TEMİZ KAMPÜS; MERKEZİ ISITMA SİSTEMLERİNDEN YAYILAN EMİSYONLARIN HAVA KALİTESİNE ETKİSİ

Transkript

1 Hava Kirliliği ve Kontrolü Ulusal Sempozyumu 28, Ekim 28, HATAY TEMİZ KAMPÜS; SİSTEMLERİNDEN YAYILAN EMİSYONLARIN HAVA KALİTESİNE ETKİSİ Y. Volkan ARINCI 1(*), Eray KEMAHLI 2, Güldem ÜSTÜN 1, Ayşe AKSOY 1 1 İTÜ Kimya-Metalurji Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Maslak-İstanbul 2 Bakırköy Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Bakırköy-İstanbul ÖZET Modern yaşamın bir sonucu olarak ortaya çıkan hava kirlenmesi katı, sıvı ve gaz yakıtların yakılması olmak üzere günlük yaşamın sonucu endüstriyel üretim, ulaşım, ısı ve ışık elde etmek için yapılan faaliyetlerden kaynaklanmaktadır. Çevreye önem verilmemesi hava kirliliğinin her geçen gün büyüyerek artan ve doğal kaynakları kullanılmaz hale getiren bir sorun oluşturmasına neden olmaktadır. Temiz kampüs çalışmamızda, üniversitelerin yaşam alanlarında özellikle kış aylarında merkezi ısıtma sistemlerinde kullanılan yakıtlardan meydana gelen emisyonların hava kalitesine etkisi incelenmiştir. Seçilen bir kampüste, Hava Kalitesi Model Programı (ISCLT3) kullanılarak çeşitli yakıtların yakılması sonucu meydana gelen emisyonların dağılımı incelenmiş ve alternatif yakıt kullanımı durumunda oluşabilecek emisyonların hava kalitesine etkileri belirlenmiştir. Kampüs içinde seçilen alıcı noktalarında sıvı ve gaz yakıtlar kullanılması durumunda oluşan emisyonların etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, ilgili yönetmelikle karşılaştırılarak kampuste yaşayan kişilerin ne kadar etkilendiği, alternatif yakıtlar kullanılmasıyla hava kalitesinin ne oranda arttığı belirlenmiştir. ABSTRACT Nowadays, a major environmental problem, air pollution occurs by the alterations in atmosphere components by means of natural resources and human beings. Transportation, combustion for industry and warming, power plants and industrial activities have been pollution sources formed by mankind and atmospheric pollution consistence shows differences in various regions with respect to the industrial development, population, urbanization, meteorological and topographic conditions. Clean air essential for the health of people and the environment and although significant improvements have been made in many countries over the last two to three decades, air quality -particularly in special areas- remains a priority issue on most national environments agendas. The health aspects of pollution are not yet fully understood but the increase in asthma, other respiratory diseases and certain types of cancer are being linked to pollutants emitted from burners such as carbon monoxide, nitrogen oxides and sulfur dioxide. In this study, contribution to air quality of pollutant which is NO x, CO, SO 2 for different fuels in our university campus, is modeled with EPA approved BREEZE AIR ISCLT3 software and compared with Turkey s related regulation s limiting values followed by assessments done in recipient ambient. ANAHTAR SÖZCÜKLER Hava Kirliliği, Hava Kalitesi, ISCLT3, Azotoksit Kirliliği, Toz Kirliliği, Kükürtdioksit Kirliliği * volkan@itu.edu.tr 64

2 GİRİŞ Hava kirlenmesinin doğal olarak çevre, gerekse insan sağlığı ve insanların kullandıkları eşyalar üzerinde olumsuz etkileri vardır. Bu olumsuz etkileri en aza indirmek amacıyla yönetmelikler yayınlanmıştır. Yönetmelik hükümleri uyarınca tesislerden kaynaklanan baca emisyonlarının ölçülmesi ve bunların önerilen limitlere azaltılması için önlemlerin alınması gerekmektedir. Hava kirliliğini yaratan birçok kaynak vardır. Bunların içinde yanma proseslerinden kaynaklanan kirlilik önem taşımaktadır. Yanma proseslerinden kaynaklanan hava kirleticiler konvensiyonel kirletici grubuna giren, karbonmonoksit, azot oksitler, kükürtdioksit ve partiküler maddelerdir (Arıncı, Y.V.1998). Karbonmonoksit, renksiz, kokusuz ve havanın ortalama mol ağırlığına eşit mol ağırlığında bir gazdır. Bu nedenle hem kaynaklandığı nokta etrafında kolay dağılmayan, hem de varlığı kolay fark edilemeyen zehirli bir gazdır. Azot oksitleri kararlı ve kararsız oksitler olmak üzere iki şekildedir. Azot oksitler grubunda en önemli olanları azotmonoksit (NO) ve azotdioksittir (NO 2 ). Azot oksitler asit yağmurlarına neden olmaktadırlar. Ayrıca fotokimyasal sisin oluşumunda başlıca etkenlerden sayılmaktadırlar. Azotdioksidin insan sağlığına ve bitki örtüsüne zehir etkisi bulunmaktadır. Kükürt oksitler içlerinde en önemli bileşeni kükürtdioksit oluşturmaktadır. SO 2 yanmayan, renksiz bir gaz olup, 3 ppm in üzerinde boğucu bir hisse yol açmaktadır. SO 2 atmosferde hızlı bir şekilde oksitlenerek SO 3 e dönüşmekte ve bu bileşik sülfürik asidin anhidriti olup, yağmur veya yoğuşmuş nem damlacıklarıyla birleşerek havada sülfürik asidin oluşmasına yol açar. Kükürtlü gazların insan sağlığı ile ilişkisi birçok araştırmada incelenmiştir. Bu çalışmalarda havadaki SO 2 seviyeleri ile toplum sağlığının ilişkide olduğu bilinmektedir. SO 2 nin solunum yolu rahatsızlıkları yarattığı, özellikle akciğer yetmezliği ve solunum sistemi hastaları için öldürücü olabildiği düşünülmektedir. Partiküler maddeler, çapları ortalama,2 µm büyük olan ve havada askıda kalabilen maddelerdir. Tozluluk genel olarak ister doğal ister yapay nedenlerden kaynaklansın görüş mesafesini kısaltan güneş ışınlarının absorblandığı bandı değiştiren, insan, hayvan ve bitki sağlığına olumsuz etki yapan bir kirlilik türüdür (Arıncı, 1998). Günlük yaşamımızı geçirdiğimiz ortamların içinde üniversite kampüsleri de bulunmaktadır. Modern yaşamın bir unsuru olarak kullandığımız yakıtlardan kaynaklanan kirleticiler doğal olarak kampüslerimizi de etkilemektedir. Bu nedenle kampüslerdeki yaşantının daha sağlıklı olması için kirletici değeri yüksek olmayan yakıtların kullanılması gerekmektedir. MATERYAL VE METOD Üniversite kampüsümüzün merkezi ısıtma sisteminden kaynaklanan kirliliğin hava kalitesine etkisi EPA onaylı BREEZE AIR ISCLT3 yazılımı (EPA User s Guide for Indutrial Source Complex (ISC) Dispersion Model, 1995) kullanılarak yapılmıştır. Program nokta, alan, hacim ve açık çukur kaynaklarının ve/veya kaynak gruplarının emisyonlarının hava kalitesine katkılarını belirleyecek kapasitededir. Kentsel ve kırsal bölgelerde mevcut alıcı noktalar dışında özel alıcı noktaların da hava kalitesi değerlendirilebilmektedir. Meteorolojik veriler 65

3 rüzgar hızı, stabilite sınıfı ve rüzgar yönüne göre rüzgar frekans dağılımlarını içerir. Model için gerekli meteorolojik veriler, Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü tarafından yayınlanan uzun dönem aylık ortalama iklim verilerinden hazırlanmıştır. Isı merkezi çevresindeki topografya incelenerek yükseltiler okunmuş, topografya grafikleri oluşturulmuştur. Topografik veriler 1/25. standart haritalardan, 1 m lik gridlere bölünerek elde edilmiştir. Model programı için konsantrasyon dağılım alanı 2 km x 2 km olarak seçilmiştir. Bölgeye ait rüzgar gülü ise Şekil 1 de sunulmaktadır. Model programı hava kirliliğine katkı değerlerini ortalama yıl bazında, bölgenin solunum yüksekliği olan 1,6 m seviyesi içinde ve maksimum konsantrasyon bazında hesaplamaktadır. NNW N.6 NNE NW.4 NE WNW.2 ENE W E WSW ESE SW SE SSW S SSE Şekil 1. Bölgeye ait rüzgar gülü Merkezi ısıtma sisteminin bacalarının özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Hava kalitesi model programı ile halen kullanılmakta olan yakıt (doğal gaz) ile CO ve NO x kirleticilerinin emisyon ölçümleri yapılmış ve model programı yardımıyla hava kalitesine etkileri incelenmiştir. Alternatif yakıt olarak kullanılabilecek fuel oil için aynı özelliklere sahip bir yakma sistemi için EPA da belirlenmiş olan emisyon faktörleri (EPA Emission Factor Dokumentation for AP-42, 1995) kullanılarak SO 2 ve toz (PM) emisyon değerleri belirlenmiş ve her iki yakıt için hava kalitesine etkileri Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği (HKDYY) ile karşılaştırılmıştır. Tablo 1. Merkezi Isıtma Tesisi nokta kaynaklarının özellikleri 1. No lu kalorifer kazanı bacası 2. No lu kalorifer kazanı bacası Çap (m) Hız (m san -1 ) Sıcaklık (ºC) Baca Yüksekliği (m) Doğal gaz kullanımında, yakıtta mevcut olmadığı için SO 2 kirleticisinin etkisi ve toz emisyonu yayılımı çok düşük olmasından dolayı bu yakıt için her iki kirleticinin hava 66

4 kalitesine etki değerleri incelenmemiştir. Fuel-Oil yakıtı kullanımında önemli kirleticiler SO 2 ve toz emisyonu olmasından dolayı bu parametreler için hava kalitesine katkı değerleri belirlenmiştir. SONUÇLAR Hava kalitesi model programı ile doğal gaz kullanılarak elde edilen emisyonlar sonucunda hava kalitesine etki değerleri ve bunların Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği sınır değerleri ile karşılaştırılması Tablo 2 de verilmiştir. Alternatif yakıt olarak Fuel-Oil (4 no) kullanılmasıyla hava kalitesine etkisi belirlenmiş ve Yönetmelikle kıyaslamalı olarak Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 2. Doğal gaz yakıt olarak kullanımıyla model programı yardımıyla elde edilen hava kalitesi değerleri ve Yönetmelik sınır değerleri ile karşılaştırılması Bölgede elde edilen maksimum konsantrasyon (model verisi) (µg m -3 ) 67 HKDYY sınır değerleri (µg m -3 ) NO x 93,8 1 CO 255,9 1. Tablo 2 den de görüleceği gibi doğal gaz yakıt olarak kullanıldığında bölgede meteorolojik ve coğrafik şarların etkisiyle emisyonların dağılımı sonucunda elde edilen maksimum hava kalitesi değerleri azot oksitler için, 93,8 µg m -3 ve CO için 255,9 µg m -3 olarak belirlenmiştir. Bu değerler yönetmelik değerleri ile kıyaslandığında sınır değerlerin altında olduğu ancak NO x için sınır değerlere çok yaklaşıldığı görülmektedir. Tablo 3. Fuel-Oil (4 no) yakıt olarak kullanımıyla model programı yardımıyla elde edilen hava kalitesi değerleri ve Yönetmelik sınır değerleri ile karşılaştırılması Bölgede elde edilen maksimum konsantrasyon (model verisi) (µg m -3 ) HKDYY sınır değerleri (µg m -3 ) SO 2 142,2 15 Toz (PM1) 15,6 15 Fuel-Oil yakıt kullanımında çıkan emisyonların hava kalitesine etkisi Tablo 3 ten de görüldüğü gibi SO 2 kirleticisi için 142,2 µg m -3 ve toz için 15,6 µg m -3 olarak belirlenmiştir. Bu değerler de yönetmelik değerleri ile karşılaştırıldığında, sınır değerlerin altında kalmaktadır. Ancak SO 2 kirleticisinin hava kalitesine etkisi sınır değerlere çok yakındır. Doğal gaz kullanımı ile çıkan emisyonların (NO x, CO) hava kalitesine etkilerinin iki ve üç boyutlu olarak dağılımı sırasıyla Şekil 2, Şekil 3, Şekil 4 ve Şekil 5 te verilmiştir. Şekiller incelendiğinde kampüs içinde kirleticilerin dağılımın ancak ısı merkezinin yaklaşık 1-15 m civarında sınırlı kaldığı diğer fakülte binalarına maksimum konsantrasyonların ulaşmadığı gözlenmektedir. Aynı şekilde Fuel-Oil in yakıt olarak kullanımında oluşan kirleticilerin (SO 2, toz) hava kalitesine etkileri iki ve üç boyutlu olarak sırasıyla Şekil 6, Şekil 7, Şekil 8 ve Şekil 9 da verilmiştir. Buradaki dağılım da doğal gaza benzer şekilde sadece merkezi ısıtma sisteminin yakın civarı ile sınırlı kalmaktadır.

5 Kuzey [m] > Güney [m] > Şekil 2. Doğal gaz yakıt kullanılarak NO kirleticisinin hava kalitesine etkisinin iki boyutlu Şekil 3. Doğal gaz yakıt kullanılarak NO kirleticisinin hava kalitesine etkisinin üç boyutlu 68

6 Kuzey [m] > Güney [m] > Şekil 4. Doğal gaz yakıt kullanılarak CO kirleticisinin hava kalitesine etkisinin iki boyutlu Şekil 5. Doğal gaz yakıt kullanılarak CO kirleticisinin hava kalitesine etkisinin üç boyutlu 69

7 Kuzey [m] > Güney [m] > Şekil 6. Fuel-Oil yakıt kullanılarak SO 2 kirleticisinin hava kalitesine etkisinin iki boyutlu Şekil 7. Fuel-Oil yakıt kullanılarak SO 2 kirleticisinin hava kalitesine etkisinin üç boyutlu 7

8 Kuzey [m] > Güney [m] > Şekil 8. Fuel-Oil yakıt kullanılarak toz kirleticisinin hava kalitesine etkisinin iki boyutlu Şekil 9. Fuel-Oil yakıt kullanılarak toz kirleticisinin hava kalitesine etkisinin üç boyutlu 71

9 ÖNERİLER Sonuçlardan da görüleceği gibi temiz bir çevre ve yaşam için minimum kirletici parametreler içeren yakıtların seçilmesi uygundur. Yakma sistemlerinde, kükürt oranı yüksek yakıtların kullanılmasından dolayı SO 2 kirliliği ortaya çıkmaktadır. Bu durum düşük kükürt içerikli yakıtların tercih edilmesiyle kısmen önlenebilmektedir. Azot oksitler kısmen yakıttan, kısmen yakma şartlarına bağlı olarak yayılmaktadır. Bunların yayılımını kontrol altına almak için kontrollü yakma sistemlerinin kullanılması gerekmektedir. Toz partiküller daha çok sıvı yakıt kaynaklıdır. Bunların önlenmesi ise gaz yakıtları tercih etmekle gerçekleşebilecektir. Karbon monoksit tümüyle yakma sisteminin verimli çalışması ve kontrollü yakma ile ilgilidir. Bu kirleticinin kontrol altına alınması sistemin verimli çalışması ile gerçekleşecektir. KAYNAKLAR Arıncı, Y.V., Türkiye çimento endüstrisinin yarattığı hava kirliliği ve modellenmesi, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, EPA User s Guide for Indutrial Source Complex (ISC) Dispersion Model, EPA 454/B-95-39, USEPA Research Triangle Park, N.C., EPA Emission Factor Dokumentation for AP-42, Vol. 1, USEPA Research Triangle Park, N.C., Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği, Resmi Gazete, Türkiye, No.26898, Haziran 6,