İSKENDERUN VE PAYAS TA ATMOSFERİK PM 10 VE PM 2.5 DERİŞİMLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 Hava Kirliliği ve Kontrolü Ulusal Sempozyumu 2008, Ekim 2008, HATAY İSKENDERUN VE PAYAS TA ATMOSFERİK PM 10 VE PM 2.5 DERİŞİMLERİNİN İNCELENMESİ Akif ARI 1, Justin ARGANTE 2, Kees MELIEFSTE 3, Eftade O. GAGA 1(*), Ozan Devrim YAY 1, Sermin ÖRNEKTEKİN 4, Tuncay DÖĞEROĞLU 1, Wim van DOORN 5 1 Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Eskişehir 2 HAS Deb Bosch, Department of Environmental Technology, Hertogenbosch, Netherlands (Hollanda) 3 Institute for Risk Assessment Sciences (IRAS), Division Environmental Epidemiology, Utrecth, Netherlands (Hollanda) 4 Mustafa Kemal Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Hatay 5 Royal Haskoning, Nijmegen, Netherlands (Hollanda) ÖZET Bu çalışmada tarihleri arasında, İskenderun ve Payas ta 4 farklı noktada atmosferik PM 2,5 ve PM 10 örnekleri toplanmış ve kütlesel derişimler belirlenmiştir. PM 2,5 ve PM 10 örneklerinin toplanmasında siklon ve impaktör tipi örnekleyiciler kullanılmıştır. Toplanan örneklerden elde edilen sonuçlara göre yaz mevsiminde PM 2,5 derişimleri İskenderun şehir merkezinde 26,7 µg m -3, İskenderun şehir merkezinden uzak noktada 21,3 µg m -3, Payas şehir merkezinde 28,8 µg m -3 ve Payas sahil kenarındaki örnekleme noktasında 26,4 µg m -3 olarak belirlenmiştir. PM 10 kütle derişimleri ise aynı noktalar için sırasıyla; 60 µg m -3, 59,9 µg m -3, 147,1 µg m -3 ve 125,7 µg m -3 olarak belirlenmiştir ABSTRACT In this study, PM 2,5 and PM 10 samples were collected at 4 different sites in İskenderun and Payas between the periods of and mass concentrations were determined. Cyclone and impactor type samplers were used to collect PM 2.5 and PM 10 samples. According to the results of study; PM 2,5 concentrations are 26,7µg m -3 at İskenderun city center, 21,3 µg m -3 at suburban site of İskenderun, 28,8 µg m -3 at Payas center and 26,4µg m -3 at Payas seaside sampling point. PM 10 mass concentrations are 60 µg m -3, 59,9 µg m -3, 147,1 µg m -3 and 125,7 µg m -3 respectively. ANAHTAR SÖZCÜKLER Hava kirliliği, Partikül Madde, İskenderun, Payas * egaga@anadolu.edu.tr 54

2 GİRİŞ PM 10 ve PM 2,5 doğal kaynaklar ve bazı insan aktiviteleri sonucu direkt olarak atmosfere verildikleri gibi, atmosferdeki bazı kirleticilerin birbirleriyle olan etkileşimleri sonucu, indirekt olarak da oluşabilmektedir. Potansiyel antropojenik PM kaynaklar arasında kömürle çalışan termik santraller, çeşitli endüstriler ve motorlu taşıt emisyonları ilk sıralarda yer almaktadırlar (Sloss ve Smith, 2000). Partiküllerin büyüklüğü, kirletici kaynaklarının belirlenmesi, sağlık etkilerinin, iklim üzerindeki etkilerinin, atmosferdeki kalış sürelerinin ve atmosferden süpürülme mekanizmalarının anlaşılması yönünden çok önemlidir. Volkanik aktiviteler, yangınlar, rüzgarla savrulan toprak partikülleri ve çöl kumları, dalgalar vasıtasıyla atmosfere giren deniz tuzları gibi doğal partikül madde kaynaklarının yanında, kömür ve petrol türevlerinin yanması sonucu oluşan metal buharları ve uçucu küller, tarımsal aktiviteler sonucu atmosfere karışan partiküller, çimento fabrikaları, inşaat çalışmaları, metal ve diğer endüstriler de atmosferdeki partikül maddenin antropojenik kaynakları olarak bilinmektedir (Bayraktar, 2006; Kahramantekin, 2006). İnce partiküllerin insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri uzun zamandır araştırmacılar tarafından önemle üzerinde durulan bir konudur. Akciğerlerdeki alveol olarak adlandırılan hava değişim keseciklerine kadar ilerleyerek; astım, bronşit ve premature ölümleri gibi önemli sorunlara yol açabildiklerinden dolayı, bu konudaki çalışmalar sürekli çeşitlenerek devam etmektedir (Sloss ve Smith, 2000; Brown vd., 2000; Anderson, 2000; Gao vd., 2002; Song vd., 2006). Bazı araştırmacılara göre ise, daha kaba partiküller de (PM 2,5-10 ) farklı biçim ve yollarla solunum sistemine girmekte ve burada birikebilmektedirler. Hatta bu kaba partiküller zehirli olabilecek kimyasalları da barındırabilmektedirler (Castillejos vd., 2000; Chen vd., 2005, Manalis vd., 2005). Sardar vd.(2006) çalışmalarında belirttikleri önemli bir iddia; sağlık kayıtlarından elde edilen solunum yolu rahatsızlıklarıyla ilgili şikayetler ile kaba partiküller arasında anlamlı istatistiksel ilişkilerin olduğu, kaba partiküllerin insan sağlığı için önemli bir tehdit olduğunu düşündürmektedir. Bu çalışmada sonuçları aktarılan ölçüm kampanyası, Hollanda Hükümeti Dışişleri Bakanlığı MATRA programı tarafından desteklenen Eskişehir ve İskenderun da Temiz Hava İçin El Ele isimli proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu projenin en önemli hedeflerinden biri de Eskişehir ve İskenderun mevcut kirlilik durumlarının belirlenerek, temiz hava planlarının hazırlanmasıdır. Bu çalışmada incelenen PM 2,5 ve PM 10 fraksiyonundaki örnekler tarihleri arasında İskenderun ve Payas ta birbirinden farklı 4 ayrı noktada toplanmıştır. Örneklerin günlük kütlesel derişimleri incelenmiştir. Trafik ve endüstri gibi etkenlerin PM derişimlerine etkilerini belirlemeye yönelik çalışmalar yapılmıştır. MATERYAL VE METOD Örnekleme Noktaları İskenderun da İstasyon 1 (İ-1) olarak tanımlanan bölge, İskenderun kent merkezinde Çevik Kuvvet Polis Karakolu nun arka bahçesidir. Bölge, özellikle yaz aylarında evsel ısınma faktörünün de olmayışı sebebiyle nispeten temiz bir bölge olarak tarif edilebilir. İskenderun kent merkezi, hakim rüzgar yönünün genelde güneyden kuzeye doğru olması sebebiyle 55

3 organize sanayi bölgesinden gelen kirliliğe çok fazla maruz kalmamaktadır. İ-1 noktası sadece yakınındaki taşıt yolundaki araçlardan kaynaklanan ( araç sa -1 ) belirli miktarda bir hava kirliliği potansiyeline sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı şehir fon kirlilik seviyesinin ölçülmesi amacıyla seçilmiştir. İstasyon 2 (İ-2) ise, İ-1 e göre şehrin trafikten daha uzak bir noktasında (60-90 araç sa -1 ), Hava kuvvetleri lojmanlarının arka bahçesine kurulmuştur. Son derece sakin bir muhitte bulunan İ-2, özellikle yaz aylarında her türlü kirletici kaynağından uzak, tam olarak şehir fon derişimlerinin ölçülmesi amacıyla kullanılmıştır. İskenderun daki her iki istasyon da yer seviyesinde (1 metre) kurulmuştur. Payas ta kurulan 1 numaralı istasyon (P-1), beldenin iç kesimlerinde, yerden yaklaşık 5 metre yüksekliğe, bir işyerinin düz olan çatısına kurulmuştur. İstasyon, İskenderun organize sanayi bölgesine yaklaşık 3 km uzaklıkta bulunmakla beraber, daha yakınında küçük metal işletmeleri bulunmaktadır. Noktanın yakınındaki bir önemli kirletici kaynağı da Adana-Hatay karayoludur ( araç sa -1 ). Nokta, otoyola yaklaşık 500 metre uzaklıktadır. P-1 noktasının önemli bir özelliği, hakim rüzgar yönünün organize sanayi bölgesinden bu noktaya doğru oluşudur. Payas taki ikinci örnekleme noktası ise, otoyolun diğer yakasında kalan ve sahil kesimine yakın olan, yine yerden yaklaşık 5 metre yükseklikteki P-2 noktasıdır. Bu noktadaki önemli kirletici kaynakları P-1 noktası ile hemen hemen aynıdır. Noktanın P-1 den farkı ise, yakınlarındaki yerleşimin P-1 e göre daha az oluşu ve demir-çelik fabrikası İsdemir e yaklaşık 500 metre uzaklıkta olmasıdır. İskenderun ve Payas taki örnekleme noktaları Şekil 1 de görülmektedir. P-2 P-1 PAYAS İ-1 İSKENDERUN İ-2 Örnekleme Noktaları İskenderun Organize Sanayi Bölgesi Şekil 1. Örnekleme noktaları 56

4 Örnekleyiciler PM 2,5 örneklerinin toplanması için, 3,5 L dak -1 debiyle çalışan bir pompa (BGI 400 S) + siklon sistemi (BGI INSTRUMENTS) (Şekil 2a) kullanılmıştır. PM örnekleri önceden tartımı yapılmış teflon filtreler üzerine toplanmıştır. Yukarıda belirtilen zaman periyodunca, 24 saatlik örnekler bu sistemle toplanmış, alınan örnekler -20 C de saklanmıştır. Son tartım işlemleri, ilk tartım işlemlerinin yapıldığı yer olan IRAS (Hollanda) tartım laboratuvarında, her türlü hatayı minimize edecek şekilde gerçekleştirilmiştir. PM 10 örneklerinin toplanmasında ise 4 L dak -1 debi çekmeye ayarlanmış bir pompa (BGI 400 S) + mini impaktör sistemi (MSP CORP) kullanılmıştır (Şekil 2b). Örnekleme sistemi ise Şekil 2c de görülmektedir. Kullanılan filtreler ve tartımda izlenen metod, PM 2,5 örneklerinde izlenenlerle aynıdır. Şekil 2a. PM 2,5 siklonu Şekil 2b. PM 10 impaktörü Şekil 2c. Örnekleyici sistemi SONUÇLAR PM 2,5 ve PM 10 Derişimleri Gravimetrik analiz sonucu elde edilen günlük PM 2,5 ve PM 10 derişimleri Şekil 3, 4, 5 ve 6 da görülmektedir. 57

5 İ-1 PM 2,5 PM Derişim (µg/m³) Tarih Şekil 3. İskenderun şehir merkezindeki (İ-1) PM derişimleri İ-2 pm2.5 pm Derişim (µg/m³) Tarih Şekil 4. İskenderun şehir merkezinden uzak noktadaki (İ-2) PM derişimleri 58

6 P-1 PM2,5 PM Derişim (µg/m³) Tarih Şekil 5. Payas şehir merkezindeki (P-1) PM derişimleri P-2 PM2.5 PM Derişim (µg/m³) Tarih Şekil 6. Payas şehir merkezinden uzak noktadaki (sahil) (P-2) PM derişimleri Elde edilen veriler incelendiğinde, derişimlerin yaz aylarında özellikle Payas ta oldukça yüksek seviyelerde olduğu göze çarpmaktadır. İnce partikül fraksiyonu için İskenderun merkez ve kenar mahalle ortalama derişimleri sırasıyla 26,7 ve 21,3 µg m -3 iken, Payas merkez ve Payas sahil kenarı için bu derişimler 29 ve 26,4 µg m -3 tür. Aynı günlerde İskenderun merkez ve kenar mahallede ölçülen PM 10 derişimleri sırasıyla 60 ve 59,9 µg m -3 iken, Payas merkez ve sahilde 176 ve 125,7 µg m -3 seviyelerindedir. 59

7 Elde Edilen Derişimlerin Literatürle Karşılaştırılması Farklı şehirlerde ölçülen PM 2,5 ve PM 2,5-10 derişimleri Şekil 7 de görülmektedir. PM 2,5 derişimleri genel olarak Pekin de ölçülen derişimler hariç tutulduğu takdirde, birçok farklı kentle benzerlik göstermektedir. PM 10 derişimlerine bakılacak olursa; İskenderun merkezde ölçülen derişimlerin, tipik şehir fon derişimlerini yansıttığı söylenebilir. Payas ta ölçülen PM 10 derişimleri ise, literatürde çok fazla rastlanmayacak derecede yüksektir. Bölgenin bir yerleşim alanı olduğu da göz önüne alınacak olursa, bu derişimlerin bölgede yaşayan insanlar üzerinde oluşturacağı riskler gözardı edilemez seviyededir. PM10 PM2, Derişim (ug/m³) Erzurum Kış(1) Erzurum Yaz(1) İzmir Kış(2) İzmir Yaz(2) Barcelona(3) Zurich(4) Norwich(5) Pekin(6) Paris(5) Kuopio(7) Bangkok(8) Porto Allegre(9) Bern(4) İskenderun Merkez Payas Merkez Şekil 7. Farklı şehirlerde ölçülen PM 2.5 ve PM 10 derişimleri 1: Bayraktar, : He ve diğ., : Yatkın ve Bayram, : Hosiokangas vd., : Rodriguez vd., : Chuersuwan vd., : Hueglin vd., : Dallarosa vd., : Götschi vd., 2005 SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Bu çalışma kapsamında İskenderun ve İskenderuna bağlı bir belde olan Payas ta 4 ayrı noktada günlük PM 2,5 ve PM 10 derişimleri ölçülmüştür. Özellikle PM 10 için Payas ta oldukça yüksek derişimlere rastlanmıştır. Payas ta ölçülen yüksek derişimlerin sebebinin büyük bir olasılıkla bölgeye oldukça yakın olan organize sanayi sitesi (ağırlıklı olarak demir-çelik endüstrisi) olduğu düşünülmektedir. Daha çok yanma kaynaklı olduğu bilinen kaba partiküllerin yüksek derişimlerde olmasının, bölgede yaşayan insanların sıklıkla şikayetçi olduğu solunum sistemi rahatsızlıklarıyla yakından ilişkili olabileceği düşünülmektedir yılında yürürlüğe giren Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği ndeki PM 10 sınır değerleri ile ölçülen değerler karşılaştırıldığında; İskenderun kent merkezinde alınan toplam 16 örnekten 11 tanesinin yönetmelikte belirtilen 50 µg m -3 sınır değerini (1 yılda 35 defadan fazla aşılmaması gereken değer) aştığı (55-84 µg m -3 )görülmektedir. İskenderun da merkezden uzak noktada alınan 16 örnekten ise yine 11 tanesinin yönetmelikte belirtilen değeri aştıkları (52-90 µg m -3 ) görülmüştür. Payas ta ölçülen PM 10 derişimlerinin ortalamalarının ise her iki noktada da yönetmelikte belirtilen değerin yaklaşık 3 katı (150 µg 60

8 m -3 ) olduğu görülmektedir. Payas merkezde ölçülen PM 10 derişimlerinin 15 tanesi yönetmelikte belirtilen 50 µg m -3 sınır değerin üzerindedir ( µg m -3 ). Sınır değerin altındaki ölçüm sonucu da 48 µg m -3 e tekabül etmektedir. Yatay doğrultuda İskenderun Organize Sanayi Bölgesi ne daha yakın olan Payas taki ikinci örnekleme noktasında ölçülen PM 10 derişimlerinin tamamı 50 µg m -3 ün üzerindedir ( µg m -3 ). Yönetmelikte henüz PM 2,5 için herhangi bir sınır değer bulunmamaktadır. Fakat Amerikan Çevre Koruma Ajansı (USEPA) nın belirlediği 15 µg m -3 lük sınır değer örnekleme noktalarının tamamında aşılmaktadır. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında, toplanan partikül madde örneklerinde yapılacak olan ağır metal, kurum (soot), 1-nitropyrene, Çok Halkalı Aromatik Hidrokarbon (PAH) ve Çok Klorlu Bifenil (PCB) analizleri, bölgedeki kirlilik seviyesinin ve kaynakların belirlenmesinde daha net sonuçlara ulaşılmasını sağlayacaktır. TEŞEKKÜR Bu çalışma, Hollanda Hükümeti Dış İşleri Bakanlığı MATRA programı tarafından finansal olarak desteklenmektedir. Yazarlar, maddi desteklerinden dolayı: Hollanda Hükümeti Dış İşleri Bakanlığı MATRA programına, lojistik desteklerinden dolayı: Payas Belediyesi ne, İskenderun Emniyet Müdürlüğü Çevik Kuvvet Büro Amirliği ne, Hava Kuvvetleri Komutanlığı İskenderun Personel Lojmanları personeline, Hatay İl Çevre Orman Müdürlüğü ne, Mustafa Kemal Üniversitesi Rektörlüğü ve Mustafa Kemal Üniversitesi İskenderun Meslek Yüksekokulu Çevre Kirlenmesi ve Kontrolü Programı öğrencileri ve personeline teşekkür ederler. KAYNAKLAR Anderson, H.R. Differential epidemiology of ambient aerosols, Philosophical Transactions of The Royal Society of London Series A- Mathematical Physical and Engineering Sciences, 358, , Bayraktar, H. Erzurum Kent Atmosferinde Partikül Madde Kompozisyonu, Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Brown, D.M., Stone, V., Findlay, P., Macnee, W. ve Donaldson, K. Increased inflammation and intracellular calcium caused ultrafine carbon black is independent of transition metals or other soluble components, Occupational and Environmetal Medicine, 57 (10), , Castillejos, M., Borja-Aburto, V.H., Dockery, D.W., Gold, D.R. ve Loomis, D. Airborne coarse particles and mortality, Inhalation Toxicology, 57 (10), , Chen, Y., Yang, Q.Y., Krewski, D., Burnett, R.T., Shi, Y.L. ve Mcgrail, K.M. The effect of coarse ambient particulate matter on first, second, and overall hospital admissions for respiratory disease among elderly, Inhalation Toxicology, 17 (12), , Chuersuwan, N., Nimrat, S., Lekphet, S. ve Kerdkumrai, T. Levels and major sources of PM 2.5 and PM 10 in Bangkok Metropolitan Region, Environment International, Article in Press,

9 Covert, D. S., Kapustin, V. N., Quinn, P. K. ve Bates, T. S. New particle formation in the marine boundary layer, Journal of Geophysical Research, 97: , Dallarosa, J., Teixeria, E.C., Meira, L. ve Wiegand, F. Study of the chemical elements and polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric particles of PM 10 and PM 2.5 in urban and rural areas of South Brazil, Atmospheric Research, Article in Press, Finlayson-Pitts, B. J. ve Pitts, J. N. Atmospheric Chemistry Fundamentals and Experimental Techniques, Wiley, New York, Gao, Y., Nelson, E.D., Field, M.P., Ding, Q., Li, H., Sherrell, R.M., Gigliotti, C.L., Van Ry, D.A., Glenn, T.R. ve Eisenreich, S.J. Characterizaton of atmospheric trace elements on PM 2.5 particulate matter over the New York - New Jersey harbor estuary, Atmospheric Environment, 36, , Götschi, T., Arx, M.E.H., Heinrich, J., Bono, R., Burney, P., Forsberg, B., Jarvis, D., Maldonado, J., Norbäck, D., Stern, W.B., Sunyer, J., Toren, K., Verlato, G., Villani, S. ve Künzli, N. Elemental composition and reflectance of ambient fine particles at 21 European locations, Atmospheric Environment, 39, , Harrison, R.M. Key Pollutants; airborne particles, Science of the Total Environment, : 3 8, He, K., Yang, F., Ma, Y., Zhang, Q., Yao, X., Chan, C.K., Cadle, S., Chan, T. ve Mulawa, P. The characteristics of PM 2.5 in Beijing, China, Atmospheric Environment, 35, , Hosiokangas, J., Ruuskanen, J. ve Pekkanen, J. Effects of soil dust episodes and mixed fuel sources on source apportionment of PM 10 particles in Kuopioi Finland, Atmospheric Environment, 33, , Hueglin, C., Gehrig, R., Baltensperger, U., Gysel, M., Monn, C. ve Vonmout, H. Chemical characterisation of PM 2.5, PM 10 and coarse particles at urban, near-city and rural sites in Switzerland, Atmospheric Environment, 39, , Kahramantekin, T.A. Atmosferik Partiküllerde İyon Analizi ve İstatistiksel Değerlendirme, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, Kleefeld, S., Hoffer, A., Krivacsy, Z. ve Jennings, SG. Importance of organic and black carbon in atmospheric aerosols at Mace Head, on the West Coast of Ireland, Atmospheric Environment, 36, , Kuhlbusch, T.A.J., Hertlein, A.M. ve Schutz, L.W. Sources, determination, monitoring, and transport of carbonaceous aerosols in Mainz, Germany, Atmospheric Environment, 32(6), , Manalis, N., Grivas, G., Protonotarios, V., Moutsatsou, A., Samara, C. ve Chaloulakou, A. Toxic metal content of particulate matter (PM 10 ), within the Greater Area of Athens, Chemosphere, 60, ,

10 Müezzinoğlu, A. Hava Kirliliğinin Kontrol Esasları, Dokuz Eylül Yayınları, İzmir, Rodriguez, S., Querol, X., Alastuey, A., Viana, M.M., Alarcon, M., Mantilla, E. ve Ruiz, C.R. Comparative PM 10 -PM 2,5 source contribution study at rural, urban and industrial sites during PM episodes in Eastern Spain, Science of the Total Environment, 328, , Sardar, S.B., Geller, M.D., Sioutas, C. ve Solomon, P.A. Development and evaluation of a high-volume dichotomous sampler for chemical speciation of coarse and fine particles, Aerosol Science, 37, , Sloss, L.L. ve Smith, I.M., PM 10 and PM 2.5 : an international perspective, Fuel Processing Technology, 65-66, , Song, Y., Zhang, Y., Xie, S., Zeng, L., Zheng, M., Salmon, L.G., Shao, M. ve Slanina, S. Source apportionment of PM 2.5 in Beijing by positive matrix factorization, Atmospheric Environment, 40, , Yatkın, S. ve Bayram, A. Elemental composition and sources of particulate matter in the ambient air of a Metropolitan City, Atmospheric Research, 85, ,