Prof.Dr. Tolga ELBİR. Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, Buca/İzmir. tolga.elbir@deu.edu.

Transkript

1 Prof.Dr. Tolga ELBİR Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, Buca/İzmir tolga.elbir@deu.edu.tr

2 Kirletici Kaynak (Pollutant Source) Hava kirliliğine neden olan tüm aktivitelerdir.

3 Kirletici Kaynak Türleri İnsan faaliyetleri esas alınarak Doğal kaynaklar Doğada kendiliğinden oluşur (Orman yangını, volkan püskürmesi, kum fırtınası, vb.) Antropojenik (insan kökenli) kaynaklar İnsan aktiviteleri sonucu oluşur (Sanayi faaliyetleri, ulaşım, vb.) Konumlarına göre Nokta kaynak (sanayi tesisleri) Alan kaynak (konutlar) Çizgi kaynak (yollar)

4 Kirletici (Pollutant) Havanın doğal yapısının değişmesine neden olan tüm yabancı maddelerdir. Toz SO 2 NO X CO...

5 Alıcı (Receptor) Hava kirliliğine maruz kalan varlıklardır. İnsanlar Bitkiler Hayvanlar Yapılar

6 Taşıyıcı Ortam Hava kirliliğini taşıyan ortam ATMOSFER dir.

7 Meteorolojinin Kirletici Dağılımına Etkisi Rüzgar Sıcaklık Basınç Yağış Bulutluluk Nem vd.

8 Kararlılık Atmosferin düşey yöndeki hava hareketine karşı direncine denir.

9 Kararlılık Sınıfları (Pasquill) Yer seviyesinde (10 m de) Gündüz Gece rüzgar hızı Güneş radyasyonu Bulutluluk (m/sn) Kuvvetli Orta Zayıf 4/8 3/8 < 2 A A B B 2 3 A B B C E E 3 5 B B C C D E 5 6 C C D D D D >6 C D D D D A: Çok kararsız, B: Orta derecede kararsız, C: Nötral, D: Orta derecede kararlı, E: Çok kararlı

10 Karışma Yüksekliği Kirleticilerin düşey yönde dağılımının üst limiti olarak tanımlanan mesafedir. Kısaca kirleticilerin atmosferde karışabileceği tabakanın kalınlığıdır.

11 Bir inversiyon görüntüsü

12 Duman Davranışı

13 Çeşitli Duman Davranışları

14

15 Topoğrafyanın Kirletici Dağılımına Etkisi

16 Emisyon Bir kirletici kaynaktan birim zamanda atmosfere bırakılan kirletici miktarına emisyon denir.

17 Dış Hava Kalitesi Alıcı tarafından algılanan dış hava kompozisyonu olarak bilinir. Hava kalitesinin alıcının isteklerine göre ne olması gerektiğinin yasallaştırılmış şekline hava kalitesi standartları denir.

18 Birimler Emisyon (Kütle/Zaman) ton/yıl, kg/saat, gr/sn,... Dış Hava Kalitesi (İmisyon) (Kütle/Hacim) µg/m 3, mg/m 3,...

19 Hava Kalitesi Dağılım Modellemesi Emisyon Dış Hava Kalitesi İlişkisi Kirletici kaynaklardan atmosfere bırakılan emisyonların bölgenin meteorolojik ve topoğrafik koşulları altında yakın çevredeki hava kalitesinde neden olduğu değişimlerin incelendiği çalışmalardır.

20 Neden Hava Kalitesi Modellemesi? İnsan gücünden tasarruf Teknik donanımdan tasarruf Zamandan tasarruf Paradan tasarruf

21 Hangi alanlarda kullanılır? Mevcut bir kirletici kaynağın yakın çevresindeki hava kalitesine katkısının belirlenmesi Gelecekte faaliyete başlayacak bir kirletici kaynağın yakın çevresindeki hava kalitesine yapacağı katkının tahmin edilmesi Gelecekte çevresel etkilerin minimize edilmesi için yeni kurulacak kirletici kaynakların yer seçimi Bölgesel hava kalitesi yönetim planlarının (temiz hava planlarının) hazırlanması Yönetmeliklerde emisyonlara ilişkin sınır değerlerin belirlenmesi Emisyon kontrol teknolojilerinin değerlendirilmesi Kötü meteorolojik koşulların (episodların) yaşandığı anlardaki hava kalitesinin simüle edilerek gerekli planlamaların yapılması

22 Model Türleri 1. Fiziksel Modeller : Gerçek bir problemin laboratuvar ölçeğinde (örneğin rüzgar tünelleri) çözümünün bulunması için oluşturulan modellerdir.

23 Model Türleri 2. Matematiksel Modeller : Atmosferde gerçekleşen fiziksel ve kimyasal süreçlerin matematiksel eşitlikler ile ifade edilmesi prensibine dayanır.

24 Matematiksel Modeller 1. Deterministik Modeller (Dağılım Modelleri) : Kirleticilerin atmosfere bırakıldıktan sonra maruz kalacakları fiziksel ve kimyasal süreçlerin matematiksel ifadelerle simüle edilmesine dayanan modellerdir. 2. İstatistiksel Modeller : Uzun süreli ölçümlere ve gözlemlere dayanarak hava kirliliği ve diğer bileşenler (örn. meteoroloji) arasında istatistiksel ilişkilerin kurulmasına dayanan modellerdir. Örneğin yapay sinir ağları.

25 Dağılım Modelleri Tarafından Atmosferde Simüle Edilebilen Mekanizmalar Türbülanslı atmosferik difüzyon Atmosferik taşınım Atmosferik kimyasal ve fotokimyasal reaksiyonlar Kuru Yaş çökelme

26 Modelleme Teknikleri Kutu (Box) Modelleri Gaussian Duman Modelleri (Eulerian) Puff Modelleri (Lagrangian)

27 Gaussian Dağılım

28 Gaussian Dağılım Eşitliği ),,, ( 2 ) ( exp 2 ) ( exp 2 exp 2 z z y z y h z y x h z h z y u Q C C : x,y,z koordinatındaki kirletici konsantrasyonu, g/m 3 Q : emisyon debisi, g/s h : etkin baca yüksekliği, m u : Rüzgar hızı, m/s σ y ve σ z : y ve z yönlerindeki konsantrasyon dağılımının standart sapmalar, m

29 Gaussian Dağılımdaki Kabuller Bulut dağılımı yatayda ve düşeyde Gauss dağılımına sahiptir. σ y ve σ z bulut konsantrasyon dağılımının standart sapmalarıdır. Rüzgar yönü x eksenine paraleldir ve rüzgar hızı her yerde aynıdır. Modellenen kirletici konservatiftir. Kirleticiden atmosfere verilen emisyon sabittir, zamanla değişmez. Toplam yansıma yeryüzeyinde oluşur. Yeryüzeyinde depolanma veya bu yüzeyle reaksiyon sözkonusu değildir.

31 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi

32 1. Problemin Analizi Modellenecek kirletici İlgilenilen zaman boyutu (saat, gün, mevsim, yıl, vb.) Çalışma alanının büyüklüğü Çalışma alanının karakteristikleri (topoğrafya, arazi kullanımı, vb.) Kirletici kaynak bilgileri (emisyon, baca koşulları, baca özellikleri, vb.) Çalışma alanındaki meteorolojik koşullar Süre

33 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi

34 2. Kullanılacak Model Seçimi Zamansal çözünürlük Çalışma alanı büyüklüğü Modellenecek kirletici Teknik donanım gereksinimi Problemin Teknik Analizi Maliyet Uygun Modellerin Listesi... Seçilen model

35 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi 3. Verilerin Toplanması

36 3. Verilerin Toplanması Kirletici kaynak bilgileri Fiziksel baca özellikleri (yükseklik, çap, vb.) Baca gazı özellikleri (sıcaklık, hız, vb.) Kirletici emisyonları vb. Çalışma alanı bilgileri Büyüklüğü Topoğrafik yapısı Arazi kullanımı vb. Meteoroloji bilgileri Rüzgar hızı ve yönü Sıcaklık Basınç vb.

37 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi 3. Verilerin Toplanması 4. Verilerin Modele Hazırlanması

38 4. Verilerin Modele Hazırlanması Modelin ihtiyaç duyduğu verilerin model tarafından tanımlanan düzende bilgisayarda hazırlanması Bilgisayar kullanımı deneyimi Bilgisayar programcılığı

39 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi 3. Verilerin Toplanması 4. Verilerin Modele Hazırlanması 5. Modelin Uygulanması

40 5. Modelin Uygulanması Modelin bilgisayarda çalıştırılması Donanım Yazılım Süre

41 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi 3. Verilerin Toplanması 4. Verilerin Modele Hazırlanması 5. Modelin Uygulanması 6. Sonuçların Elde Edilmesi

42 6. Sonuçların Elde Edilmesi Ham sonuçlar çeşitli tablolar halinde elde edilir.

43 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi 3. Verilerin Toplanması 4. Verilerin Modele Hazırlanması 5. Modelin Uygulanması 6. Sonuçların Elde Edilmesi 7. Modelin Güvenirliğinin Test Edilmesi

44 7. Modelin Güvenirliğinin Test Edilmesi Dış hava kalitesi ölçüm verileri ile eş zamanlı model tarafından tahmin edilen verilerin istatistiksel olarak karşılaştırılması 400 Mithatpaşa Caddesi Ölçülen Modellenen :00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 Pazartesi Salı Çarşamba Perşembe Cuma Cumartesi Pazar PM, µg/m³

45 Bir Modelleme Çalışmasının Aşamaları 1. Problemin Analizi 2. Kullanılacak Modelin Seçimi 3. Verilerin Toplanması 4. Verilerin Modele Hazırlanması 5. Modelin Uygulanması 6. Sonuçların Elde Edilmesi 7. Modelin Güvenirliğinin Test Edilmesi 8. Sonuçların Sunulması

46 8. Sonuçların Sunulması Tablolar Haritalar

47 İdeal Bir Model Çalışması Emisyon Veri toplama Meteoroloji Hava kalitesi Modele verilerin hazırlanması Model çalışması Konsantrasyonlar İstatistiksel değerlendirme O.K.? Evet Sonuçlar kullanılablir Model verileri tekrar gözden geçirilmeli (Kalibrasyon) Hayır No

49 İlgili Yönetmelikler : Hava Kalitesinin Korunması Yönetmeliği (2 Kasım 1986 tarihli ve sayılı Resmi Gazete de yayınlanmıştır.) Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği (3 Temmuz 2009 tarihli ve sayılı Resmi Gazete de yayınlanmıştır.)

50 Sanayi Kaynakli Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği İzne tabi tesislerin kurulması ve işletilmesinde uyulması gereken esaslar (MADDE 6) e) Mevcut tesisler için, Ek 2, Tablo 2.1. deki kütlesel debilerin aşılması halinde tesisi işleten tarafından, tesis etki alanında, Ek 2 de belirtilen esaslar çerçevesinde hava kirliliği seviyesinin ölçülmesi ve tesisin kirleticiliğinin değerlendirilmesi amacıyla Uluslar arası kabul görmüş bir dağılım modeli kullanılarak, Hava Kirlenmesine Katkı Değerinin Hesaplanması, g) Yeni kurulacak tesisler için; Ek 2 Tablo 2.1 deki kütlesel debilerin aşılması halinde tesisi işleten tarafından; tesis etki alanında, tesisin kirleticiliğinin değerlendirilmesi amacıyla bir dağılım modeli kullanılarak hava kirlenmesine katkı değerinin hesaplanması, tesisin kurulacağı alanda hava kirliliğinin önemli boyutlara ulaştığı kuşkusu varsa, hava kalitesinin bu Yönetmelikte belirtilen usullere uygun olarak ölçülmesi,

51 SKHKK Yönetmeliği Tesislerin Hava Kirlenmesine Katkı Değerlerinin Hesaplanması ve Hava Kalitesi Ölçümü (EK 2) Saatlik kutlesel debi degerleri Tablo 2.1 de verilen değerleri aşması halinde, tesis etki alanında emisyonların Hava Kirlenmesi Katkı Değeri (HKKD) mümkünse saatlik, aksi taktirde, günlük, aylık ve yıllık olarak hesaplanır. Normal işletme şartlarında ve haftalık iş günlerindeki işletme saatleri için kütlesel Emisyonlar debiler (kg/saat) Bacadan Baca Dışındaki Yerlerden Toz 10 1 Kurşun Kadmiyum Talyum Klor 20 2 Hidrojen klorür ve Gaz Halde İnorganik Klorür Bileşikleri 20 2 Hidrojen florür ve Gaz Halde İnorganik Florür Bileşikleri Hidrojen Sülfür Karbon Monoksit Kükürt Dioksit 60 6 Azot Dioksit [NO x (NO 2 cinsinden)] 40 4 Toplam Organik Bileşikler 30 3 Not: Tablodaki emisyonlar İşletmenin tamamından (bacaların toplamı) yayılan saatlik kütlesel debilerdir.

52 SKHKK Yönetmeliği(Ek 2) Tesisin Hava Kirlenmesine Katkı Değerinin (HKKD) hesaplanmasında gözönünde bulundurulan hususlar (EK 2) Hava Kirlenmesine Katkı Değerleri, aşağıdaki faktörler ele alınarak; gazlar, havada asılı partikül maddeler ve çöken tozlar için hesaplanır. 1. Tesis etki alanındaki topografik yapının etkileri ve Ek 4 de belirtilen baca yükseklikleri göz önüne alınır. 2. Tesis etki alanındaki binaların etkisi göz önüne alınır. Eğer bacalar, bina veya kulelere bina veya kule yüksekliklerinin 4 katından daha az uzaklıklarda ise: baca yüksekliği binadan 1,7 kat, soğutma kulesinden 1,5 kat fazla olduğu takdirde, binaların etkisi ihmal edilir. 3. Çok zayıf rüzgarların hüküm sürdüğü şartların sık ortaya çıktığı durumlar göz önüne alınır. Bu husus, tesisin bulunduğu yerde, 1 (bir) yıl boyunca % 30 unu geçen saatlerde, 10 dakikalık ortalama değerler halinde verilen ortalama rüzgar hızı 1,0 m/s den küçükse, geçerlidir. 4. Hesaplamalar, tesis etki alanı dahilinde ortaya çıkan emisyonların, bir kimyasal veya fiziksel değişmeye uğramadığı kabul edilerek yapılır. 5. Emisyonların yayılması hesaplanırken, her bir durum için yayılma şartlarının sabit olduğu kabul edilir.

53 SKHKK Yönetmeliği(Ek 2) Tesisten açık havaya verilen emisyonların Hava Kirlenmesine Katkı Değerinin (HKKD) hesaplanmasında veya hava kalitesi ölçümlerinin yapılmasında tesis etki alanı, inceleme alanı ve tepe noktaları dikkate alınır. Tesis Etki Alanı: Emisyonların merkezinden itibaren bu yönetmelikte Ek 4 de verilen esaslara göre tespit edilmiş baca yüksekliklerinin 50 (elli) katı yarı çapa sahip alan, tesis etki alanıdır. Zeminden itibaren emisyonların effektif yüksekliği (h+h) 30 m den daha az olan tesislerde, tesis etki alanı, bir kenar uzunluğu 2 km olan kare şeklindeki alandır. Emisyon kaynaklarının yüzey dağılımı 0,04 km 2 den büyükse, tesis etki alanı, bir kenar uzunluğu 2 km olan kare şeklindeki alandır. Emisyon kaynaklarının yüzeydeki dağılımının tespitinde tesisin etki alanı esas alınır. İnceleme Alanı: Tesis etki alanı içinde kenar uzunlukları 1 km olan kare şeklindeki alanlardır. Kirlenme hakkında kararın verilemediği özel durumlarda inceleme alanının kenar uzunlukları 0,5 km olarak alınır. Tepe Noktası : Emisyon kaynağının kuzeyinden itibaren saat yönünde 10 derecelik ardışık açılarla emisyon kaynağına çizilen R kadar metre yarıçapındaki çemberin kare şeklindeki inceleme alanı içinde kalan yayı kestiği noktalar tepe noktası olarak kabul edilir.

54 SKHKK Yönetmeliği(Ek 2) Hava Kirlenmesine Katkı Değeri (HKKD), tesis etki alanı içinde her bir inceleme alanındaki tüm tepe noktalarında ve bütün yayılma durumları için hesaplanan değerin aritmetik ortalamasıdır. Bu değer, Meteoroloji Genel Müdürlüğünden saatlik meteorolojik verilerin alınabilmesi halinde saatlik, yoksa günlük, aylık ve yıllık olarak hesaplanır.

55 Emisyon İzni Başvurusunda İstenen Bilgi ve Belgeler (Ek 10) Yönetmelik Ek 2 de verilen değerleri aşan tesisler için; 1/ ölçekli topoğrafik harita, meteorolojik veriler, Hava Kirliliği Dağılım Modeli (elektronik ortamda)