmaktadır. Nakil araçlarının neden olduğu gaz hâlindeki kirleticiler, CO, azot oksitler ve hidrokarbonlardan ibarettir. Hidrokarbonlar motordaki eksik yanma ve yağ karterindeki, karbüratördeki ve benzin deposundaki buharlaşmadan ileri gelmektedir. Sanayi tesislerinden atmosfere verilen emisyonlar çeşitli fabrikalara göre değişir. Bunun için akla gelebilen her türlü kirletici çeşitli sanayi kuruluşlarından atmosfere verilebilir. Her tip sanayi için neden olduğu kirleticiler ayrı ayrı etüt edilmelidir. KİRLETİCİLERİN ÇEVREYE ETKİLERİ Kirleticilerin Bitkiler Üzerine Etkisi Hava kirlenmesi bitkiler üzerine üç şekilde etki eder: 1-Yaprak 57

4 BİLİM ve AKLIN AYDINLIĞINDA EĞİTİM dokularının zedelenmesi, 2- Yaprakların sararması veya başka renklere dönüşerek yeşilliğini kaybetmesi, 3- Büyümenin yavaşlaması. Hava kirlenmesinde yem bitkileri, süs bitkileri ve yenebilen sebzeler büyük ölçüde etkilenir. Büyüme yavaşlar, meyveler küçülür ve besi değeri düşer, çiçekler tahrip olur. Kükürt dioksit; yonca, pamuk, buğday ve elma türlerine çok etki eder. 0,3ppm derişimine sekiz saat maruz kalan bu bitkiler büyük hasar görürler. Çayır ve çam kozalarına floridler çok etki ederler. Ozon; 0,15ppm derişiminde domates, patates, tütün, benekli fasulye ve ıspanak gibi bitkilere zarar verir. PAN sebze yapraklarını bronzlaştırmaktadır. 0,01ppm derişiminde PAN a altı saat maruz kalan lahana ve benekli fasulye büyük hasara uğrar. Kirleticilerin Hayvanlar Üzerine Etkisi Hava kirlenmesi, hayvanların sağlığına da etki etmektedir. Geçmişte kazara meydana gelen büyük hava kirlenmesi vakaları kirleticilerin hayvanları öldürebileceğini doğrulamıştır. Örneğin; Pensilvanya da 1948 de hava kirlenmesinden kanaryaların %20 si, köpeklerin %15 i büyük ölçüde etkilenmiştir yılında Londra da meydana gelen bir hava kirlenmesi olayında 351 sığırdan 52 tanesi ciddi şekilde hastalanmış ve bunların 14 ü ölmüş veya öldürülmek zorunda kalınmıştır. Kronik zehirlenmeler genel olarak yem bitkilerinde absorbe edilen kirleticilerden ileri gelmektedir. Bu tip zehirlenmelere neden olan ağır metaller, arsenik, kurşun ve molibdendir. Örneğin; 1955 yılında Almanya da atların ve sığırların çinko (Zn) ve kurşundan (Pb) zehirlendikleri kayıtlıdır. Kurşun ve çinko dökümhanelerinin etkili olduğu 5km.lik bir çember içinde otlayan atlar ve sığırlar büyük ölçüde etki altında kalmıştır. Fabrikaların civarında toplanan toz numunelerinde kurşun %17-45, çinko ise %5-23 arasında bulunmuştur. Çiftlik hayvanlarına en çok etki eden diğer kirletici de floridlerdir. Özellikle sığırlar ve koyunlarda diş hastalıklarına neden olur. Kirleticilerin Eşyalar Üzerine Etkisi: Hava kirlenmesinin eşyalar üzerindeki en çok bilinen etkisi bina cephelerinde, kumaşlar ve diğer eşyalar üzerinde lekeler meydana gelmesidir. Yüzeyler üzerine 0,3μ büyüklüğündeki smokların birikmesi sonucu söz konusu bozulma ve lekeler meydana gelmektedir. Zamanla bu birikme yüzeyi tahrip ederek veya rengini değiştirerek kendini belli eder. Hava kirlenmesinin malzemelere olan bir diğer etkisi korozyonu hızlandırmasıdır. Özellikle kükürtdioksit çürümeyi son derece hızlandırır. Ozon; kauçuk ve lastik malzemenin esnekliğini kaybetmesine neden olur. H 2 S kurşunlu boyalar üzerine son derece zararlı etki yapar ve nemli havalarda kurşunlar tepkimeye girerek kurşun sülfit oluşumuna neden olur. Kirleticilerin İnsanlar Üzerine Etkisi - Partikül Hâlindeki Kirleticiler: Partiküllerin solunum organlarındaki birikme yerleri ve buradaki kalma süreleri bir takım fiziksel faktörlere ve özellikle zerreciklerin büyüklüğüne bağlıdır. Kirleticilerin, akciğerlerin hava torbalarının (Alvelor) bulunduğu bölgede birikmesi özellikle önemlidir. Çünkü bu bölgede partikülleri uzaklaştırmaya yarayan ve silia adı verilen tüycükler mevcut değildir. Bunun için zerrecikler bu bölgede izafi olarak uzun süre kalabilir.0,1μ dan daha küçük çaplı olan zerrecikler, Brownian hareket sayesinde akciğerlerin hava torbalarına kadar gitmekte ve buradaki çukurlara (Alveoli) yerleşmektedir.iri zerrecikler ancak solunum yollarındaki tüycükler tarafından yakalanmadıkları taktirde akciğerlerin bu bölgelerine kadar gelebilir. Genel olarak 1,0μ dan büyük zerrecikler bu bölgeye ulaşmadan tutulur. Zerreciklerin akciğerlerde birikme miktarlarını etkileyen diğer faktörler; nefes alma sıklığı ve nefes alıp verme esnasında akciğerlerin hacminde meydana gelen değişmenin büyüklüğüdür. Düşük nefes alma sıklığı sonucunda birikme yüzdesi yüksek olmaktadır. Bunun nedeni düşük nefes alma sıklığında partiküllerin kalma süresinin artmış olmasıdır. Nefes alma sırasında ciğer hacmindeki değişikliğin büyük olması, çok miktarda havanın içeri çekilmesini gerektirdiğinden, hava ile birlikte içeri giren zerreciklerin miktarı da çok olmakta ve birikme yüzdesi artmaktadır. Partiküllerin akciğerlerde birikmesinden sonra bunların dışarı atılması değişik yollarla olabilir. Bunlardan biri silia denilen tüycüklerin faaliyetleri ile parçacıkların balgamla birlikte solunum yollarından 58

5 MAYIS SAYI 135 dışarı atılmasıdır. Bir diğer yol ise aksırmak veya öksürmer suretiyle zerreciklerin vücudu terk etmesidir. Bu arada akciğere kadar gitmiş olan zerreciklerden çözünebilir karakterde olanlarının kana karıştığı unutulmamalıdır. Kirlenmiş havada insanlar için en tehlikeli olan zerreciklerden biri sülfürik asittir (H 2 SO 4 ). Sülfürik asitin etkisi, bileşimindeki sülfür iki oksidin üst solunum yollarının ve balgam çıkarmaya yarayan dokuların tahriş edilmesi ve bronşların daralması şeklinde görülür. Sülfürik asit, sülfür iki oksit ile molekül olarak karşılaştırıldığında sülfürik asitin fizyolojik etkisi 4-20 kat daha etkindir. Hava kirleticileri arasında en çok bilinen bir diğer partikül de kurşun zerrecikleridir. Atmosferdeki kurşun zerrecikleri esas olarak benzine ilave edilen kurşundan ileri gelmektedir. Araştırmalar, kurşun zerreciklerinin kırmızı kan hücrelerinin gelişmesi ve olgunlaşmasına etki ettiğini göstermiştir. Kurşun zerrecikleri kanda ve idrarda birikmektedir. Araştırmalar, şehirlerde yaşayan insanların kan ve idrarlarındaki kurşun miktarlarının, kır yerleşmelerinde yaşayanlara nazaran daha yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca sigara içenlerdeki kurşun miktarının içmeyenlere nazaran yüksek olduğu görülmüştür. Ancak, insan vücudundaki kurşunun sadece atmosferden değil içilen su ve alınan gıda ile de vücuda girebileceği unutulmamalıdır. Diğer bir kirletici de Berilyum elementi olup 0,1μg/m 3 derişiminde zehirli olduğu görülmüştür. Gazların akciğerlerden kana karışmasını kolaylaştırır. Belirtileri; kilo kaybetme, nefes darlığı, öksürük ve bazen de kemik dokularında değişiklik yapmasıdır. Berilyuma kanda ve idrarda rastlanır. - Gaz hâlindeki Kirleticiler: Kükürtdioksit (SO 2 ); suda ve dolayısıyla vücut sıvısında (kanda) büyük ölçüde çözünebilen bir gazdır. Bunun en önemli etkisi üst solunum yollarının cidarlarını zedeleyerek neticede hava akışına olan mukavemetini azaltmasıdır. Araştırmalar kükürtdioksidin, sodyum klorid gibi aerosoller(gaz ortamda askı hâlinde bulunan çok küçük zerrecikler) ile birlikte bulunması hâlinde çok daha tehlikeli olduğunu göstermiştir. SO 2 nin etkisi kronik olmaktan ziyade akut olarak meydana gelmektedir. Kükürtdioksit aynı zamanda solunum sisteminin koruyucusu olan tüycüklere de zarar verir. Azotdioksit (NO 2 ); akciğerlere etki eden bir diğer kirleticidir. Kanamalara neden olur. Azot oksitler hemoglobin ile birleşerek kararlı bir formda nitrikoksit-hemoglobin yapmakta ise de zararlı bir etkisi görülmemiştir. Ozon(O 3 ); akciğerlerde kanama ve tıkanmalara yol açar. Karbon monoksit (CO); kandaki hemoglobin ile birleşerek karboksihemoglobin yapar. İnsan kanındaki hemoglobin CO ile birleşmeye karşı, oksijene nazaran 210 defa daha fazla ilgi duyduğundan, kanda oksijen taşınması engellenir. Karboksihemoglobin teşekküllü hücrelere oksijen taşıyan hemoglobini büyük ölçüde azaltır ve oksijen eksikliğinden ölümler meydana gelir. Ayrıca CO, oksihemoglobin teşekkülünü geciktirerek oksijenin kandaki çözünürlüğünü azaltır. Aldehit derişimleri ile ortaya çıkan göz rahatsızlıkları arasında lineer bir korelasyonun bulunduğu tespit edilmiştir. Organik gazlardan özellikle formaldehit önem taşır. Etkileri SO 2 gibidir. Hava kirlenmesinin solunum yolu hastalıklarına yol açtığı bilinmektedir. Akciğer kanseri, astım ve anfizen en çok rastlanan kronik hastalık tipleridir. KAYNAKLAR DAVIS, Mackenzie L., ve CORNWELL, David A.; Introduction to Environmental Engineering McGraw-Hill International Editions, 822 s., Singapore (1991). HARRISON, Roy M.; Pollution: Causes, Effects and Control The Royal Society of Chemistry, 393 s., Cambridge (1990). KARPUZCU, Mehmet; Çevre Kirlenmesi ve Kontrolü Kubbealtı Akademisi Kültür ve Sanat Vakfı Yayınları, 318 s., İstanbul(1991). MÜEZZİNOĞLU, Aysen; Hava Kirliliğinin ve Kontrolünün Esasları Dokuz Eylül Üniversitesi Yayınları, 292 s., İzmir(1987). 59