Hava Kirliliğinin Esasları Ders Notları

Transkript

11/27/2012
Hava kirliliği nedir?
• İnsan sağlığına, refahına, hayvan veya
bitkilere zararlı maddelerin atmosferde
bulunması ya da bulunabilmesi ya da
yüksek miktarlarda giriş yaparak insan
hayatını etkilemesi
CEV308 Hava Kirliliğinin Esasları
Prof. Dr. Yılmaz YILDIRIM
Bülent Ecevit Üniversitesi
Çevre Mühendisliği Bölümü
67100 Zonguldak
1
11/27/2012
11/27/2012
2
Hava kirliliği uzun zamandır problemdir…
Hava kirliliği ve hava kalitesi çalışmak
neden önemlidir?
Diğer kirlilik çeşitleriyle
karşılaştırıldığında hava kirliliği ne
kadar önemlidir (sosyal yarar
durumlarında)?
Hava kirliliği problemleri örnekleri?
www.acornplanet.com/hui_inkstick.shtml
Hint mağara resimleri
www.cartoonstock.com/dir
ectory/f/first_fire.asp
Mağara adamları ateşi
enerji ve yemek için
kullandılar ki bu da
hava kirleticileri
üretmiştir.
www.bampfa.berkeley.edu/.../i
nfo_3.html
Çin mürekkebi; yağ veya
odunu yakarak elde edilen
kurumdan yapılır.
www.kamat.com/kalranga/rockpain/
3
11/27/2012
4
11/27/2012
1
11/27/2012
Asya Kum Fırtınası
Gelişen ülkelerde ciddi problemdir.
Olay sırasında Beijing (Çin) ‘de
bir sokak görüntüsü
Endonezya banliyölerinde yaşayanlar puslu
havanın etkilerini azaltmak için hava filtreleri
kullanırlar.
Kahire (Mısır) silueti
cnn.com
Picture courtesy Dr. Peter Raven
Metal geri dönüşümü için eatıkların açık havada yakılması
Bu kirleticiler ne kadar
kötüdür?
Bu kirleticilere
bağışıklığımız var mı
www.lakepowell.net/asiandust.htm
http://www.cmdl.noaa.gov/images/asian_dust.jpg
Bazı durumlarda yoğun fırtına
5-7 gün içerisinde Kuzey
Amerika’ya ulaşabilir.
Fırtınanın bir yararı var mı
www.crra.com/ewaste/ttrash2/ttrash2/
5 www.e-waste.ch/.../processes/
Arizona Üzerinde Asya Kum Bulutu
11/27/2012
11/27/2012
6
1952 Londra Sisi(Smog)
Sahara Kum Fırtınası
Afrika kıyıları üzerinde toz fırtınası Avusturya üzerinde toz Afrika tozundan
kaynaklanan pembe
gün batımı, Florida
www.pbs.org/now/popups/photo2sm.html
www.nrlmry.navy.mil/.../20020107_sahara/
http://science.nasa.gov/headlines/images/dustmicrobes/movies/july00index.mov
Fırtınanın Florida üzeindeki etkisi
Mikroplar için taşıyıcı evler: Mikro-yüklü toz
http://science.nasa.gov/headlines/images/dustmicrobes/movies/dustPar2.mov
11/27/2012
environment.yale.edu/.../
london_smog_1952.html
• Aralık 13 de biten haftada, 4500 kişi
sis(smog) nedeniyle ölmüştür.
• Aralık 1952 den Mart 1953 e kadar 13500
kişi daha normal olmayan sebeplerle
ölmüştür.
• 1853 Charles Dickens Londra sisini
“13.Yüzyılda Başlayan Kasvetli Ev”
eserinde detaylı olarak tanımlamıştır.
www.ibiblio.org/wm/paint/auth/monet/parliament/
http://www.captain.at/capages/
Atlantik okyanusunun batı yönünde
ilerleyen toz için spektorometrik veri
sahara-dust-storm/
7
www.klimaforschung.net/
Claude Monet: Parlamento Evi (1904)
soundwaves.usgs.gov/2004
/01/outreach2.html
8
11/27/2012
2
11/27/2012
Günümüzde gelişen ülkelerde hala büyük
bir problemdir…
Donora (PA) Sisi(Smog), 1948
Ekim 29, 1948
Dizel motor kaynaklı kurum - is
Alerji
Floride maruz kalma
nedeniyle dişlerde hasar
pested.unl.edu/chapter1.htm
www.oceanservice.noaa.gov/.../supp_pol02c.html
lhncbc.nlm.nih.gov/.../safe_donora.html
1970 den önce Amerika’da diğer kayıtlar
St. Louis - 1939, bir hafta boyunca gündüz gereken fenerler;
LA - 1943, üç bloğa kadar düşen görünürlük;
Donora, Pennsylvania - 1948, 20 ölü and 5,190 hasta;
LA - 1954, Ekimin çoğunda ağır sis nedeniyle endüstri ve okulların kapatılması;
NYC - 1953, 200 civarında ölü; 1963, 405 ölü; 1965, 65 ölü; 1966, 168 ölü.
Temiz hava eylem planı okuma
kısmından sonra, başka hava kirliliği?
11/27/2012
9
Zonguldak
www.catf.us/projects/diesel/
Kullanılmış lastik
yakılması
homepage.eircom.net/
~fluoridefree/home.htm
www.freakingnews.com/entries
/3000/3388VbDA_w.jpg
10
11/27/2012
Kozlu
Görüş mesafesi azalması
Glen Kanyon NRA
Baca gazı
ÇATES
St. Louis, MO
www.dnr.mo.gov/env/esp/aqm/archcam.htm
12
11/27/2012
3
11/27/2012
Küresel ölçek de düşünüldüğünde …
Küresel Isınma
Soluduğumuz havanın kalitesini
arttırmak için neler yapılabilir?
Stratosperik ozon deliği
http://www.illinoisfamily.
org/content/img/f32925/
global-warming.jpg
Asit birikimi
• İlk görev yaşadığımız atmosferi ve
soluduğumuz havayı anlamak.
– İlgili düzenlemelerin oluşturulması
– Uygulanması için stratejiler kurma
– Kirlilik kontrol teknolojilerini geliştirmek
www.noaanews.noaa.gov/
stories2006/s2624.htm
http://www.city.sendai.jp/soumu
/kouhou/emailnews/ecolifee/images/TokoroYukiyoshi.jpg
www.atmosphere.mpg.de
www.agen.ufl.edu
gallery.hd.org
11/27/2012
13
11/27/2012
14
Kirleticilerin çeşitleri nelerdir?
Ulusal Hava Kalitesi Standartları
Kirletici
Birincil Standartlar
Ortalama Zamanlar
İkincil Standartlar
9 ppm (10 mg/m3)
8-saat
Yok
35 ppm (40 mg/m3)
1- saat
Yok
Pb
1.5 µg/m3
Üç aylık periyot
NO2
0.053 ppm (100 µg/m3) Yıllık(Aritmetik Ortalama)
PM10
Yürürlükten kaldırıldı
Yıllık(Aritmetik Ortalama)
150 µg/m3
24- saat
15.0 µg/m3
35 µg/m3
24- saat
CO
PM2.5
O3
SO2
– Gaz (örn. CO, CO2, SO2, NOx, toluene)
– Partikül (örn. sülfat, nitrat, mineral toz)
– Enerji (örn. Isı, gürültü, radyoaktivite, elektromanyetik
alanlar)
Birincil ile aynı
Birincil ile aynı
• 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 ile aynı
0.08 ppm
8- saat
Birincil ile aynı
0.12 ppm
1- saat (Sınırlandırılmış
alanlarda uygulanır)
Birincil ile aynı
0.03 ppm
-------
0.14 ppm
24- saat
-------
3- saat
0.5 ppm (1300 µg/m3)
-------
• Formlara göre:
•
•
•
•
•
•
Birincil ve İkincil
Taşınır ve Sabit Kaynaklar
Yanma ve Yanmama
Alan ve Nokta
Doğrudan ve Dolaylı
Dış Hava ve İç Hava
Neden bu
sınıflandırma
kullanılır?
Her bir sınıflandırma
için örnek?
http://www.epa.gov/air/criteria.html
15
11/27/2012
16
11/27/2012
4
11/27/2012
Neden yasal düzenlemeler
antropojenik emisyonlar üzerinde
odaklanır?
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
• 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.
17
11/27/2012
Genel tablo nedir
• 1970 de kirletici emisyonları
–
–
–
–
–
Taşıma (Transportation) emisyonların 50+% ‘sinin sorumlusudur.
Taşıma birincil kirletici; CO and HCs’lerdir, ikincil kirletici ise NOx
Sabit kaynaklı yakıt yanması ise SOx and NOx’leri ana kaynağıdır.
PM(Partikül Madde) ana kaynağı endüstriyel proseslerdir.
SOx ‘in ikinci ana kaynağı da endüstriyel tesislerdir.
11/27/2012
18
• 1997 tahminleri gösteriyor ki;
– Toplam emisyon azalması ~ 25%
– Kirleticilere dayalı
•
•
•
•
•
PM emisyonlarında bariz azalma
CO emisyon azalması ~ 25%
HC emisyon azalması ~ 30%
NOx emisyonlarında küçük azalma
SOx emisyon azalması ~ 35%
Her kirleticinin
azaltılmasında ana
kaynak nedir?
– Kategoriye dayalı
•
•
•
•
Taşıma emisyon azalması ~ 25%
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
11/27/2012
20
11/27/2012
5
11/27/2012
Kurşun Emisyonları
Sınıflandırma
1970 ve 1997’de Amerika Bielişk Devletleri için Ulusal Kurşun Emisyonları Tahminleri
•
•
Kaynak
1970
1997
% Azalma
Taşıma
180.3
0.52
99.7
Sabit Kaynak yakıt yakılması
10.62
0.49
95.4
Endüstriyel Prosesler
26.4
2.9
89
Katı atık uzaklaştırma
2.2
-
-
Toplam
219.47
3.91
98.2
Hava Kirleticiler
Atmosfer
Yapı
Bileşim
1970 den beri yaklaşık 98% azalma
Yakıt içindeki kurşun fazı yansıtır.
Atmospheric Physics
Hava kirliliği ile işimiz bitti mi?
•
•
•
•
•
21
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, O3 sera gazları) için de düzenlemeler
yapılması gerekmektedir.
Gelişen/Yeni oluşan kirleticiler (örn. nanopartiküller)
11/27/2012
Temel Yasalar
Kaynak&Yutaklar
Sağlık Etkileri
Atmosferik Etkiler
Refah Etkileri
Ölçüm
Gazlar
Partiküller
Enerji
Atmosferik
Rüzgar
Atmosferik
Atmosferik
Atmosferik
Hareket
Stabilite/İnversiyon
Dağılım(Dispersiyon)
Uzaklaştıma&Birikim
Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
Isınmadan Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
Hava ile İlgili
Düzenlemeler
Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği
Endüstri Tesislerinden Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
Trafikte Seyreden Motorlu Kara Taşıtlarından Kaynaklanan Egzoz Gazı
Emisyonlarının Kontrolüne Dair Yönetmelik
22
11/27/2012
6
11/27/2012
İdeal Gaz Yasası
Gaz ve Partiküllerin Temel Yasaları
•
•
•
•
•
•
•
•
•
P ⋅V = n ⋅ R ⋅ T
M
=
⋅ R ⋅T
MW
P ⋅ MW = ρ ⋅ R ⋅ T
P ⋅ Q = n& ⋅ R ⋅ T
İdeal gaz yasası
Konsanstrasyon Birimleri
Buhar Basıncı & Kısmi Basınç
Nem & Psikrometrik Tablo
Vizkosite
Aerosol boyutu
Aerosol boyut dağılımı
Çökelme Hızı
Brownian hareketi ve difüzyon
11/27/2012
1
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
Diğer referanslar:
1. CRC Handbook of Chemistry & Physics
2. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook
2
11/27/2012
Konstrasyon Birimleri
İdeal Gaz Sabiti
1 gr-mol havanın 25 oC ve 1 atm
de hacmi nedir?
380 ft3 hava; 60 oF ve 14.7 psi
basınçta ne kadar lb-mol yapar?
Avogadro sayısı:
6.023×1023 molekül/mol
82.057
8.314
1 atm basınç ve 25 oC
sıcaklıkta, 1 mol havanın
hacmi 24.5 lt’dir.
8.314
8.314
3
11/27/2012
4
11/27/2012
1
11/27/2012
1 µg/cm3 SO2 , 1 ppm SO2 ye eşit midir?
NO2‘nin yıllık standartı 100 µg/m3 dür. ppb cinsinden
konsantrasyon nedir?
“ppm” mol birimi mi, hacim birimi mi yoksa kütle
birimi midir?
“ACFM” ve “SCFM” arasındaki fark nedir?
11/27/2012
5
11/27/2012
6
“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
CO2 18%
H2O 12%
O2 10%
N2 60%
Toplam = 100%
7
Buhar Basıncı
Belli bir sıcaklıkta, düzgün bir yüzeyde, yoğunlaşmış buharı
dengede tutmak için gerekli basınçtır.
Kuru Hacim
18%*(100/88) = 20.5%
Dengeye ulaşmak için
geçen zaman
10%*(100/88) = 11.4%
60%*(100/88) = 68.2%
(100-12)%*(100/88) = 100%
11/27/2012
(Doygunluk)
Buhar Basıncı
Sıcaklık arttıkça buhar basıncı nasıl değişir?
log Pv (T ) = A −
8
B
C +T
Pv , mmHg ve T , oC
11/27/2012
2
11/27/2012
20 oC’de suyun buhar basıncı nedir? Eğer ölçüm Mars
yüzeyinde yapılırsa (atmosferik basınç yaklaşık 0.006 atm),
değer ne olacaktır?
11/27/2012
9
11/27/2012
10
Kısmi Basınç
Hava/Su Karışımı İçinde Nem
Bir hacim içerisinde bulunan ideal gazlardan herhangi birinin kısmi basıncı, o
gazın aynı hacimde başka bir kaba konduğunda ölçülen basıncı anlamına
gelmektedir
Pa = ya PT
• Bir hava/su karışımı için durum; basınç, sıcaklık ve nem ile
belirlenir.
• Psikrometrik Tablo
ya: gaz fazında “a” bileşiğinin
1 mol O2
@ 1 atm
mol kesri
PT: sistemin toplam basıncı
Doygunluk Oranı
4 mol N2
– Kuru termometre sıcaklığı
– Yaş termometre sıcaklığı
PO2 ne kadar?
(veya su için bağıl nem)
Neden TDB her zaman TWBden daha yüksektir?
P
S= a
( RH = S ×100) Süper Doygunluk: S > 1 (RH > 100%)
Pv (T )
40 oC’de TDB özelliği ve 30 oC’de TWB özelliği?
Akşam hava kararırken sağanak yağıştan sonra sıcaklık
düşmeye başlıyor. PV and Pa sırasıyla nasıl değişir?
11
11/27/2012
12
11/27/2012
3
11/27/2012
Vizkozite
• Farklı hızlarda hareket eden sıvı katmanlar
arasındaki sürtünme kuvvetinin ölçüsü
20 oC’de, havanın vizkozitesi (µ) 1.81×10-5 Pa·s (N·s/m2).
Isıya bağlılık (mutlak sıcaklıkta) :
T 
µ 2 = µ1  2 
 T1 
0.74
(-70 to 500 oC arasında geçerlidir)
100 oC’de havanın vizkozitesi nedir?
http://howard.engr.siu.edu/staff1/tech/MET/ET401/LAB/psychro_carrier_si.jpg
11/27/2012
13
11/27/2012
14
Aerosol Partiküllerin Boyut Dağılımları
Aerosol Partikülünün Karakterizasyonu
Partikülleri nasıl karakterize ederiz?
Kömür uçucu kül partikülleri
Ark kaynağı demir oksit parçacıkları
• Boyut, Şekil, Yoğunluk, Bileşim (toksisite,
korozivite, reaktivite) Faz (sıvı, katı)
Neden aerosol boyutu önemlidir?
15
11/27/2012
16
Hinds, Aerosol Technology, 1999
11/27/2012
4
11/27/2012
Aerosol Boyut Dağılımı
Boyut Dağılım Çeşitleri
Örnek. Küresel partiküller içeren bir sistemde
Sayısal Konsantrasyon:
Kütle Konsantrasyonu:
100 #/cc 1µm & ρ = 1.91g/cm3 10-10 g/cc 1µm
1 #/cc 10µm
10-9 g/cc 10µm
”S” partikülünü nasıl karakterize ederiz?
Daha 1 µm veya 10 µm partiküllerimiz var mı?
(öncelik 1 veya 10 µm)
Gördüğümüz PBD nı nasıl etkiler?
Sayısal Dağılım
0.04
0.02
0.00
0
10
20
30
40
50
dp (µm)
11/27/2012
17
18
Çökme Hızı
Partikül boyutuna nasıl karar veririz?
Mikroskop, Çökme Hızı, Işık Saçılması
Çökmede, aerosol yerçekimi kuvveti (FG) ve sürüklenme kuvvetine(FD)
maruz kalır.
FD=3πµVTSdp
FD=3πµV(t)d
p
FG=mg
FG=mg
t=0
V(t)=0
19
t=τ
V(t)=?
Birbirlerine eşit olduklarında, başka
bir ivme yoktur.
t>3τ
V(t)=VTS
11/27/2012
Daha büyük bir
çökme hızı için ne
yapılabilir?
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
0
10
20
30
40
0.0 4
0.0 3
0.0 2
0.0 1
0.0 0
50
dp (µm)
0
10
20
30
40
50
d p (µm )
11/27/2012
Brownian Hareketi & Difüzyon
http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/brownian/brownian.html
http://www.geocities.com/piratord/browni/Difus.html
• 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
FD = FG ⇒ 3π µ V p d p = mg
ρ p d p2 g
⇒ V p = VTS =
18µ
FG=mg
Kütlesel Dağılım
0.10
fraction/µm
KütleselMass
dağılım
fonksiyonu
0.06
q(dp) Probability
Density
Function
Sayıssal
dağılım
fonksiyonu
q(dp)Dağılım
Probability
Density Function
Fonksiyonu
• Konsantrasyon:
– Sayarak sayısal konsantrasyon ifadesi
– Ağırlık ölçümü ile kütle konsantrasyon ifadesi
• Boyut
0.10
• Dağılma/Yayılma
Partikül Boyut Dağılımı
0.08
Difüzyon Katsayısı için
Stokes-Einstein Denklemi
D=
k = 1.38X10-23 J/K or 1.38X10-16 erg/K
20
11/27/2012
kTC c
Daha büyük bir
3πµ d p difüzyon için ne
yapılabilir?
5
11/27/2012
Kimyasal Bileşim
Atmosfer
• Atmosfer; gazların karışımı ve partikül
fazındaki maddelerden meydana gelir.
• Kimyasal Bileşim
– En fazla;
– Ana Bileşikler: N2, O2, Ar
– İz gazlar (Trace gases)
– Aeresoller (Aerosols)
• Azot (78 %)
• Oksijen (21 %)
– İz gazlar ve aerosoller ise yaklaşık olarak;
1 % (Tablo 1.1)
• Fiziksel olaylar
– Solar radyasyon,
– Solar radiation, karasal termal radyasyon ve enerji
denkliği
– Atmosferik bölgeler
– Atmosferik yoğunluk
– Atmosferik basınç
1
• Bazıları ise sabit konsantrasyonlarda
mevcuttur.
– N2, O2 ve soy gazlar
2
Kimyasal Bileşim
Kimyasal Bileşim
• Diğerleri ise geçici olarak veya mekana göre
değişirler.
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Su buharı (H2O)
Karbondioksit (CO2), Karbonmonoksit (CO)
Ozon (O3)
Metan (CH4)
Azot oksitler ( NO, NO2)
Nasıl değişirler?
Amonyak (NH3)
Neden değişirler?
Formaldehit (HCHO)
Sülfürdioksit (SO2)
İndirgenmiş sülfür bileşikleri (H2S, COS, CS2, (CH3)2S)
Hidrojen türleri (OH,HO2,H2O2)
• Partikül fazındaki türler
– Nitrat (NO3-), Amonyum (NH4+), Sülfat (SO4 2+)
3
4
1
11/27/2012
Oksijen (O2)
Azot (N2)
• 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.
–
–
–
–
–
(N2O)
(NO)
(NO2)
(N2O5)
(NO3·)
• Metabolizma için gereklidir.
hayatın gelişimi için gereklidir.
• Stratosferik ozon (O3)
üretiminde ilk gazdır; ozon
tabakasının varlığı yaşamı
olanaklı kılar.
• O 3:
– Geçmiş yüzey seviyeleri (~
20 ppbv); peak seviyeleri
(8-10 ppmv) orta
stratosferde oluşur.
– UV ve termal enerjiyi
absorblar.
Bu atmosferik ve biyolojik
prosesler nelerdir?
Şekil1.1
5
6
Stratosferik O3
• Mevsimsel ve
enlemsel olarak
değişir.
• En yüksek üretim
dönencelerde
meydana gelir.
• En yüksek
Niçin?
konsantrasyonlar
kutuplardadır.
• Bariz taşınım vardır.
7
Karbondioksit (CO2)
• Atmosferik konsantrasyonu 0.037% (370 ppmv)
• Fotosentez için ana materyaldir.
• Termal absorblayıcı ve sera gazlarının
başlıcasıdır.
Şekil 1.2 Toplam O3
(düşey düzlem toplamı)
Soygazlar (Ar, Ne, He, Kr, Xe)
• Ar konsantrasyonu 0.934%
• Atmosferik reaksiyonlarda yer almazlar.
8
2
11/27/2012
Su (H2O)
• 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.
www.raindropimage.com
www.edholden.com
www.ux1.eiu.edu
9
• 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.
10
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% H2O su buharı, 10% CO2, az bir
yüzde de azot ve sülfür bileşikleri, iz soy gazlar ve
diğer türler ile O2 bulunmamaktadır.
O zaman bütün O2 nerden geldi?
11
Bulutlar
Fotosentez Gelişimine İzin Veren UV
Absorbsiyonunun Kavramsallaştırılması
• Yüzey soğudukça su
yoğunlaşır.
• CO2 yeni oluşan
okyanuslarda çözünür
ve ayrışır. (kireçtaşı ve
dolomit taşı)
• Yaşanın gelişiminden
önce organik türlerin
oluşması
gerekmektedir.
catalyst
CO2 + 2 H 2 UV
+
→ CH 3OH
catalyst
CO + H 2 UV
+
→ HCHO
Karbonun gömülmesi
• Fotosentez ile üretilen organik maddeler tekrar oksidasyondan önce
uzaklaştırılabilirler, örn. fosillendirilme.
• Okyanuslardaki yaşam formları fotosentetik olarak organik madde ve
serbest O2 üretimi konusunda yeteneklerini geliştirmişlerdir.
organism
H 2O + CO2 UV
+

→ CH 2O + O2
12
3
11/27/2012
Stratosferik Ozonun Önemi
Atmosferik Oksijenin Artması
• Atmosferde
O2 arttıkça, O3
oluşur ve UV
ışıklarının
yüzeye girişini
azaltır.
• Fotosentez
karada daha
sonra yer
alabilir.
• Atmosferden uzaklaştırılmış, CO2 kaynaklı fosilenmiş her
bir C atomu O2 molekülü ile yer değiştirir.
• Atmosferdeki CO2 fraksiyonu azaltılabilir ve O2
fraksiyonu arttırılabilir.
• Bütün yüzey mineralleri yavaş bir şekilde oksidize
olduğundan başlangıçta O2 artması yavaştır, gitgide O2
miktarı artar.
• N2 reaktif değildir; bu yüzden birikir ve zamanla dünyanın
gaz bileşenleri arasında büyük bir fraksiyona sahip olur.
O2 + hν
2O
O3
O2 + O + M
O3 + hν
O2 + O
Karbonun gömülmesi
Eğer fosil yakıtları yakmaya devam edersek, atmosferdeki
oksijenin azalması tehlikesi ile karşı karşıya kalır mıyız?
13
14
Güneş Görüngesi
Güneş Radyasyonu
• Enerjinin çoğunluğu 0.15- 4 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
• Dünyanın enerjisinin çoğunun kaynağı
• Güneş tarafından 6000 oK kara cisim
sıcaklığında salınır.
Kara cisim (black body) nedir?
• Sabit oranda dünya tarafından alınır.
– Dünya yüzeyine (1370 W/m2/s)
– Dünya yüzey alanı birim başına
Farka ne oldu?
O2 ile 100 km’de; < 0.18 µm ve60 km’nin altında O3 ile 0.2-0.3 µm
• Kızılötesi radyasyon
H2O, CO2
Şekil 1.4
Dünyanın Albedosu
Işık saçılmasının
özellikleri nelerdir?
(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 (23%), ve dünya yüzeyi (22%)
15
16
4
11/27/2012
Termal Radyasyon
Termal Emisyonlar
• Dünya güneş radyasyonunu absorbe eder ve
daha uzun kızıl ötesi dalga boyları olarak salar.
• Dünya 290oK’de kara cisim gibi ışık saçar.
• Öncelikle 1-30 µm spektral
bölgesindeki emisyonlardır.
• 11 µm’de peak emisyon olur.
• H2O, CO2, ve diğer sera
gazları ile bariz absorbsiyon
vardır.
• Atmosferik pencereye*
(~ 7-13 µm) doğru bariz geçiş
vardır.
Şekil 1.5
* Atmosferik pencere: atmosfer basıncına dayanıklı
pencere
Işık saçılmasının özellikleri nelerdir?
www.atmosphere.mpg.de/enid/252.html
18
17
Dünyanın Enerji Dengesi
/s
/s
Yüzey Hava Sıcaklığı
• Ortalama yüzey hava sıcaklığı (~ 15oC or 59 oF)
• Güneş radyasyonunun eşit dağılmaması
nedeniyle bölgesel değişiklik gösterir.
• Atmosfer ve okyanus akıntıları arasındaki enerji
taşınımından dolayı fark meydana gelir.
Farka ne oldu?
/s
Dikey Sıcaklık Dağılımı
390 W/m2/s
19
Absorbsiyon
olmazsa ne
olur?
• Yükseklik oluşu ile bariz değişiklik meydana gelir.
• Dikey sıcaklık modelleri atmosferik bölge ve
katmanları tanımlar.
20
5
11/27/2012
Atmosferin Yapısı
Dikey Sıcaklıklar ve Bölgeler
•Troposfer
– Atmosferin en düşük katmanı
– Sıcaklık yükseklikle ortama -6.5
oC/km olarak azalır.
– Derinlik 8-18 km arasında
değişir.
– Dikey ve yatay hava hareketleri
ile karakterize edilir; bütün hava
olaylarının bulunduğu yerdir.
– 2 bölge ile karakterize edilir.
• Zemin yüzeyine yakın sınır
tabakası(~ 1 km derinlik)
• Serbest troposfer
21
22
•Stratosfer
•Stratopoz
– 45-55 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., NH3, O, O2, O3, Cl + diğer
türleri içeren karmaşık kimya.
– Chapman Reaksiyonları:
O+ O2 + M
O3 + M
O + O+ M
O2 + M
O3 + hν
O2 + O + Isı
hν için 0.24 ≤ λ ≤ 0.30 µm arası
– İsotermal durumlar
– Stratosfer&mezosfer
arasında sınır oluşturur.
•Tropopoz
– Troposferin hemen
üzerindeki hava katmanı
– Sıcaklık isotermaldir.
– Derinlikle değişir.
uygundur.
23
24
6
11/27/2012
•Mezosfer
–
–
–
–
•Termosfer
85 km rakıma kadar sıcaklık düşer.
Atmosferin en soğuk bölgesidir.
Hızlı dikey karışım vardır.
Oksijenin foto-ayrışması:
– 90-95 km’den yaklaşık 1000 km’ye
kadar genişleyen katmandır.
– Yüksek termodinamik sıcaklıklar
vardır. (~1200 oC)
– N2 & O2 tarafından güneş enerjisi
absorblanır.
• O2 + hν
2O + Isı
hν için 0.18 ≤ λ ≤ 0.24 µm arası
uygundur.
• Chapman Reaksiyonları:
• Foto iyonlaşmada sonuçlanır.
• İyonlaşmış tabaka iyonosfer olarak
adlandırılır.
O+ O2 + M
O3 + M
O + O+ M
O2 + M
O3 + hν
O2 + O + Heat
hν için 0.24 ≤ λ ≤ 0.30 ~µm arası
uygundur.
25
–Aurora’lar oluşur.
–Radyo sinyallerini yansıtır.
26
Kuzey Işıkları(Aurora Borealis)
Atmosferik Yoğunluk
• Birim hacimde hava için
atmosferik moleküllerin
kütlesi
• Yükseklikle üssel olarak
azalır.
• Atmosferik kütlenin büyük
çoğunluğu (80-90%) 12
km’nin altında ve 99%’u 33
km’nin altında bulunur.
Fairbanks, Alaska’da kuzey ışıkları
Yüksekliğe bağlı olarak
yoğunluk nasıl değişir?
Neden farklı renklerde?
Hava kirliliğinde
yoğunluğun rolü nedir?
http://www.geo.mtu.edu/weather/aurora/
Şekil 1.7
27
28
7
11/27/2012
Atmosferik Basınç
• Moleküllerin çarpışması sonucu yüzeye
uygulanan kuvvet
• Deniz seviyesinde maksimum seviyeler
– 760 mmHg, 29.92 inHg, 14.7 PSI, 1.012325 x 105 Pa, 1013 mbars
• Küçük yüzey farklılıkları sıcaklık ve yoğunluk
farkının sonucu olarak oluşur.
Basıncı etkileyen parametreler nelerdir?
Yükseklikle nasıl değişir? Yükseklikle neden değişir?
29
8
•11/27/2012
Gaz Kirleticiler
Gaz Kirleticiler
•
•
•
•
•
Karbon Oksitler
Sülfür Bileşikleri
Azot Bileşikleri
Hidrokarbon Bileşikleri
Fotokimyasal Oksidantlar
1
CO2
Karbon Oksitler
• İki Ana Karbon Oksit
Ana atmosferik gaz
nasıl bir etki olur?
Farklı konsantrasyonlarda olabilir
Toksik olarak değerlendirilmez
Çevre ile ilgili yeni yeni gündeme gelmektedir
Atmosferik konsantrasyonlarda değişiklik gösterir
– Jeolojik zaman
Şekil 2.2
– Modern devir
1.5-1.7 ppmv/yıl
• Uzun atmosferik yaşam
Süresi (~100 yıl)
CO2
• 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)
3
Atmosferde hiç CO2 olmazsa
•
•
•
•
•
– Karbondioksit (CO2)
– karbonmonoksit (CO)
4
CO2 emisyonu
düzenlenmiş midir, ya da
düzenlenebilir mi?
•1
•11/27/2012
CO2
• Ana yutak prosesleri
CO
• Renksiz, kokusuz, tatsız gaz
• Tamamlanmamış yanma sonucu oluşur.
Şekil 2.3
– Okyanuslar
– Ormanlar
2C + O2 → 2CO (Yeterli O 2 )
2CO + O 2 → 2CO 2 (Yetersiz O 2 )
• Sanayi öncesi devir: Değiştirilebilir CO2 ‘in 98%‘i
okyanuslardaydı ve 2%’si atmosferdeydi; antropojenik
CO2 için sadece 42%’si okyanuslarda çözülür.
Atmosferik etkiler üzerine daha çok tartışma
5
6
CO
CO
• Yutak prosesleri
• 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.
– OH· (hidroksil radikali) ile fotokimyasal etkileşim
CO + OH ⋅ → CO2 + H ⋅
CO + H ⋅ +O2 → CO2 + HO2 ⋅
– Toprağın alımı
– Atmosferik yaşam süresi (Dönence de 1 ay ve orta
enlemlerde 4 ay)
• Şehir/Banliyö Seviyeleri
– Küçük ppm’lerden 60 ppm’e kadar değişir. Özellikle
taşıma emisyonları ile ilgilidir.
– Ortalama seviyeler (10-20 ppmv)
– Konsantrasyonlar yüksek enlemli şehirlerde daha
yüksektir.
OH· tüketimlerinde ters etki? • CH konsantrasyonu artar
4
• O3 Oluşumu
böylelikle küresel ısınma da
artar.
H ⋅ +O + M → HO ⋅ + M
2
2
HO2 ⋅ + NO → NO2 + OH ⋅
NO2 + hν → NO + O (3 P )
O ( 3 P) + O2 + M → O3 + M
Toplam CO + O2 + hν → CO2 + O3
7
M: molekülü absorbe eden bir enerji,
örn. N2 veya O2
OH·: hidroperoksik radikal
O(3P): atomik oksijenin en düşük enerjili
durumu
hν: ışık enerjisinin bir fotonu
Neden daha yüksek enlem ve boylamlarda
konsantrasyon daha fazladır?
8
•2
•11/27/2012
Historical
Sulfur
Emission
Tarihsel
Sülfür
Emisyonları
Kükürt Bileşikleri
16000
• Kükürtoksitler: sülfürtrioksit (SO3), Sülfürdioksit (SO2)
• İndirgenmiş kükürt bileşikleri (COS, CS2, H2S)
US
UK
USSR
China
India
Japan
Egypt
Brazil
14000
12000
Kükürtoksitler
– Volkanlar
– İndirgenmiş S bileşiklerinin
oksidasyonu
• Antropojenik Kaynaklar
– S içeren yakıtların yakılması
– Metal cevherinin dökülmesi
Renksiz, kokulu gaz
Atmosferdeki ana sülfür oksit
S oksidasyonunda üretilir.
SO3 ‘e belki dönüştürülebilir.
9
8000
6000
4000
SO3
SO2
•
•
•
•
10000
kTon
• Doğal Kaynaklar
•
•
•
SO2 oksidasyonundan üretilir.
Hızlı bir şekilde su ile
reaksiyon verir.
Çok kısa atmosferik yaşam
süresi
2000
0
1840
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Year
Genel görünüm nedir?
Data from http://www.uea.ac.uk/~e490/su/sulfur.htm
10
İndirgenmiş S Bileşikleri
Giderim Prosesleri
• Çekirdekleşme/yoğunlaşma ile aerosol oluşumu
• Sülfirik asit amonyak ile reaksiyona girer. Sülfat tuzları
oluşur.
• SO2 + aerosoller yaş çökelme/kuru çökelme prosesleri
ile giderilir.
Çökelmenin sonuçları nelerdir?
• SO2 atmosferik yaşam süresi (1-7 gün)
1860
• COS (karbonil Sülfit)
–
–
–
–
–
• (CH3)2S (Dimetil Sülfit)
Atmosferde en yaygın S türü
Biyojenik olarak üretilir.
Arka plan seviyeleri (0.5 ppbv)
Kısıtlı reaktivitelidir
Atmosferik yaşam süresi (44 yıl)
– Okyanuslardan yüksek
miktarlarda salınırlar.
– Kısa atmosferik yaşam
süresi(0.6 gün). Bunun
sebebi SO2‘ye hızlı
dönüşmedir
SO2 konsantrasyonu
• Arka plan seviyeleri:deniz yüzeyine ~20 pptv ve USA
deki temiz alanlarda 16- pptv
• Geçmişte 1 saatte değerler: 1-500 ppbv
• En yüksek değer; demir esaslı olmayan dökümhane
yakınlarında 1.5-2.3 ppmv olarak kayda geçmiştir.
11
• CS2 (Karbon Disülfit)
• Mercaptan
– Biyojenik olarak üretilir.
– Fotokimyasal reaktivitelidir.
– Küresel konsantrasyon aralığı (15190 ppbv)
– Atmosferik yaşam süresi (12 gün)
– Kötü koku kaynağıdır:
Çürümüş Lahana gibi,
(Rotting cabbage)
12
•3
•11/27/2012
Kükürt Bileşikleri
H2S
• 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): SO2 ye
oksidize olur.
• Arka plan konsantrasyonları(30-100pptv); endüstrilerdeki
konsantrasyonlar ve çevredeki konsantrasyonlar koku
eşiğinin üzerinde olabilir.
13
Azot Bileşikleri
• Gaz Fazı
Diazot Monoksit (N2O)
• 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:
• Gaz/Sıvı Fazı
–
–
–
–
–
–
Nitrogen (N2)
– Nitrous acid (HNO2)
Nitrous oxide (N2O)
– Nitric acid (HNO3)
Nitric oxide (NO)
– Nitrite (NO2-)
Nitrogen dioxide (NO2)
– Nitrate (NO3-)
Nitrate radical (NO3)
– Ammonium (NH4+)
Dinitrogen pentoxide
(N2O5)
– Peroxyacyl nitrate
• NOx: NO ve NO2
(CH3COO2NO2; PAN)
• NOy: NOx ve
– Ammonia (NH3)
atmosferik oksidasyon
– Hydrogen cyanide (HCN)
– 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(1D))
ürünleri
15
Peki, neden atmosferdeki artışını önemsiyoruz?
16
•4
•11/27/2012
Azot Oksit (NO)
Azot Dioksit (NO2)
• Renksiz, kokusuz, yaklaşık olarak toksik değil
• Doğal Kaynaklar:
Peki, neden SO
• 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
emisyonlarını
– Anaerobik biyolojik prosesler
– Biyokütle yakma prosesleri, şimşekler önemsiyoruz?
– NH3 oksidasyonu
– Stratosferdeki fotokimyasal reaksiyonlar ve
stratosferden troposfere taşınım
– Direkt Oksidasyon
2 NO + O2 → 2 NO2 (cevrede yavas, yanmada hıızlı
– Fotokimyasal Reaksiyonlar
– Yakıt yakılması (taşıma, kömürle çalışan güç
tesisleri, boyler, yakma fırınları, ev ısıtılması)
– Yüksek sıcaklıkta yanmanın ürünüdür;
konsantrasyon, ısı ve soğutma oranına bağlıdır.
NO + O3 → NO2 + O2
NO + RO2 ⋅ → NO2 + RO ⋅
NO + HO2 ⋅ → NO2 + OH ⋅
N 2 + O2 ↔ 2 NO
Reaksiyon/Kinetikler bölümünde daha detaylı anlatılacak
18
17
NOx Yutak Prosesleri
• Kimyasal reaksiyonla dönüşüm
NO => NO2 => HNO3
• OH· ile ana yutak proses reaksiyonu
NOx konsantrasyonları
•
•
•
•
Uzak yerlerde: 20-80 pptv
Kırsal kesimlerde: 20 pptv -10ppbv
Şehir/Banliyö alanlarında: 10 ppbv - 1 ppmv
Günlük değişim
NO2 + OH ⋅ + M → HNO3 + M
• O3 içeren gece gerçekleşen reaksiyonlar
NO2 + O3 → NO3 ⋅ +O2
(güneş ışığında ters hareket)
NO2 + NO3 ⋅ → N 2O5
N 2O5 + H 2O → 2HNO3
• Organik bileşiklerle reaksiyonlar
Haftalık örnek?
Mevsimsel örnek?
NO3 ⋅ + HCHO → HNO3 + CHO ⋅
NO3 ⋅ + RH ⋅ → HNO3 + R ⋅
• Tuz oluşumu için amonyakla nötralize etme
NH 3 + HNO3 → NH 4 NO3 (kuru/yaş çökelme ile uzaklaştırılır)
• HNO3, NOx için depo ve taşıyıcı görevi yapar.
19
20
HNO3 + hν → NO2 + OH ⋅
•5
•11/27/2012
NH3 (Amonyak)
İndirgenmiş N Bileşikleri
• NH3 (Amonyak)
– Kaynaklar: organik maddelerin, hayvanların ve
atıklarının anaerobik bozunması,biyokütle yakılması,
toprak humus oluşumu, gübre uygulamaları, kömür
yakılması,endüstriyel emisyonlar
– Arka plan seviyeleri (0.1-10 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.
21
Hidrokarbonlar
Hidrokarbonlar
•
•
•
•
•
• Çeşitleri
– Alifatikler
• ParafinlerAlkanlar- tek bağlı
• Olefinler/Alkenler- bir çift bağa sahipler
• Alkinler – bir üçlü bağa sahipler
– Aromatik
• En az bir benzen halkasına sahipler
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 5-12 C;
yarı uçucu sıvılar veya katılar >12 C
– Benzen
– Toluen
– Ksilen
– Yaşam süresihttp://en.wikipedia.org/wiki/Benzene
•
•
•
•
23
Örnek?
http://en.wikipedia.org/wiki/Toluene
http://en.wikipedia.org/wiki/Xylene
Parafinler – günler
Olefinler – saatler
Alkinler – haftalar
Benzen (12 gün), toluen (2 gün), m-ksilen (7 saat)
24
•6
•11/27/2012
Hidrokarbonlar
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;50-100 oC’ye kadar
VOC (çok uçucu organik bileşikler): BP; 50-100 ile 240-260 oC
SVOC (yarı uçucu organik bileşikler): BP;240-260 ile 380-400 oC
SOC (katı organik bileşikler): 400 oC üzerinde
• NMHCs: Metan Olmayan Hidrokarbonlar; atmosferdeki
düşük reaktivitesi yüzünden kapsam dışında kalır.
25
Hydrocarbon Türevleri
• O2, N2, S veya halojenlerle reaksiyonlarla oluşur.
• Atmosferle ilgili türevler:
– Oksihidrokarbonlar
– Halojenli hidrokarbonlar
Metan Olmayan Hidrokarbonlar
• Hava kalitesi uygulamasının birincil odak konusu
• Biyojenik kaynaklar
–
–
–
–
–
–
Oksijenli Hidrokarbonlar
• İçerdikleri
– Aldehitler (C=O)
– Asitler (-COOH)
– Alkoller (-OH)
– Ketonlar (CO)
– Eterler (C-O-C)
– Esterler (R-CO-OR’)
27
• Endüstriyel/ticari
kullanımından direkt
emisyonlar: yapışkanlar,
solventler
• Yanmanın yan ürünü
• Fotokimyasal reaksiyonlardan
üretilir.
Ağaçlar (isoterpenler, monoterpenler)
Çayırlar (hafif parafinler; yüksek HCs)
Toprak (etan)
Okyanus Suyu (hafif parafinler, olefinler, C9-C28 parafinleri)
Büyüklük sırasında antropojeniklerden daha yükseklerdir.
Önemlerinin sorgulanması
• Antropojenik emisyon tahminleri
– 40% ulaşım, taşıma
– 32% solvent kullanımı
– 38% endüstriyel üretim/yakıtların yakılması
• Belirleme işlemleri karışıktır; başlı başına NHMC
lerin konsantrasyonu ölçülememiştir.
Niçin?
28
•7
•11/27/2012
Metan Olmayan Aromatik-Hidrokarbonlar
Metan Olmayan Klorlu-Hidrokarbonlar
Organik Azot Bileşikleri
•8
•11/27/2012
Organik Kükürt Bileşikleri
Bitkisel Kökenli Terpenler
Bitkisel Kökenli Esterler
•9
•11/27/2012
Kömür Yakıtlı Güç Tesisi Hidrokarbonları
VOC
ölçümleri
İzmir,
Türkiye
Kömür Yakıtlı Güç Tesisi Hidrokarbonları
NMHC Yutak Prosesleri
• OH· veya O3 ile oksidasyon
– Alkaliperoksiradikal üretirler. (ROO·)
– ROO· ,NO ile reaksiyona girerek alkoksi radikaline
(RO·) dönüşür.
– RO·, O2 ile aldehit üretmek için reaksiyona girer.
– Uzun zincirli NMHCs’ler ketonlar olarak sonuçlanır.
• Etan Reaksiyonu
C 2 H 6 + OH ⋅ → H 2O + C2 H 5 ⋅
C 2 H 5 ⋅ +O2 → C2 H 5OO ⋅
C 2 H 5OO ⋅ + NO → C2 H 5O ⋅ + NO2
C 2 H 5O ⋅ +O2 → CH 3CHO
40
•10
•11/27/2012
HCHO’nun Oksidasyonu
Fotokimyasal Öncü Maddeler
• Asetaldehit etandan daha reaktifdir.
• OH· ile bir seri reaksiyon ile asetaldehit HCHO ya
oksidize olur.
• 330-350 nm UV ışığı dalga boyunda HCHO
bozunabilir ve CO üretir.
HCHO + hν → HCO + H
1.yol diğer NHMC
oksitlenmesi için OH·
üretir.
H + O2 + M → HO2 ⋅ + M
•
•
•
•
CO (yüksek seviyede) CO2’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·, HO2· ve CO)
smog oluşumunda ana reaktantlar olarak görev yaparlar;
troposferik ozon seviyesinin yükselmesi üretiminde de
görev yaparlar.
2.yol
H + HCO → H 2 + CO
HCO + O2 → HO2 ⋅ +CO
HO2 ⋅ + NO → NO2 + OH ⋅
41
42
Metan (CH4)
Metan
• Atmosferde en çok bulunan HC
• OH ile düşük reaktivite
• Şehir/banliyö fotokimyasında düşük önem;bu yüzden
toplam HC konsantrasyonlarından seviyeleri çıkarılır.
• Doğal Kaynaklar
– Bataklık, göller ve kanalizasyon
atıklarında anaerobik ayrışma
– Pirinç tarlaları
– Geviş getirme/termit sindirim
Peki neden CH4’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.
43
Şekil 2.5
–
–
–
–
–
Kömür/Linyit madenciliği
Yağ/Gaz çıkarma işlemleri
Petrol rafinericiliği
Taşıma hatlarında sızıntı
Otomobil ekzostları
44
•11
•11/27/2012
Halojenli Hidrokarbonlar
Metan
• 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.
• Yutak prosesleri
– Troposferde, OH· ile reaksiyon
CH 4 + OH ⋅ → CH 3 ⋅ + H 2O
– HCHO, CO & sonucunda da CO2 üretirler.
– CO ile OH· için yarışırlar.
– Stratosferde ışıl ayrışma
• H2O üretir.
• Stratosferdeki suyun ana kaynağıdır.
• CO’nun artması ile atmosferdeki seviyelerde
artar.
Niçin?
• Atmosferik yaşam süresi (~10 yıl)
46
45
Uçucu Halojenli Hidrokarbonlar
•
•
•
•
•
•
Klorofloro HCs (CFCs)
Metil Klorür (CH3Cl)
Metil Bromür (CH3Br)
Metil Kloroform (CH3CCl3)
Trikloroetilen (CH2CCl3)
Perkloroetilen (C2Cl4)
Karbon tetraklorür (CCl4)
•
•
•
•
Yarı Uçucu Halojenli Hidrokarbonlar
• Klorlanmış pestisitler (DDT, Dieldrin, Aldrin)
• Poliklorlanmış Bifeniller (PCBs)
• Polibromlu Bifeniller (PBBs)
47
Trikloroflorometan (CFCl3): CFC-11
Diklorodifluorometan (CF2Cl2): CFC-12
Klorotriflorometan (C2Cl3F3): 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?
48
•12
•11/27/2012
Fotokimyasal Oksitleyiciler
Halojenli HCs
• Aşağıdaki maddeleri içeren kimyasal
reaksiyonlarda üretilirler:
• Birçok Halojenli HCs troposferik yutağa sahiptir.
• CFCs troposferik yutağa sahip değildir.
• Atmosferik Yaşam Süreleri
CH3Cl, CH3Br
CH3CCl3
CCl4
CFCl3
CF2Cl2
–
–
–
–
~ 1 yıl
~ 6.3 yıl
~ 40 yıl
~ 75 yıl
~ 111-170 yıl
• İçerdikleri
–
–
–
–
• Konsantrasyonlar; kuzey yarımküre üzerinde
kaynak bölgeler olmakla beraber mekansal
değişiklik gösterir.
• 1990’ların başlarına kadar hem troposferde hem
de stratosferde konsantrasyonlar artmaktaydı.
49
Ozon
Azotdioksit
Peroksikal nitrat (Peroxyacyl nitrate)
Tek hidrojen bileşikleri (Odd hydrogen compounds)
(OH·, HO2·, H2O2)
50
Fotokimyasal Oksitleyici: O3
Troposferik O3 Oluşumu
• Ozon; İlgili ana fotokimyasal oksitleyicidir
O3 seviyeleri otoban
• Atmosferik O3 oluşumu
•
• O3 seviyesinin yükselmesi; NO’nun NO2 ye
dönerken O3 tüketmemesindendir!
• Peroksi bileşiklerin rolü (ROO ·) HCs’lerin
fotokimyasal oksidayonlarından türemektedir.
gişelerinde yüksek ya
da alçak değerlerde mi?
O2 + O( 3 P ) + M → O3 + M
O(3P)
kaynağı gereklidir:280-430 nm dalga boyunda
NO2’nin fotolizinde
ROO ⋅ + NO → NO2 + RO ⋅
NO2 + hν → NO + O( 3P )
NO2 + hν → NO + O (3P)
• Nitrik oksit hızlıca O3‘ü
tüketir.
O (3P) + O2 + M → O3 + M
NO + O3 → NO2 + O2
•
51
Güneş ışığı
Azot oksitler
Oksijen
Hidrokarbonlar
Net : ROO ⋅ +O2 + hν → RO ⋅ +O3
Denge durumu konsantrasyonu orta
enlemlerde öğle vakitlerinde 20 ppb’dir.
Bu smog daki yüksek O3
seviyesini açıklamıyor. Sorun
nedir?
Şekil 2.6
52
•13
•11/27/2012
Troposferik O3 Oluşumu
Troposferik O3 Konsantrasyonları
• O3 oluşum oranı ROO· bulunmasına bağlıdır.
• ROO·’lar OH· ve HOx , HCs ile reaksiyona
girdiğinde oluşur.
• O3, aldehitler ve HNO2 ‘nin foto-ayrışma ile OH
formuna geçtiğinde üretilirler.
• Uzak yerler (20-50 ppbv, yaz ayları)
– Fotokimyasal prosesler
– Stratosferik ihlal (tabakalar arası geçiş)
• Yerleşim Bölgeleri (Nüfus dağılımı)
– Peak konsantrasyonlar (50 ppbv - 600 ppbv)
O3 + hν → O( D ) + O2
1
HNO2 + hν → OH ⋅ + NO
• Şehir bölgelerinde gece konsantrasyonlar azalır.
• Kırsal kesimlerde peak konsantrasyonlar gece
oluşur.
• Yükselmiş kırsal kesim konsantrasyon seviyeleri
uzun mesafe taşınımı ile ilgilidir.
Özet olarak; O3 seviyelerine karar verirken önemli
parametreler nelerdir?
– Havada O3 taşınımı
– Düşük reaktiviteye sahip parafinlerin taşınımı
O(1D) + H 2O → 2OH ⋅
H 2O2 + hν(λ < 350nm) → 2OH ⋅
54
53
Ozon Yutak Mekanizmaları
Troposferik O3 Seviyeleri
• Foto-ayrışma
O3 + hν → O(1D) + O2
O(1D) + H 2O → 2OH ⋅
• Kirli alanlarda NO ile reaksiyon
NO + O3 → NO2 + O2
• Gece NO2 ile reaksiyon
NO2 + O3 → NO3 ⋅ +O2
NO2 + NO3 ⋅ → N 2O5
N 2O5 + H 2O → 2HNO3
• Yüzeyde yok olma: Bitkilerle, açık alanlar,
buz/kar ve insan yapısı yapılar ile reaksiyonlar
55
56
•14
•11/27/2012
•15
•11/27/2012
Ozon
Oluşumunda
Etken
Olaylar
•16
11/27/2012
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:2, syf: 60-72.
Atmosferik Aerosollerin Boyutları
Giriş
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, 1999
1
11/27/2012
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, 2nd Edition, Wiley Interscience)
Kaynaklar
Kazan-altı külü
(bottom ash)
Uçucu kül
(fly ash)
ÇATES
ÇATES
Miktar, Tg/yıl [106 metrik
ton/yıl]
Aralık
En iyi tahmin
Doğal
Toz (Soil dust)
Deniz tuzu
Botanik döküntüler
Volkanik toz
Orman yangınları
Gazın partiküle dönüşümü
Fotokimyasal
Doğal Kaynaklar için
toplam
1000 - 3000
1500
1000 10000
1300
26 - 80
50
4 - 10000
30
3 - 150
20
100 - 260
180
40 - 200
60
2200 24000
3100
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
50 - 160
120
260 - 460
330
5 - 25
10
320 - 640
460
2
11/27/2012
Araçlar (Motor Vehicles)
Evsel Isınma
(Domestic heating)
Uçakların
Egzoz
Aerosolleri
Gemilerin Egzoz Aerosolleri
3
11/27/2012
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
11/27/2012
Serik Orman Yangını, Ağustos 2008
Asya Toz Bulutu
18
Aerosoller
Volkanik Emisyonlar
Stratosferik ve Troposferik Aerosol
Stratosferik Aerosol
• 11-50 km
• Ana volkanik patlamalarla stratosfere
enjekte olan SO2’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 14-20 Tg
(1 Tg= 106 ton) SO2 stratosfere enjekte
olmuştur, bu da aerosol konsantrasyonunun
2-5 µg/m3 den 20-100 µg/m3 a artmasına
neden olmuştur.
• Halihazırda dünya genelinde 500 Aktif
volkan bulunmaktadır.
• Magma kütlesel olarak %1-4 gaz içerir
• Gaz kütlenin %50-80 ni su buharıdır
• Diğer gazlar, CO2, COS, CO, S2, Cl2, SO2,
N2, H2, HCl, F2
• Partikül olarak en fazla silika mineralleri
bulunmaktadır ve boyut oranı 0.1-100 µm
arasında değişmektedir.
20
5
11/27/2012
6
11/27/2012
Şehirlerde Aerosoller
Antropojenik Kaynaklar
Mumbai
• Sabit Kaynaklar: güç tesisleri,
rafineriler, madenler vb.
• Motorlu taşıtlar
• Yanma – çok önemli kaynak
Partikül Konsantrasyonu
• Ağır bir şekilde kirlenmiş alanlarda
µg/m3 den 1 mg/m3 e kadar değişiklik
gösterir.
Tablo 2. Çeşitli Alanlar İçin Amerika’da Aerosol
Konsantrasyonları
Yerleşim
Kütle Konsantrasyonu
(µg/m3)
Background
20
Kırsal Alanlar
40
Şehirler
Nüfus < 105
86
< 105-106
104
> 106
154
Guangzhou
Mumbai (Hindistan) ve
Guangzhou (Çin)’de şehirlerde
aerosollerin neden olduğu sis
Veriler: W.C. Hinds, Aerosol Technology, 2nd Edition
Şehir aerosolleri boyut dağılımı
• Çekirdek hali (Nuclei mode) (0.001 – 0.1 µm)
• Birikim Hali (Accumulation mode) (0.1 – 2.5 µm)
• Kaba partikül hali (Coarse-particle mode) (2.5 – 100 µm)
Çekirdek hali (Nuclei mode)
• Boyut: 0.001 – 0.1 µm
• Yanmadan kaynaklı partiküller ve gazdan partiküle dönüşüm
• Bulunduğu yerler : otobanlar ve yanma kaynakları
• Yüksek konsantrasyon
• Hızlı koagülasyon
7
11/27/2012
Birikim Hali (Accumulation mode)
• Boyut: 0.1 – 2.5 µm
• Yanma partikülleri, smog partikülleri ve koagüle olmuş
çekirdek halindeki partiküller
• Yavaş koagülasyon
• Görüş mesafesine etkinin en büyük sebebi
İnce Partiküller
• Çekirdek+Birikim Hali
• PM2.5
Coarse-Particle Mode
Aerosollerin kaba partikül hali - Animasyon
• Boyut: 2.5 – 10 µm
• Tozlar, deniz tuzları, açık
işletmelerden gelen partiküller
• Yüzeyde çökmeye hazır
haldedirler.
http://aerosol.ees.ufl.edu/atmos_aero
sol/flash/coarse-particle.swf
PM2.5, PM10, ve TSP (toplam
askıda partiküller)
• PM2.5: < 2.5 µm
• PM10: <10 µm
• TSP: toplam askıda partiküller
Aerosollerin hangi hali atmosferde en
uzun yaşam süresine sahiptir? Neden?
Aerosol Birikme Modeli - Animasyon
http://aerosol.ees.ufl.edu/atmos_aerosol/flash/accumulation.swf
Atmosferik Aerosol
Dinamik Prosesler
• Oluşum
• Büyüme
• Uzaklaştırma veya giderim
Atmosferik Aerosollerin Dinamik Prosesleri - Animasyon
Atmosferik Aerosol
(µg/m
• İnce partiküller: asidik; sülfat,
amonyak bileşikleri,
elemental karbon
• Kaba partiküller: Ana; kabuk Toplam
maddeler(crustal materials) Kütle
ve oksitleri
SO4NO3-
http://aerosol.ees.ufl.edu/atmos_aerosol/flash/dy
namic%20process.swf
NH4
2.
İnce parçacıkların 3
ana bileşeni nelerdir?
Kaba aerosollerin 4
ana bileşeni nelerdir?
+
Şehir
Kırsal
İnce
Kaba
İnce
Kaba
42
27
24
5.6
17
1.1
12
__
0.25
1.8
0.3
__
__
4.3
<0.19
2.3
0.067
<0.01
0.114
__
C
7.6
3.3
3.3
1.3
Al
0.095
1.4
0.02
0.2
Si
0.2
3.8
0.038
0.58
S
__
__
3.7
0.2
H+
1.
Sırası ile atmosferik aerosol oluşumu,
gelişim ve uzaklaştırma prosesleri nelerdir?
Tablo 3. Şehir ve kırsal alanlarda ince ve
kaba partiküllerin ortalama bileşimleri
3)
Kimyasal Bileşim
Ca
0.15
3.1
0.016
Fe
0.17
0.73
0.028
0.12
Pb
0.48
0.13
0.097
0.014
0.32
Veriler: Finlayson-Pitts and Pitts, Atmospheric Chemistry:
Fundamentals and Experimental Techniques, Wiley, New York,
1986.
8
11/27/2012
Haze
Partikül Kirleticilerin Görünürlük Alanına Etkisi
(Visibility Effect of Particule Pollutants)
Görünürlük (Visibility)
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.
• 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
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
11/27/2012
Işık Sönümlenmesi (Light Extinction)
Beer-Lambert Kanunu
Sönümleme verimi, Qe
I
= exp( −σ e L)
I0
I0 = Gelen ışık yoğunluğu (Incident light intensity);
I = Aerosolün içinden geçen ışık yoğunluğu (light intensity traversing the
aerosol);
σe = 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
σ e = NAp Qe =
particle
refractive
index (m)
πNd p 2Qe
4
N = Partikül konsantrasyonu (birim hacim için adet);
Ap = Partikülün kesit alanı;
dp = Partikül çapı (küresel oldukları varsayılır);
Qe = Tek bir partikül sönümleme verimi (partikül boyutu ve kırılma indisinin
karmaşık bir fonksiyonudur)
Gözle Görüş Mesafesi (Koschmeider)
Örnek soru
2×1010
/m3
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 2×1010 /m3. 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?
N=
M
3
(π / 6)d p ρ
Gözle Görüş Mesafesi (Visual Range)
N = Partikül konsantrasyonu
(birim hacim için adet);
M= partikül kütlesi=cV
• Düz bir doğrultuda insan ne kadar uzağı görebilir
• Nesnelerin zar zor görülebileceği mesafe
Gündüzleri siyah bir nesne için yatay düzlemde, gözle görülür uzaklık Lv
sönümleme katsayısının basit ters bir fonksiyonu olarak elde edilir.
(parlaklık kontrast eşiği ε = 0.02 olarak kabul edilir)
(For a dark object viewed against the horizon during daylight, the visual
range Lv can be obtained as a simple inverse function of extinction
coefficient (assuming the threshold of brightness contrast is ε = 0.02) )
Lv =
− ln(ε )
σe
=
− ln(0.02)
σe
=
3.91
σe
Lv =
1200km.µg / m3
Partikül − konst
Gözle görüş mesafesini etkileyen bir aerosol için
önemli parametreler nelerdir?
10
11/27/2012
BLACK CARBON- SİYAH KARBON
Özet
•
Atmosferik Aerosol
–
–
–
–
–
–
•
Doğal ve antropojenik aerosollerin kaynakları
Partikül konsantrasyonu
Çekirdek, birikim ve kaba partiküllü aerosoller
PM2.5, PM10, 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:2, syf: 60-72.
11
11/27/2012
Radiative
forcing
due to BC
emissions
12
Smog
Atmosferik Etkiler
• Smog ve Sis
• Şehir İklimi
• Atmosferik Birikim:
– Asit Birikimi
– Hg Birikimi
• Stratosferik Ozon Tükenmesi
• Küresel Isınma
Fotokimyasal Smog
Oluşumu için
Genelleştirilmiş Şema
• Kömür yakılması sonucu oluşan duman veya
sislerin istenmeyen bir şekilde birleşmesinden
kaynaklanır.
• Birinci Bölüm: Endüstri devrimi sırasında SO2 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.
O3 seviyesini belirlerken dikkat edilecek
parametreler nelerdir?
Los Angeles Havzası Üzerinde Smog
1
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
• NO2 varlığından dolayı, LA-tipi smog
kahverengidir.
• Houston, Denver, Mexico City şehirlerinde de
büyük bir problemdir.
Eğer EPA’da yönetici olarak çalışsaydınız, LA-tipi/O3
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)
http://www.gulfcoast-homes.com/images/palm_island.jpg
Minneapolis
http://news.minnesota.publicradio.org/feat
ures/2005/02/02_bensonl_badairday/
Ortabatı
http://www.nasa.gov/vision/earth/environment/
New_IDEA_Air_Quality_Monitoring.html
Kuzeydoğu
earthobservatory.nasa.gov
2
El Değmemiş Hava Özellikleri
(Pristine Air)
Güneydoğu Asya’da Sis
•
Orman Yangını
•
Düzinelerce ülkeye kadar genişleyebilir.
•
•
•
•
http://www.iribnews.ir/Full_en.asp?news_id=219535&n=33
http://www.signonsandiego.com/news/world/2
0061008-0850-southeastasia-haze.html
www.ens-newswire.com/.../2002-11-08-06.asp
•
Yüksek hava kalitesi olan alanlarda iyi
görüş (60-100 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
http://www.mir.com.my/rb/photography/windows/htmls/htmls/vincent2.htm
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- SOx ve elementel
karbondur.
Sülfat konsantrasyonları olması gerekenden
(background conc.) 10-20 kat fazladır.
Bu tür sisi kuvvetlendirenler;
– Verimsiz kirletici uzaklaştırma prosesleri
– Çok dik inversiyon katmanı
www.terradaily.com/reports/
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
www.gi.alaska.edu/Science
Forum/ASF9/948.html
www.atmosphere.mpg.de/enid/3rl.html
3
Gece Oluşan Hava Sirkülasyonu
(Nocturnal Air Circulation)
Şehirlerde Isı Adaları
•
•
•
New York Şehri – antropojenik kaynaklı ısınma kış aylarında
güneşden gelen ısıya 2.5 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
• 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?
www.atmosphere.mpg.de/enid/3rl.html
Çökelme Üzerine Etkiler
(Effects on Precipitation)
Civa Birikimi (Mercury Deposition)
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.
Civa neden önemli bir konudur? Diğer ana kirleticilerden (örn. SO2,
O3) 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
250
http://earthsci.org/processes/weather/weaimages/ccprcess.gif
200
63.56
150
49.73
72.76
Nükleit üzerinde
su buharı
yoğunlaşması
Damlacıkların
bir araya
gelmesi
100
40.47
56.73
58.21
31.78
50
çökelme
51.05
51.25
1.6
4.9
47.91
0
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?
1
1990
•
2
1996
3
1999
Municipal Waste
Incinerators
Coal fired Power
Plants
Kimyasal etkilerin hareketi
– Elemental Hgo çevresel hareketliliğe sahiptir
– İki değerlikli (Hg++) civa partiküllere bağlanır.
•
http://www.dnr.state.wi.us
En büyük antropojenik
kaynak nedir?
Emisyonları Hgo, Hg++ ve Hg bağlı partikül formundadır.
4
Civa Birikimi (Mercury Deposition)
• Hg++ : yüzey sularında en çok bulunan civa formu; ancak
atmosferik Hg su ekosistemlerindeki civanın ana
kaynağıdır.
• Mikroorganizmalar ile Hg++ ,CH3Hg’ya dönüşür. Florida
panteri
• Metil civa suda kalma eğilimi gösterir.
– Hgo ‘a dönüştüğünde atmosfere salınır.
Hg0
Hg2+
CH3Hg
http://www.floridakeys.fl.us/images/apanther.gif
• 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.
• 2005: Clean Air Mercury Rule (CAMR) termik
santrallerden gelen Hg emsiyonlarını başa koymuştur
– Faz 1 (2010) 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 2 (2018) emisyonun yıllık 15 ton hedeflenmesidir.
Stratosferik O3 Azalması
Hangi türler O3 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 N2O
– Kutuplardaki stratosferik bulutlar (PSCs)
• 2005: Clean Air Interstate Rule (CAIR) eyalet sınırları
boyunca hareket eden kirliliğin azaltılması:
– 2015: doğudaki 28 eyalet ve DC’de 2003 yılındaki kirletici
seviyelerinin SO2 için 70% ve NOx için 60% oranında azaltılması
Crutzen
Rowland
Molina
www.norbelprize.org
5
Ozon Tabakası Dinamikleri
Ozon Tabakası Dinamikleri
• Stratosferde O3 ‘ün doğal oluşumu ve yıkımı
(Chapman Döngüsü)
O + hv → O + O
2
 λ < 242.4 nm 


O +O + M →O + M
2
3




 M : energy − absorbing N 2 or O2 


O + hv → O + O
3
2
 λ < 325 nm 


O + O → 2O
3
2
www.ccpo.odu.edu/.../class/Chap_5/5_thumbs.htm
NOx ‘ların Rolü
• O3 tabakası için bir tehdittir.
– Süpersonik taşınım ve nükleer silah testlerinden direkt emisyonlar
– Nitrikoksit katalitik olarak O3 ‘u yok eder.
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + O( 3P) → NO + O2
NO2 + hν → NO + O( 3P)
Net 2O3 → 3O2
– Troposferde stabil olan N2O‘unun yıkımı için daha olasıdır.
O(1D) + N 2O → 2 NO
– Ana Yutak
HO2 ⋅ + NO → OH ⋅ + NO2
NO2 + OH ⋅ + M → HNO3 + M
HNO3‘ün oluşması
güvenli midir?
Halojenli Hidrokarbonların Rolü
• Kloroflorokarbonlar, Klorlanmış Hidrokarbonlar, Halonlar
• Üst ve orta stratosferde, fotoliz ile CFC’lerin yıkımı ile Cl
oluşur.
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O(1D) → Cl + O2
– Stratosferden uzaklaştırılmadan önce, 1 Cl ile 100000 O3
molekülünün yıkımı bu ve diğer reaksiyonlar ile sonuçlanabilir.
• Stratosferin alt kısımlarında;
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + HO2 ⋅ → HOCl + O2
HOCl + hν → Cl + OH ⋅
OH ⋅ +O3 → HO2 ⋅ +O2
6
Diğer halojenlerde aynı zararı verir mi?
Brom Döngüsü (Bromine Cycle)
•
Cl döngüsüne benzer şekilde; 16-20 km yükseklik arasında yaklaşık
olarak %20-25 O3 kaybının sorumlusudur.
•
BrO-ClO döngüleri birbirine bağlıdır; 16-20 km yükseklikte O3
kaybının yaklaşık %20-25 olduğu hesaplanmıştır.
ClO + BrO → Br + ClO2
ClO + BrO → BrCl + O2
www.fsl.noaa.gov/.../samii/SAMII_Activity3.html
Cl ve Br için Yutak Prosesleri
• Bu tepkime ürünleri HCl, HBr, klorin nitrat
ve Bromin nitrat
Cl + CH 4 → HCl + CH 3 ⋅
Br + HO2 ⋅ → HBr + O2
ClO + NO2 + M → ClONO2 + M BrO + NO2 + M → BrONO2 + M
• HCl ve ClONO2 geçici Cl depolarıdır – Cl
yenilenir
HCl + OH ⋅ → Cl + H 2O
ClONO2 + hν → Cl + NO2
Antartik O3 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.
• Bromin benzer şekilde yenilenir
7
Antartik O3 Deliği Kimyası
Antartik O3 Seviyelerinde Değişim
• Ozon yıkımı aşağıdaki maddeleri içeren
heterojen faz kimyasından kaynaklanmaktadır.
– Kutuplardaki stratosferik bulutlar(PSCs)
– HCl, ClONO2, Cl2, HOCl
• Kutuplardaki stratosferik bulutlar (PSCs)
– Tür 1
• Nitrik asit ve suyun yüksek miktarda olması
• Sülfürik asit içerebilir
• Partikül boyutları 0.1-5 µm aralığındadır
– Tür 2
• Çoğunluğu sudan meydana gelir
• Partikül boyutları 5-50 µm ‘den büyüktür
http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/
Neden bahar
mevsimlerinde?
Antartik O3 İncelmesi Prosesleri
– HCl, ClONO2, HOCl, and N2O5 gibi yutak maddelerini
absorplar
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
http://www.timjacobs.com/images/
Philippines/Pinatubo/Volcano8.jpg
Ozon İncelme Trendi
(Ozone Depletion Trends)
• Yüksek ve orta dereceli enlemlerde oluşurlar
• Orta enlemlerde incelme oranı 1990’larda
yavaşlamıştır.
• Toplam O3 yok eden maddeler 1994’ten beri
troposferde azalma eğilimi göstermektedir.
Neden stratosferik ozonun yok olmasını önemsemekteyiz?
8
Ozon İncelmesinin Etkileri
• 1980’den beri stratosferin alt kısımlarında
soğuma
0.6oC/10yıl
– 1979 – 1994 yılları arasında
– Yüzey UV radyasyonunda değişme çünkü O3 , 320
nm dalga boyundan az UV’nin 99%’unu absorblar.
– UV-A (320-400 nm)
– UV-B (280-320 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 ≥ 0.2 olan maddeler
– 2. Sınıf Maddeler : ODP değeri < 0.2 olan maddeler
Kimyasal
Yaşam Süresi (yıl)
ODP
GWP
CFC-11 (CCl3F)
45
1.0
4000
CFC-12 (CCl2F2)
100
1.0
8500
CFC-13 (CF3Cl)
640
1.0
14000
3.0
Halon 1211 (CF2ClBr)
16
Halon 1301 (CF3Br)
65
10.0
Halon 2402 (C2F4Br2)
20
6.0
http://www.epa.gov/ozone/ods.html
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
– 22.1-24.5 derece arasında değişir.
– 41000 yılda tam bir döngü yapar.
– Mevsimlerin değişimlerinden sorumludur.
• Salınım(Precession): Dünyanın kendi
ekseni etrafında salınması
– Yıldızların etrafında bir daireyi tanımlar.
– Döngü 20000 yıl sürer.
– Yaz ve kış zamanlarını etkiler.
• Dış Merkezlilik(Eccentricity): Dünyanın
güneş etrafındaki yörüngesi (Elips
şeklindedir) ;
– Periyodu 100000 yıldır
– Güneş enerjisinin dağılımını etkiler
9
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 20,000, 40,000 ve 100,000
yıl olarak belirlenmiştir
• Buzul çağının habercisi (“Pacemakers”of ice ages)
• Birincil
• Güneşten gelen ışınımı miktarının sabiti;
– 1370 W/m2/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 -14 – 19. yüzyıl
– CO2, su buharı
• Diğer
– CH4, N2O, Troposferik O3, CFCs, perfluorocarbons,
sulfur hexafluoride
Sera Gazları
Uygun olan konsantrasyon nedir?
Yüzey sıcaklığı. 200
Dünya
K Yüzey sıcaklığı. 281 K
• Kızıl ötesi ışınları yayarken gelen güneş ışın
enerjisinin (kısa dalgalar) dünyanın yüzeyine
girmesine izin verir.
Sera Gazları
Güneş Radyasyonunda Farklılıklar
Mars
Sera Gazı Etkisi ve Küresel Isınma
Venüs
Yüzey sıcaklığı 726
K
97% CO2
10
Atmosferik CO2 Konsantrasyonundaki Değişiklikler
Atmosferik CO2 Konsantrasyonundaki Değişiklikler
Antartika Buz Çekirdeği
http://co2now.org/
http://co2now.org/
http://www.worldclimatereport.com/.../co2growth1.JPG
Atmosferik CH4 Konsantrasyonundaki
Değişiklikler
Sera Gazları
• Emme Kapasitesi (Emissivity)
– Atmosferin termal enerjiyi uzaya salma kabiliyeti
– Kızılötesi spektrumlarında değişiklik gösterir
– Atmosferik pencere
CH4, N2O, CFCs
Antartika, Law Dome buz çekirdeklerinden elde edilen veriler ve Cape
Grim hava örnekleri. Metan konsantrasyonu 1980-90 yılları arasında
10%’lik hızlı bir artış göstermektedir.
Şekil 1.5
11
Işınım Kuvveti (Radiative Forcing)
• Dünya atmosferine ulaşan net ışınım enerjisi
atmosphere
– Pozitif – dünyayı ısıtır
– Negatif – dünyayı soğutur
Mt. Pinatubo, Filipinler deki volkanik
patlamadan kaynaklanan sülfat
aerosolleri
• Sera gazları pozitif
etkide bulunur ve
ısınmaya neden olur.
• Aerosoller
– Sülfatlar?
– Duman (soot)
(elemental karbon)?
visibleearth.nasa.gov/Atmosphere/Aerosols/Sulfate_Particles.html
Sera gazları ile ilgili olan ışınımsal kuvvet
• 18. yy’dan beri 2.43 W/m2
–
–
–
–
–
–
1.46 => CO2
0.48 => CH4
0.34 => halokarbonlar
0.15 => N2O
0.35 => troposferik O3
-0.3 dan -1.0 => sulfat
aerosolleri
– 0.2-0.8 => elemental karbon
Işınımsal Etkilik/Küresel Isınma Potansiyeli
• Işınımsal Etki: CO2
ile ilgili termal
enerjiyi absorblama
yeteneği
• Küresel Isınma
Potansiyeli (GWP):
• Gazların
absorbsiyon
spektrumuna ve
dünyanın emisyon
spektrumuna
bağlıdır.
Hangi türler daha etkilidir?
İklim Değişikliği İçin Kanıt
• Küresel yüzey sıcaklığındaki artış
• Ortalama gece sıcaklığındaki artış(~0.2o C/10yıl)
• Okyanus yüzey sıcaklığındaki artış
(~0.05oC/10yıl)
http://zfacts.com/metaPage/lib/zFacts-global-temperature-1860-2005.gif
12
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 10-20 cm değişmesi
• Kar tabakası ve buzullardaki azalma sofia.usgs.gov/.../coastal/flbay/decline.html
• Kuzey kutbundaki buzulların
azalması
• Biyolojik değişimler
• Buzulların erimesi
Gelecekle İlgili Tahminler
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.
• 20th yüzyılda sera gazları ve sülfatların öncülüğünü
yaptığı ısınma eğiliminin iyi bir şekilde kaydının
tutulması.
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
http://www.globalwarmingart.com/wiki/Predictions_of_Future_Change_Gallery
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
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 CO2 nin
azalması ile sera etkisi artar.
– Donmuş tundralardan salınan CH4 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
http://www.globalwarmingart.com/wiki/Predictions_of_
Future_Change_Gallery
Özet
14
11/27/2012
Giriş
Hava Kirliliğinin İnsan Sağlığı
Üzerine Etkileri
Maruz kalınma metotları
Hava Kirletici Kriterleri:
Gözden Geçirme: CAA (Clean Air Act) kriterlerinden
NAAQS (National Ambient Air Quality Standards)
Godish Bölüm 5 ve Online Solunum Sağlık Modülü
(http://aerosol.ees.ufl.edu/)
Birincil standartlar
İkincil standartlar
Tehlikeli Hava Kirleticiler:
1990 CAA düzenlemesi ile tekrar gözden geçirilmiştir.
Ek Kaynak: EPA http://www.epa.gov/air/urbanair/
Diğer önemli sağlık halleri
Biyoaerosoller, tedavi amaçlı olanlar
Maruz Kalma
Solunum sistemi
Nefes alma ile/ deriden
solunum
Solunum sistemiin 3 kısmı
Kronik
Akut
Hava kirliliği olayı
Bölgesel durumlara bağlıdır
Epidemiyolojik çalışmalar
Nazofaringeal (HAR)
Trakeobronşiyal (TBR)
Pulmoner alveolar (GER)
Çevresel faktörler ve hastalıklar
arasındaki istatistiki ilişki
Çetin ortamlar
Zehirli çalışmalar
Kirleticilerin birbirleri ile
etkileşimleri
Akciğerler- Giriş Kısmı
Smog olayı, NYC, 1963
Ulusal Arşivler, Chester Higgins
tarafından resm edilmiştir.
Amaç
GER SA > 75 m2
1
11/27/2012
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
Birincil Std.
Partikül Madde
(PM10)
İptal Edildi
150 µg/m
Partikül Madde
(PM2.5)
3
15.0 µg/m
35 µg/m
3
3
Ortalama
Zamanlar
İkincil Std.
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)
Yıllık (Aritm.
Ortalama)
24-hour
Yıllık (Arit.
Ortalama)
24-saat
Birincil İle Aynı
Büyük partiküller ve
küçük partiküller için
hangi mekanizmalar işe
yarar?
2
11/27/2012
Partikül Madde
Yerçekimi ile çökme
En büyük katkısı olanlar (Major
contributors)
Nesne Sıkışması
dp ≥ 3 µm partiküller için
çoğunlukla etkili
→ PM2.5 mevzuatları
HAR veya TBR’de birincildir
Görsel örnek:
http://aerosol.ees.ufl.edu/respiratory/section041.html
Brownian difüzyonu
dp≤ 0.5 µm partiküller için
çoğunlukla etkili
3-5 µm (VTS ∝ dar2)
Bronş hava yollarında
merkezden uzak/yatay
bölgeler
Görsel örnek:
http://aerosol.ees.ufl.edu/respiratory/sectio
n04-2.html
dp<0.1
0.1<dp<1
dp>PM2.5
Asgari etki
DF=Toplam
DFHA=Başlıca Yollar
DFTB=trakeobronşiyall
DFAL=Alveolar bölge
Elektrostatik Çekim
Engelleme
Partikülleri gererek uzatır
Görsel örnek:
http://aerosol.ees.ufl.edu/respiratory/sectio
n04-4.html
Görsel örnek:
http://aerosol.ees.ufl.edu/respiratory/section043.html
Partikül Madde
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?
Partikül Madde
PM10 (<10 µm, kaba (2.5-10 µm) ve ince partiküller)
Sağlık Etkileri
Hırıltılı solunum ve öksürme
Kalp krizleri ve ölüm
Partikül Madde
Wide Range
Toplam Askıda Partiküller(TSP :Total Suspended
Particles)
SO2 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/m3 artış için ölümcül hastalıklarda
1% oranında artış (AHA)
HAR(nasal-pharangycal)’da çökelen büyük her madde
PM2.5 (<2.5 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
PM2.5’da herbir 10 µg/m3 artış için 8% akciğer kanser riski artışı olur
Aynı durum için solunumunda3.4%’e kadar artış (AHA)
Kardiyovasküler hastalıklarda 1.4%’e kadar artış (AHA)
3
11/27/2012
Partikül Madde
Renksiz, kokusuz, tadı olmayan gazlar
Astım
→Sessiz katil (Silent Killer)
Amerika’da hergün 14 kişi astımdan ölmektedir.
20 yıl öncesine göre 3 kat daha fazla bir oran
Artan sağlık hizmetleri giderleri
Inversionlar (resmi olarak kapatıldı)
SO2 bulunması durumlarında
1930: Meuse Vadisi, Belçika- 60 ölüm
1948: Donora, PA- 20 ölüm
1952: “Lethal London Smog”- 12,000 ölüm
Hava kirleticileri Kriterleri
Karbon Monoksit
Kandaki hemoglabinle reaksiyona girer
Nedeni:eksik yanma
Kaynakları:taşıma sektörü, enerji üretimi, merkezi ısıtma sistemleri, bazı endüstriyel
prosesler
Kirletici
Birincil Std.
Karbon Monoksit 9 ppm
Ortalama
Zaman
İkincil Std.
8-sa
Yok
1-sa
Yok
3
(10 mg/m )
35 ppm
3
(40 mg/m )
Karbon Monoksit
Özellikle evlerle ilgili maddedir- CO
dedektörü kullanmak evlerde önemlidir!
oxyhemoglobin (HbO2)’den daha çok
carboxyhemoglobin (HbCO) oluşur
Okisjen transferini engeller
Evlerde iç hava mevzuatı yoktur
İnsanlarda toksik etkiler
Sigara içilmesi: 400-450 ppm; sigara
kullananların kanında 5-10% HbCO bulunurken
içmeyenlerde 2% oranındadır.
Özet…
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
Partikül episodları
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)
Karbon Monoksit
CDC CO Poisoning
http://www.cdc.gov/co/faqs.htm
>70 ppm → grip benzeri semptomlar (ateş
olmadan)
150-200 ppm → yönelim bozukluğu, uyuşukluk,
Parrish Medical Center
kusma
http://www.parrishmed.com/programs_
>300 ppm →bilinç kaybı, beyin hasarı, ölüm services/wound_hyperbaric.cfm
Heryıl Amerika’da 500 kişi CO
zehirlenmesinden ölmektedir
CO zehirlenmesinin olası kaynakları
nelerdir?
Tedavi: temiz hava, oksijen terapisi,
basınç odası
4
11/27/2012
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
2 ppm ‘de öksürme
Kronik Sağlık Etkileri
Neden ozonu atıksu arıtımında dezenfektan olarak
kullanırız?
Tekrardan iyileşme şansı olmayan, hızlanmış akciğer hasarı
SOx
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
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 10-30 ppm de olur.
Burun ve göz kaşıntısı
Akciğer dokusu zedelenmesi
Akcüğerde ödem (Şisme)
Bronşit
Savunma mekanizması
Zatürre
Kalp hastalıklarını güçlendirme
Kurşun (Pb)
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
http://www.epa.qld.gov.au/environment
al_management/air/air_quality_monitor
ing/air_pollutants/airborne_lead/
5
11/27/2012
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, SO2, CO, O3, NO2, and TSP*SO2)
API Değeri
Hava Kalitesi Tanımı
0-50
İyi
51-100
Orta
101-199
Sağlıksız
200-299
Çok Sağlıksız
≥300
Tehlikeli
API: Hava Kirliliği İndeksi
6
11/27/2012
Hava kirleticileri Kriterleri :
Hava Kalitesi İndeksi
Hava kirleticileri Kriterleri :
Hava Kalitesi İndeksi
Herbir kirletici için alt indeksleri hesaplama ile başlayın
Alt indeks; parçalara ayrılmış lineer fonksiyon
8 sa CO için 9 mg/m3 değerine göre alt indeksi hesaplayın
Toplam Hava Kirliliği İndeksi (API) tüm alt indekslerin toplamının
maksimum olmasıdır.
İndeks
Değeri
24 sa
TSP
mg/m3
24 sa
SO2
mg/m3
TSPxSO2
(mg/m3)2
8 sa CO
mg/m3
8 sa O3
mg/m3
1 sa NO2
mg/m3
Soru: 7 mg/m3 CO (8 saatlik ortalama), 300 µg/m3 TSP
(24 saatlik ortalama), ve 300 µg/m3 SO2 (24 saatlik
ortalama) konsantrasyona sahip hava için PSI yı
hesaplayan ve sözlü olarak ifade edin.
Hatırlatma: İyi (0-50); Orta (51-100); Sağlıksız (100-199); Çok
Sağlıksız (200-299); Tehlikeli (>300)
Değer
24 sa TSP
mg/m3
24 sa SO2
mg/m3
TSPxSO2
(mg/m3)2
8 sa CO
mg/m3
8 sa O3
mg/m3
1 sa NO2
mg/m3
0
0
0
N/A
0
0
N/A
0
0
0
N/A
0
0
N/A
50
75
80
N/A
5
118
N/A
50
75
80
N/A
5
118
N/A
100
260
365
N/A
10
235
N/A
100
260
365
N/A
10
235
N/A
200
375
800
65,000
17
400
1130
200
375
800
65,000
17
400
1130
300
625
1600
261,000
34
800
2260
300
625
1600
261,000
34
800
2260
400
875
2100
393,000
46
1000
3000
400
875
2100
393,000
46
1000
3000
500
1000
2620
490,000
57.5
1200
3750
500
1000
2620
490,000
57.5
1200
http://www.dep.state.fl.us/air/flaqs/forecast.htm
3750
Zararlı Hava Kirleticileri
(HAPs): Cıva
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
http://www.istockphoto.com/imageindex/728/1/728179/Mercury_drops_Hg.html
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
(HAPs) : Dioksinler
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
2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p
p-dioxin
2,3,7,8-Tetrachlorodibenzofuran
furan
3,3',4,4',5,5'-Hexachlorobiphenyl
biphenyl
7
11/27/2012
(HAPs) : Dioksinler
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” (2,3,7,8 tetrachlordibenzo-pdioxin, TCDD)
Diğerlerinin ise sonuç olarak insan
da kansere sebep olduğu bilinir
Viktor Yushchenko’nun dioksin zehirlenmesine maruz
kalmadan önceki ve sonraki fotoğrafları
http://en.wikipedia.org/wiki/Viktor_Yushchenko
Diğer Aerosoller: Bioaerosoller
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
Mechanical aeration in
oxidation ditch at UF WWTP
Sağlığa etkileri: polen alerjileri
patojenik organizmalar
nedeniyle ölüme sebep olur.
Paojenik – en az bulaşıcı doz
Tekrarlayıcı ve sürekli gelişen sağlık
etkileri vardır
Chloracne (klorlu hidrokarbonların
neden olduğu deride akneye benzer
döküntülerle beliren hastalık)
Diğer Aerosoller: Bioaerosoller
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
http://www.westga.edu/~geosci/wgmc/plants_pics.htm
8
11/27/2012
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
http://aerosol_beta.ees.ufl.edu/Healthaerosol/section03-2.html
9
11/27/2012
Denge & Kinetikler
• Denge
• Denge Sabiti
• Serbest Enerji
• Isının Etkisi
Denge & Kinetik
• Kinetikler
• Reaksiyon Mertebesi (1. derece, 2. derece ve pesudo
1. derece)
• Hava Kirliliği Reaksiyonları
• Yaşam süresi, yarılanma süresi
• Isının Etkisi (Arrenhius Denkliği)
Denge Sabiti
Şu şekilde bir reaksiyon
düşünelim:
aA + bB ↔ cC + dD
ileri hiz sabiti = k f [A]a [B]b
geri hiz sabiti = k b [C]c [D]d
k f [A]a [B]b = k b [C]c [D]d
K eq =
kf
kb
=
c
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
d
[C] [D]
[A]a [B]b
Tanımlar:
Denge sabiti
G = U + PV − TS = H − TS
Standart Hal: belirli sıcaklık ve 1 atm basınçta saf malzemenin hali
Standart serbest enerji ve oluşum ∆G of : kendi bileşen elementlerinden
standart halde 1 mol tür oluştuğunda enerji değişir.
Standart entalpi oluşumu ∆H of : kendi bileşen elementlerinden standart
halde 1 mol tür oluştuğunda sıcaklık değişir.
1
11/27/2012
Gibbs serbest enerjisi ve denkliği
(Gibbs free energy and equilibrium)
Şu şekilde bir reaksiyon aA + bB ↔ cC + dD
düşünelim:
∆Gro = ∆G fo products − ∆G fo reactants
Reaksiyonun Gibbs serbest
enerjisi
∆Gr = ∆Gro + RT ln Q
Q=
[C]c [D]d
[A] a [B] b
Dengede değil ise
∆Gr < 0
Reaksiyon ileri yöne doğrudur
∆Gr > 0
Reaksiyon geri yöne doğrudur
∆Gr = 0
Dengede;
∆G = − RT ln Keq
o
r
∆H ro
Nitric oxide (NO)’in nitrogen dioxide (NO2)’e
oksijen 25 °C’de iken dönü şümü için denge
sabitini, Keq, hesaplayınız.
NO + 12 O2 ↔ NO2
Bileşen
∆Gf (@298 K)
∆Hf (@298 K)
NO
86.55 kJ/mol.
90.25 kJ/mol.
O2
0
0
51.29 kJ/mol.
33.18 kJ/mol.
 ∆Gro 

Keq = exp −
 RT 
Van’t Hoff Eşitliği
 K  ∆H
ln  2  =
R
 K1 
Örnek :
NO2
Sıcaklığın Keq ‘ya Etkisi
o
r
Denge
Sıcaklığın Keq ‘ya Etkisi
Egzostta Denge Halinde NO ve NO2 Konsantrasyonları
1 1
 − 
 T1 T2 
- Reaksiyonun entalpisi
∆H ro
‘nin istediğimiz sıcaklıkta değişmediğini kabul ederiz
1.
Nitric oxide (NO)’in nitrogen dioxide (NO2)’e
oksijen 325 °C’de iken dönü şümü için denge
sabitini, Keq, hesaplayabilir misiniz?
2.
Reaksiyon yüksek sıcaklık için mi yoksa düşük
sıcaklık için mi uygundur?
NO ve NO2’nin denge konsantrasyonları için
tablodan ne söyleyebilirsiniz?
2
11/27/2012
Kinetikler
Hava Kirliliği Kimyası
Deneysel verilerle reaksiyon mertebesi
nasıl hesaplanır?
Reaksiyon Mertebesi
aA + bB + cC + ⋅ ⋅ ⋅ → Ürünler
Rxn Hizi = k [ A]a [ B ]b [C ]c
d [ A]
= −k [ A]
dt
d [ A]
= −k [ A]2
dt
A→ B
[ A] = [ A]0 e
İkinci Dereceden Reaksiyon
ln [A]
A+ A→C
A+ B → C
Reaksiyonun derecesi nedir?
NO2 + hν → NO + O
k
[ A]t = [ A]0 e− khvt
− kt
1
1
−
= kt
[ A] [ A]0
t
Yaşam süresi, τ, bir bileşiğin başlangıç konsantrasyonundan
1/e konsantrasyona ulaşması için geçen toplam süredir
1/[A]
Yarılanma süresi, t1/2, bir bileşiğin başlangıç konsantrasyonun
yarısı konsantrasyona ulaşmasına kadar geçen süredir.
k
Pseudo Birinci Derece Reaksiyon A + B → C
d [ A]
= −k [ B ][ A] = −k ' [ A]
dt
A + hν → ürünler
Rxn derecesi = a + b + c + L
Birinci Dereceden Reaksiyon
Işıkla Ayrışma (veya Fotoliz) Reaksiyonları
t
[B] >> [A] olduğunda
Hava Kirliliği Kimyası
Hız sabitinin bir fonksiyonu olarak fotoliz reaksiyonu için yaşam
süresi ve yarılanma süresini nasıl açıklarsınız?
Aktivasyon Enerjisi (Ea) 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⋅
1×106
NO3
5×108
O3
7×1011
Propenin OH ile 1 atm basınç ve 298 K sıcaklıkta reaksiyon hız
sabiti 2.6×10-11 cm3 molekül-1 s-1’dir. Propenin OH ile
uzaklaştırılmasına bağlı yaşam süresi nedir?
3
11/27/2012
Aktivasyon Enerjisi Hesaplama
Temperature Effect on Reaction Rate
Arrenhius Eşitliği
 E 
k = A exp − a 
 RT 
 E 
k = A exp − a 
 RT 
k = Reaksiyon hız sabiti (gerçek bir sabit midir?)
A = Sıklık faktörü (Frequency factor)
Ea = Aktivasyon enerjisi (herzaman +)
R = İdeal gaz sabiti
T = Gerçek sıcaklık
ln k = ln A −
Ea
RT
T fonksiyonu için k’ya
göre veriler toplama
k
T
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, 2. derece ve pesudo
1. derece)
• Hava Kirliliği Reaksiyonları
• Yaşam süresi, yarılanma süresi
• Isının Etkisi (Arrenhius Denkliği)
15
4
11/27/2012
Yanmanın Temelleri
• Yakıt
Yanmanın
Temelleri
• Yanma Stokiyometrisi
• Hava/yakıt Oranı
• Yakıt Fazlalık Katsayısı
• Yanma Kaynaklı Hava Kirleticiler
11/27/2012
1
11/27/2012
2
Yakıt
Yakıt
Bazı Yakıtlar İçin Değerler
CH4
C2H6
Gaz Yakıtlar
• Doğalgaz
• Rafineri gazı
Sıvı Yakıtlar
•
•
•
•
C3H8
Diğer HCs
H2S
Isıl Değer
(106 J/m3)
(wt%)
Doğalgaz
(No.1)
87.7
5.6
2.4
1.8
2.7
Doğalgaz
(No.2)
88.8
6.4
2.7
2.0
0.0004
(Elemanter Analiz)
Kerosen
Benzin, dizel
Alkol (Etanol)
Yağ
C
H
N
O
43.2
41.9
S
Isıl Değer
(106 J kg-1)
(wt%)
Benzin
86.4
(No.2)
(Yaklaşık Analiz)
Katı Yakıtlar
• Kömür (Antrasit, bitümlü, düşük bitümlü kömür, linyit)
• Ağaç, odun
Karbon
12.7
0.1
Uçucu Madde
0.1
0.4-0.7
Nem
Kül
Isıl Değer
(%)
(%)
(%)
(%)
(106 J kg-1)
Antrasit
(PA)
77.1
3.8
5.4
13.7
27.8
Bitumlü
(PA)
70.0
20.5
3.3
6.2
33.3
45.9
30.5
19.6
4.0
23.6
30.8
28.2
34.8
6.2
16.8
Düşük Bitümlü
Linyit (ND)
(CO)
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.
11/27/2012
3
11/27/2012
4
1
11/27/2012
Yanma Stokiyometrisi
Yanma Stokiyometrisi
Oksijenle Yanma
Hava İle Yanma (O2 = 21%, N2 = 79%)
C n H m + O2 → CO2 + H 2O
C n H m + (O2 + 3.78 N 2 ) → CO2 + H 2O + N 2
1.
2.
1.
2.
Yukarıdaki denklemi eşitleyebilir misiniz?
Sırası ile metan ve benzenin oksijenle yanma
reaksiyonlarını yazınız.
Cevap
Yukarıdaki denklemi eşitleyebilir misiniz?
Sırası ile metan ve benzenin hava ile yanma reaksiyonlarını
yazınız.
Cevap
m
m
m


Cn H m +  n + (O2 + 3.78N 2 ) → nCO2 + H 2O + 3.78 n +  N 2
4
2
4


m
m

Cn H m +  n + O2 → nCO2 + H 2O
4
2

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2 H 2O
CH 4 + 2(O2 + 3.78N 2 ) → CO2 + 2 H 2O + 7.56 N 2
C6 H 6 + 7.5O2 → 6CO2 + 3H 2O
C6 H 6 + 7.5(O2 + 3.78 N 2 ) → 6CO2 + 3H 2O + 28.35N 2
1. Eğer yakıtta O, S, Cl ve diğer elemetler olursa ne olur?
2. Hangisini kullanmak daha iyidir, O2‘mi yoksa hava mı?
11/27/2012
5
11/27/2012
Hava/Yakıt Oranı
6
Hava/Yakıt Oranı
Zengin Karışım
- Gerekenden fazla yakıt
(HY) karışım < (HY)stokiyometrik
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
Fakir Karışım
- Gerekenden fazla hava
(HY) karışım > (HY)stokiyometrik
Yakıt/hava Oranı: YH = m yakıt /m hava = 1/HY
Hava/Yakıt Molal Oranı
HYmol = nhava / nyakıt
Yanma sistemlerinin çoğu fakir koşullarda işletilir.
Bu neden avantajlıdır ?
nhava = besleme karışımındaki havanın molü
nyakıt = besleme karışımındaki yakıtın molü
Metanolün bir motorda yakıldığını düşünün. Gerçek karışımın
Hava/Yakıt oranı 20 ise, bu motor zengin koşullarda mı yoksa fakir
koşullarda mı çalışmaktadır?
Sırası ile metan ve benzen için stokiyometrik yanmada
Hava/Yakıt oranı nedir?
11/27/2012
7
11/27/2012
8
2
11/27/2012
Yakıt Fazlalık Katsayısı (Equivalence Ratio)
Yanma Sırasında NOx ve CO Oluşumu
Termal NOx
- Atmosferik N2‘nin yüksek sıcaklıklarda oksitlenmesi
Yakıt Fazlalık Katsayısı : gerçek karışımın
stokiyometrik durumlardan sapmasını gösterir.
φ=
(YH ) gercek
(YH ) stokiyo.
=
N 2 + O2 ↔ 2 NO
NO + 12 O2 ↔ NO2
( HY ) stokiyo.
- Termal NOx’un yüksek sıcaklıklarda oluşumu daha uygundur.
Yakıt NOx
- Azot bileşikleri içeren yakıtların oksitlenmesi
( HY ) gercek
Metan yanmasının yakıt fazlalık katsayısı Φ=0.8’dir. Yanmada
kullanılan fazla havanın (excess air, EA) yüzdesi nedir?
CO Oluşumu
Φ arttıkça sıcaklık nasıl değişir?
- Eksik yanma
- CO2’nin yüksek sıcaklıklarda ayrışması
CO2 ↔ CO + 12 O2
11/27/2012
9
11/27/2012
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?
11/27/2012
11
11/27/2012
12
3
11/27/2012
Atmosferik Hareket
Atmosferik Hareket
•
•
•
•
•
•
Rüzgar
Basınç Gradyan Kuvveti (PGF)
Coriolis Etkisi
Siklonlar
Atmosferin Genel Sirkülasyonu
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)
Neden eşit değil?
Rüzgarlar
• Genel olarak yatay hareketi tanımlamada
kullanılırlar
• Basınç farklılıklarından dolayı meydana gelirler
• Akışın yönünü etkileyen faktörler;
– Basınç gradyan kuvveti (PGF)
– Coriolis etkisi (CE)
– Sürtünme
Basınç Gradyan Kuvveti
Neden rüzgarları
önemsiyoruz?
Yüzey Hava Haritası (Surface Weather Map)
• 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
Fransız matematikçi
sapar
Gaspard de Coriolis
– Enlem ve rüzgar hızına bağlıdır
(1792–1843)
jrscience.wcp.muohio.edu/.../computermodels.html
www.theozonehole.com/coriolis.htm
1
11/27/2012
Basınç Gradyan Kuvveti
Coriolis Etkisi
luna.tau.ac.il/.../Chapter3/Coriolis_Effect.htm
www.newmediastudio.org/.../Geostrophic_Wind.html
www.mhhe.com/.../fix/student/chapter8/08f06.html
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 1-2 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
2
11/27/2012
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 &
http://www.tuckerman.org/avalanche/
yüksek basınç sistemlerinde saat yönündedir high%20and%20low%20pressure.jpg
Neden?
• Güney yarımkürede tam tersi durum hakimdir
Yüksek Basınç Sistemi
Neden?
http://earthsci.org/processes/weather/
weaimages/low_pressure.jpg
Alçak ve Yüksek Basınç Sistemleri
• Kesit çapı 100-1000 km arasındadır
• Göçebe yapıya sahiptirler
• Sıcak enlemlerde tropikal & kutupsal havadan
etkilenirler.
• Orta enlemlerde
batıdan doğuya
hareket eder
• Ortalama
ömürleri 1-2
haftadır
• 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?
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
http://earthsci.org/processes/weather/
weaimages/high_pressure.jpg
http://earthsci.org/processes/wea
ther/weaimages/evaporat.gif
3
11/27/2012
Küresel Hava Sirkülasyonu
• “3 bölge modeli” ile en iyi şekilde tanımlanırlar
• Ekvatorda hava kutuplara doğru akış halindedir ve 30o
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
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/deserts.gif
• Orta enlemlerdeki hava sadece zayıf
Çöller genelde
N-S sirkülasyon modeli oluşturur.
30o enlemlerindedir,
neden?
Bunun nedeni tropikal ve kutupsal
havanın araya girmesidir
Jet Akımları
Jet Akımları
• 3 bölge modelindeki sirkülasyon hücreleri ile
ilişkilendirilen kesikliliklerle oluşur
• Üst troposferde (7.5-12 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
http://science.enotes.com/images/
earth/woes_01_img0095.jpg
Jet Akımları
• Kuzey kutbu jet akımları, kutup cephesinin
hareketi ile dolanıp durur
– Kış aylarında 30o N gibi güney uzaklıklara
genişleyebilir
– Yazları ortalama pozisyonu 50o N
– Bu hareketinden dolayı orta enlem jet akımı olarak
tanımlanır
• Yarı-sürekli jet akımları kışın
dönence üzerinde oluşur
– Kutup jet akımlarından yavaştır
– 25o N civarı merkezlidir
• 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
11/27/2012
5
11/27/2012
Yutak Olarak Atmosfer
Atmosferik Dispersiyon & Taşınım
•
•
•
•
•
•
•
•
1
• Volkanlar ve diğer doğal kaynaklardan gelen
kirleticiler
• İnsan aktiviteleri sonucu oluşan kirleticiler
Genel Bakış
Rüzgarlar
Türbülans
Ortam Stabilitesi & İnversiyon
Duman Yüksekliği & Taşınım
Duman Karakteristiği
Uzun Mesafe Taşınım
Gezegensel Taşınım
11/27/2012
– Ateşin icadından günümüze olan süreç
• Eksik yutak: uzağa taşınım için yetersizlik
(taşınım), seyrelme (dispersiyon) ve kirletici
uzaklaştırma ( birikim)
–
–
–
–
–
2
Yerel ve bölgesel aşırı yük
Topoğrafik engeller
Hava hareketi ölçeği
Atmosferik stabilite ve inversiyon
Atmosferik kimyasal reaksiyonları
Örnekler ?
11/27/2012
Hava Hareketinin Ölçeği
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’nin
derinliği nedir?
– PBL birkaç ay çok iyi karışır
– Kısa zaman ölçeklerinde kirletici karışımı atmosferik
durumlardan dolayı kısıtlanır
• PBL nin üzerinde Serbest Troposferde hava
relatif stabildir
3
11/27/2012
4
11/27/2012
1
11/27/2012
Rüzgar
Rüzgar
Rüzgarı tanımlamada kullanılan iki bileşik nedir?
Yer seviyesinde rüzgar hızı ölçülür mü?
• Emisyon üzerine rüzgarın etkisi: dumanın seyrelmesi
– Rüzgar hızını iki katına çıkarma kirletici seviyesini
50% azaltır
Meteoroloji
Rüzgar seyreltmesi kentsel
İstasyonu
alanlarda mı yoksa kırsal alanlarda
mı daha etkilidir?
• Rüzgarın etkilendikleri:
– Yatay basınç gradyanları
– Yatay sıcaklık gradyanları
– Yüzey pürüzlülüğüne bağlı sürtünme
Rüzgar profillerinin
maks. Yüksekliği
Şekil 3.1 yüzey pürüzlülüğünün
bittiği ve gradyan
rüzgarlarının başladığı
yeri gösterir
• Rüzgar Yönleri
– Hakim akışlar
– (Anti-)Siklonik akışlar
– Topoğrafya etkisi
• Vadilerde
• Deniz boyunca ve göl kıyılarında
5
11/27/2012
6
www.infomonitors.com
/weather_station.htp
11/27/2012
Deniz/Kara Esintisi ve Sirkülasyonu
Vadide Rüzgar
Gece rüzgar yönü
nedir? Gündüz
nedir?
Deniz esintileri iç
kısımlarda uzun
mesafe devam
eder mi?
Gece rüzgar yönü nedir? Gündüz nedir?
http://ess.geology.ufl.edu/ess/Notes/AtmosphericCirculation/daynight_lg.jpeg
7
11/27/2012
8
11/27/2012
2
11/27/2012
Rüzgar Gülü
Kara-Deniz
Vadi
Rüzgar hızı ve yönü hayli değişkendir
164/720 = 23%
16/720 = 2.2%, 24/720 = 3.3%, 70/720 = 9.7%
9
11/27/2012
11/27/2012
10
Gainesville’in Aylık Rüzgar Gülü
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 1000-1500 metre konveksiyon hücreleri
Gainesville’de ana rüzgar yönü nedir?
Rüzgar değişkenliği bölgesel hava kalitesinde
nasıl etki yapar? Ya da sürekli ise nasıl etkiler?
11
11/27/2012
Türbülansın kirliliğe etkisi nedir?
Hava kirliliğinde Türbülans istenen bir şey midir?
12
11/27/2012
3
11/27/2012
Atmosferik Stabilite
• Termodinamiğin Birinci Kanunu
= 0 for adiabatic expansion
dq = dh − υdP = C p dT −
• Yüzey yakınında hareket eden/etmeyen havayı
tanımlar
• Dikey sıcaklık gradyanları ile karakterize edilir
(Lapse Oranı)
• Barometrik Denklik
1
dP = − gdZ
ρ
dT
g
⇒
=−
dZ
Cp
⇒ C p dT =
Yükselirken olan değişimle aynı şekilde kuru hava ve
nemli hava için geniş sıcaklık değişimi var mıdır?
Neden?
Lapse Oranı
Lapse oranının hava kalitesi ile ilgisi nedir?
11/27/2012
14
Stabilite Şartları
Eğer Cp = 1.0034×
×103 m2/s2-K ise, dT/dZ nedir? Eğer Cp
= 1.856×
×103 m2/s2-K olursa sonuç ne olur? (Kuru ve
nemli hava için)
11/27/2012
Süperadyabatik Lapse Oranı (Kararsız)
• Sıcaklık azalması -10o C/km ‘den büyüktür
• Güneşli günlerde meydana gelir
• Yoğun dikey karışım ile karakterize edilir
• Mükemmel dispersiyon koşulları
Adyabatik lapse oranı
Çevresel lapse oranı
15
dP
dP
= − ρg
dZ
– Kuru adyabatik lapse oranı (Γ) = 0.976 oC/100 m ~ 1
oC/100 m
– Uluslar arası standart lapse oranı = 0.0066 oC/m
13
1
ρ
11/27/2012
16
11/27/2012
4
11/27/2012
Nötral Lapse Oranları
İnvert Lapse Oranı (Kuvvetli Stabil)
• Sıcaklık azalmaları adyabatik lapse oranındakiyle
benzerlik gösterir
• Aşağıdaki durumlardan kaynaklanır:
• 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?
– Bulutlu durumlar
– Artan rüzgar hızları
– Gündüz/Gece sıcaklık geçişi
• İyi dispersiyon koşullarını ifade eder
İnversiyon
Isotermal Lapse Oranları (Az Stabilite)
• Yükseklikle sıcaklık değişimi olmazsa meydana gelir
• Atmosfer biraz stabildir
• Dispersiyon koşulları uygundur
www.co.mendocino.ca.us/aqmd/Inversions.htm
www.ew.govt.nz/enviroinfo/air/weather.htm
17
11/27/2012
18
11/27/2012
İnversiyon
İnversiyon
• Tanımı: yükseklikle sıcaklık artması
http://www.co.mendocino.ca.us/aqmd/pages/Inversion-Art-(web).jpg
19
11/27/2012
20
11/27/2012
5
11/27/2012
Radyasyon İnversiyonlar
İnversiyon
•
•
•
•
•
• İnversiyonun iki ana çeşidi:
– Çökme inversiyonu: yüksek basınçlı hava kütlesi
içerisinde bir hava katmanının çökmesi
– Radyasyon inversiyonu: geceleri dünya yüzeyinden
atmosfere radyasyon geçişi
Yüzeyin radyasyonal soğumasından kaynaklanır
Bulutsuz gecelerde meydana gelir- geceye özgüdür
Tipik olarak yüzey esaslıdır
Nehir vadilerinde yoğunlaşırlar
Kirleticilerin hapsedilmesine neden olurlar
Şekil 3.3
www.co.mendocino.ca.us/aqmd
/Inversions.htm
Güneş doğduğunda inversiyon ne olur?
11/27/2012
21
22
11/27/2012
• Artan inversiyonlar şehirlerin üzerinde oluşur
• Güneş doğduktan sonra bozulur
• Bozulma, artan yer seviyesi konsantrasyonu ile
sonuçlanır
• Bozulma fumigasyon olarak tanımlanır
– Isı adası etkisine bağlı olarak
– Toz kubbesine bağlı olarak
Şekil 3.4
de.wikipedia.org/wiki/Smog
23
11/27/2012
24
11/27/2012
6
11/27/2012
Çökme İnversiyonu
•
•
•
•
Çökme İnversiyonu
• Göç eden yüksek basınç sistemleri: orta batı, SE ve
NE’de puslu yaz durumları oluşmasına katkısı olur
• Denizlerde yarı-sürekli yüksek basınç sistemleri
Yüksek basınç sistemleri ile ilgilidir
İnversiyon katmanları yükseklerde meydana gelir
Çok geniş alanları içine alır
Günlerce etkisi devam eder
– Çok sayıda durgun
güneşli günlerde
meydana gelir
– Yüzeye en yakın
inversiyon tabakası kıta
yanlarındadır
– Güney California
üzerindeki durağanlığın
sorumlusudur
apollo.lsc.vsc.edu/.../smog_var_geo.html
Şekil3.5
11/27/2012
25
26
Aynı doğa olayı
dünyanın başka
neresinde
görülebilir?
11/27/2012
www.oceansatlas.org/.../datard.htm
Karışma Yüksekliği (Mixing Height) (MH)
İnversiyonlar
• Dinamik bir şekilde karışan hava ve dispersiyonun
meydana geldiği yükseklik
• Cephe - sıcak hava, soğuk havanın üstüne çıkar
• Advektif – sıcak hava soğuk yüzey veya hava üzerine
akar
Neden sadece
gündüzleri ziraii
yakmaya izin verilir?
www.atmos.ucla.edu/.../inversions/Note03.html
27
11/27/2012
28
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?
11/27/2012
7
11/27/2012
Nokta Kaynaklardan Dispersiyon
Nokta Kaynaklardan Dispersiyon
• Duman yükselmesi taşımayı etkiler
• Kirletici duman formunda salınır
– Maks. yer seviyesi konsantrasyonunu (MGLCs) etkiler
– Maks. yer seviyesi konsantrasyonunu mesafesini etkiler
Neden yukarı çıktıkça duman genişler?
Dumanı etkileyen faktörler nelerdir?
www.epa.gov/.../muncpl/landfill
/sw_combst.htm
Hava kalitesine etkisi dumanın
yüksekliğine bağlı
dispersiyonla ilgilidir
www.atmos.ucla.edu/.../chimneyplumes/Note03.html
Hangi koşullarda daha etkili baca yüksekliğimiz
olur?
29
11/27/2012
30
Baca Dumanı: Looping
11/27/2012
Baca Dumanı: Coning
Kuvvetli Türbülans
Kuvvetli rüzgar, Türbülans yok
http://www.med.usf.edu/~npoor/3
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?
Stabil mi yoksa stabil olmayan koşullarda mıdır?
Rüzgar hızı yüksek yada düşük müdür?
Kirleticileri disperse etmek için iyi bir şey midir?
31
11/27/2012
32
11/27/2012
8
11/27/2012
Baca Dumanı: Fanning
Baca Dumanı: Fumigation
http://www.med.usf.edu/~npoor/4
Neden kirleticiler yukarı yönde disperse edilemez?
Neden güç tesislerinin gece saat 3’den güneş
doğmasından 3 saat sonrasına kadar enerji
üretimlerini azaltamaları gerekir?
Stabilite sınıfı nedir?
Dumanın en üst görünümü nedir?
33
11/27/2012
34
Baca Dumanı: Lofting
Baca Dumanı: Trapping
Neden kirleticiler aşağı yönde disperse edilemez?
Ne zaman meydana gelir?
35
11/27/2012
11/27/2012
Stabilite sınıfı nedir?
36
11/27/2012
9
11/27/2012
Uzun Mesafe Taşınım
• İki yarımküre arasından bariz
konsantrasyon farklılıkları; ekvatoral
karışım yaklaşık bir yılda gerçekleşir
• Kirleticilerin yüzlerce/binlerce mil taşınması; kirlilik
kaynağından çok uzaklarda hava kalitesi
problemleriyle sonuçlanır
Örnekler ?
Neden?
Stratosfer- Troposfer
Değişimi
• 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;
Neden sadece uzun
örn:CO2, CH4, CFC)
11/27/2012
37
süreli olanlar?
İki katman arasındaki
değişim hızlı mı yavaş
mıdır? Neden?
11/27/2012
38
Stratosferik Sirkülasyon
Stratosfer- Troposfer Değişimi
• Troposferin stratosferle kütle değişimi 18 yıl sürer
• Stratosferin troposferle kütle değişimi 2 yıl sürer
www.newmediastudio.org/.../Trade_Winds.html
• Yatay hava akışı ile karakterize edilir (ekvator ve kutuplar
arasındaki termal gradyanlara ve UV ışınları absorbe
eden O3 ile ilgili diyabatik ısınmaya bağlıdır)
– Kuzey-Güney (meridyenel)
– Doğu-Batı (bölgesel)
• Atmosferik basınç dalgaları ile
hareket eder
− Kışın kutuplara doğru
− O3 taşınımını bariz etkiler
− CFCs hareketini etkiler
Fig 3.9
39
www.newmediastudio.org/.../Easterly_Waves.html
11/27/2012
40
11/27/2012
10
11/27/2012
Özet
41
11/27/2012
11
11/27/2012
Genel Bakış
Hava Kalitesi Modellemesi
• Hava Kalitesi Modellerine Genel Bakış
• Gauss Dispersiyon Modeli
• Kimyasal Kütle Denkliği Modelleri
(Chemical Mass Balance (CMB) Models)
1
11/27/2012
11/27/2012
2
Genel Bakış
Hava Kalite Modelleri Çeşitleri
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?
Meteorolojik
Model
Emisyon
Modeli
• Hava Kalitesi Modelleri kirletici
konsantrasyonlarını etkileyen parametreleri
içeren matematiksel formülasyonlarıdır
Geçici ve alansal emisyon oranları
Topoğrafya
Kimyasal Dönüşüm
Kirlilik Taşınımı
Partikül ve gazlar arasında denge
Dikey Karışım
– NAAQS ve diğer mevzuatsal gereklilikler ile uyumlu bir
şekilde değerlendirilirler
– Gerekli emisyon azaltımı için kapsamalara
kararlaştırılır
– Kabul edilebilir uygulamalarda kaynakları değerlendirir
3
11/27/2012
Kimyasal
Model
Kaynak
Dispersiyon
Modeli
4
Alıcı
Model
11/27/2012
1
11/27/2012
• Kaynak Dispersiyon Modeli
• Emisyon Modeli
– Alıcılarda ölçülen konsantrasyonların tahmini
için önceki modellerin çıktılarını kullanır;
dönüşümü gösterebilmek için taşınım,
dispersiyon, dikey karışım, çökelme ve kimyasal
modellerin matematiksel simülasyonlarını içerir
– 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
• Alıcı Model
– Farklı birincil kaynak emisyonları ya da bir veya
daha fazla alıcı bölgeden toplanan çoklu
ölçümlerin yardımıyla katkı yapar
• 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
5
11/27/2012
Mevzuatsal amaçlar için ne zaman model
uygulamalarına ihtiyaç duyulur?
6
Hava Kalitesi Modelleri Sınıflandırması
Modellerin Yasal Uygulamaları
• Kirletici türleri ve zaman periyotları için bir
dizi için geliştirilmiş
• Developed for a number of pollutant types and
time periods
• 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))
7
11/27/2012
11/27/2012
– 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 – SO2 ve CO gibi
kirleticiler
– Reaktif modeller – O3, NO2 gibi kirleticiler
8
11/27/2012
2
11/27/2012
USEPA Hava Kalitesi Modelleri
Hava Kalitesi Modelleri
• Görüntüleme modellerine ulaşabileceğiniz adres:
http://www.epa.gov/scram001/dispersion_screening.htm
• Tercih edilen modellere ulaşabileceğiniz adres :
http://www.epa.gov/scram001/dispersion_prefrec.htm
• 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
– 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
http://www.epa.gov/scram
001/images/grid4.jpg
• İleri seviyede sınıflandırma
• Alternatif modellere ulaşabileceğiniz adres:
http://www.epa.gov/scram001/dispersion_alt.htm
– 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?
– 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
http://www.epa.gov/scram001/i
mages/smokestacks.jpg
9
11/27/2012
11/27/2012
10
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
Z
X
Q
u
Y
H
Şekil 7.11
11
11/27/2012
12
11/27/2012
3
11/27/2012
Model Varsayımları
Gauss Dispersiyon Eşitliği
• 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
13
11/27/2012
C ( x, y , z ) =
 1  y 2 ( z − H )2 
Q

exp  −  2 +
2πσ y σ z u
σ 2z 
 2  σ y
Neden eşitlikte x yoktur?
Atmosferik Stabilite Sınıfları
Table 7.4
14
Dispersiyon Katsayıları: Yatay
11/27/2012
Dispersiyon Katsayıları: Dikey
Fig 7.13
Fig 7.12
15
11/27/2012
16
11/27/2012
4
11/27/2012
Gauss Dispersiyon Eşitliği
Duman Yüksekliği
Eğer yer seviyesinde, emisyon kaynağında efektif
duman yükselmesi yoksa
C ( x, y , z ) =
Buoyant duman : başlangıç buoyancy >> başlangıç momentum
Zorlanmış duman: başlangıç buoyancy ~ başlangıç momentum
Jet: başlangıç << başlangıç momentum
 1  y 2 z 2 
Q
exp −  2 + 2 
πσ y σ z u
 2  σ y σ z 
• Nötr ve kararsız atmosferik koşullar için, buoyant
yükselmesi aşağıdaki gibi hesaplanır
21.425 F 0.75
(F < 55 m 4 / s 3 )
u
0.6
38.71F
=
(F > 55 m 4 / s 3 )
u
∆h plume rise =
Duman Yüksekliği
∆h plume rise
• H; fiziksel baca yüksekliği ve dumanın
yüksekliğinin toplamıdır
H = ∆hdumanyüksekliğl + hgerçekbaca
F=
11/27/2012
17
Vs: baca gazı çıkış hızı, m/s
d: baca çapı, m
T : baca gazı sıcaklığı, K
gVs d 2 (Ts − Ta ) / 4TS Tsa: ortam sıcaklığı, K
g: yerçekimi, 9.8 m/s2
buoyancy akısı;
11/27/2012
18
Carson ve Moses: 26 bacayı içeren 615 gözlem
sonucunda dikey momentum & termal buoyancy
Qh
Vs d
+ 5.15
u
u
Qh
Vd
= 0.35 s + 2.64
u
u
Qh
Vd
= −1.04 s + 2.24
u
u
∆h plume rise = 3.47
(kararsiz)
∆h plume rise
(nötr)
∆h plume rise
Qh = m& C p (Ts − Ta )
m& =
πd 2
4
Vs
(kararli)
Wark & Warner, “Air Pollution: Its Origin & Control”
(ısı emisyon oranı, kJ/s)
P
MW (baca gazı kütle akış oranı. kg/s)
RTs
C ( x, y , z ) =
Kirleticiler yer seviyesine disperse olursa, bununla
nasıl başa çıkarız?
19
11/27/2012
20
 y 2    (z − H )2 
 ( z + H )2  
Q
exp − 2  exp −
 + exp −

2
2πσ y σ z u
2
σ
2
σ
2σ 2z  

  
y 
z


Yüzey absorblama yaparsa ne olur?
Konsantrasyon profili nasıl w/yansımasına (w/reflection)
11/27/2012
benzer?
5
11/27/2012
Maks. Yer Seviyesi Konsantrasyonu
Nötr koşullara yakın, daha çok kararsız koşullarda;
σ y = k1σ z
Merkez çizgisinde yer seviyesi konsantrasyonu;
C ( x,0,0 ) =
 H2 
exp − 2 
πk1σ u
 2σ z 
Q
2
z
Maksimumun oluştuğu nokta;
dC / dσ z = 0
21
23
C ( x,0,0) =
 y2 
 H2 
Q
exp − 2  exp − 2 
πσ y σ z u
 2σ y 
 2σ z 
11/27/2012
H
2
σz kararlaştırıldığında, x bulunabilir ve sonrasında C
bulunabilir
Q
Q
Yer seviyesi konsantrasyonu
C=
⇒ σz =
22
πσ y σ z u
exp[− 1] = 0.1171
σ y σ zu
11/27/2012
Örnek
Örnek
An industrial boiler is burning at 12 tons (10.9
mton) of 2.5% sulfur coal/hr with an emission
rate of 151 g/s. The following exist : H = 120 m,
u = 2 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 =
σy =
σz =
C(10 km, 0, 0) =
• 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
200 m?
At 200 m:
σy =
σz =
C(200 m, 0, 0) =
11/27/2012
24
11/27/2012
6
11/27/2012
Örnek
Kimyasal Kütle Denge Modeli
• 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 = 90o C (363 K), ambient
temperature = 25 oC (298 K), u at 10 m = 4m/s, and
stability class = B. Then determine MGLC at its location.
•
•
•
PM10 emissions from permitted sources in
Alachua County (tons) (ACQ,2002)
F=
∆h plume rise =
H=
σz =
σy =
Cmax =
25
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
http://www.epa.gov/scram001/tt23.htm
2000 Values
1. GRU Deerhaven 144.2
2. Florida Rock cement plant 34.35
3. Florida Power UF cogen. plant 3.19
9
11
10
1
8
14
2
1997 Values
4. VA Medical Center incinerator 0.2
5. UF Vet. School incinerator 0.2
6. GRU Kelly 1.9
7. Bear Archery 9.5
8. VE Whitehurst asphalt plant 4.9
9. White Construction asphalt plant 0.7
10. Hipp Construction asphalt plant 0.3
11. Driltech equipment manufacturing 0.2
13
6
3,4,5,12
7
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
yerleştirirsiniz? Neden?
11/27/2012
26
Receptör (Alıcı) Modelleme
11/27/2012
Receptor Sites
12. University of Florida
13. Gainesville Regional Airport
14. Gainesville Regional Utilities (MillHopper)
• PM için yapılabilir
• Organik kirleticiler için yapılabilir
Hava Kirliliği kaynak/alıcı (source/receptor) ilişkisini
değerlendirmek için bazı temel gereksinimler vardır:
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?
27
11/27/2012
1. Kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirleme
2. Kaynaktan alıcıya taşınımı anlama
3. Alıcı kaynakta ölçülen hava kalitesi değerine her bir
kirletici kaynağın katkısının ne olduğunu tahmin etme
28
11/27/2012
7
11/27/2012
Bilinen Kaynak
Örneğin; 100 mikrogram/m3 gibi bir PM konsantrasyon
Kaynak 1
Bilinen Kaynak
Bilinmeyen Kaynak
Kaynak 2
Kaynak 3
ölçülmüştür. Bu konsantrasyonun
%20 si Çimento tesislerinden
%40’ı Enerji üretim tesislerinden
Ölçüm 1
%15’i Dizel yakıtlı araçlardan
%17’si Demir ve Çelik tesislerinden
11/27/2012
Ölçüm 3
Ölçüm 4
Ölçümler sonucu bilinmeyen kaynakları belirleyebiliriz.
Olduğu belirlenmiştir. Bu oranları nasıl elde edeceğiz?
29
Ölçüm 2
11/27/2012
30
Kaynak Modeli/Receptör Modeli
Kaynak
Gerekli data nedir?
Ölçüm
Bilinen kaynak
emisyonları
Kaynak
Modeli
PM nin özelliklerini bilmemiz gerek
Tahmini atmosfer
konsantrasyonu
Bilinen dispersiyon
parametreleri
• Fiziksel özellikler (ebat dağılımı, fine-ince, coarse-kaba)
• Elementler (Ağır metaller)
• İnorganik ve organik maddeler (Nitrat, sülfat)
Örneğin dizel araçlardan kaynaklanan PM’ler ince boyutlu
Kaynak
Ölçüm
Bilinen atmosfer
konsantrasyonu
Reseptör
Modeli
Tahmin edilen
kaynak etkisi
Bazı bilinen dispersiyon
parametreleri
maddelerden oluşurlar.
31
Bazı bilinen kaynak
özellikleri
11/27/2012
32
Emisyon fraksiyonlarının bilinmesi gerekmektedir.
11/27/2012
8
11/27/2012
Reseptör Modelleri
Gerekli data nedir?
PM nin özelliklerini bilmemiz gerek
Fiziksel
• Fiziksel özellikler (ebat dağılımı, fine-ince, coarse-kaba)
(Mikroskopik Teknikler)
Kimyasal
• Elementler (Ağır metaller)
Teknik: Partikül ebadı, şekli ve ışık yansıtma
özelliklerini ölçmek
Bilinmeyen emisyon kaynakları için referans
değerler ile karşılaştırma
• İnorganik ve organik maddeler (Nitrat, sülfat)
Dezavantaj:
• Partikül ebadına bağlıdır
• Pahalı ve geniş ölçekte örneklemeye ihtiyaç
vardır.
• İşletici becerisi gereklidir.
Örneğin dizel araçlardan kaynaklanan PM’ler ince boyutlu
maddelerden oluşurlar.
11/27/2012
33
Kimyasal kütle dengesi modeli
11/27/2012
34
Reseptör Modellemede Temel Adımlar
Reseptör Modelleme
Kimyasal Kütle Dengesi
PM’nin fraksiyonu, ebad dağılımı (ince-kaba) yapısı belirlenmelidir.
Ayrıca kirletici kaynakların belirteç elementleri bulunmaktadır.
1. Çalışma alanında maksimum sayıda PM ölçümü yapmak
2. 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.
35
11/27/2012
36
Kaynak
Element
Motorlu araçlar
Pb, Br
Ebad fraksiyonu
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
11/27/2012
9
11/27/2012
Prensipler
Kabuller
• 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.
Cik = Σ(aij×Sjk)
• J kaynaklarının sayısı i kirletici maddelerinin sayısından
az veya eşit olmalı
• Tüm kaynakların bileşimi birbirinden bağımsızdır.
• aij, i kirletici maddesinin j kaynağındaki kütle fraksiyonu
Bu fraksiyon nasıl elde edilir.
i=1, …, n
Ca = a12
• Cik i kirletici maddesinin k örneğindeki konsantrasyonu
• aij, i kirletici maddesinin j kaynağındaki kütle fraksiyonu
• Skj, Reseptör bölgesinde j kaynağından olan toplam kütle
katkısı
• n, ölçülen toplam kirletici madde sayısı
37
39
11/27/2012
Kaynak
2
Ca = a11
Kaynak
1
ai1
Mg = a21
ai2
Mg = a22
Fe = a32
Pb = a42
Fe = a31
Pb = a41
38
11/27/2012
Örnek
Varsayımlar
• Alanda ölçülen toplam Pb konsantrasyonu
(ng/m3) : motorlu taşıtlar, yakma fırını ve döküm
tesisleri gibi bağımsız kaynakların dağılımlarının
lineer toplamı
PbT = Pbauto + Pb incin. + Pbsmelter +…
• Daha sonra özel bir kaynaktan dağılan kurşun
konsantrasyonunu dikkate alalım. Örneğin,
otomobillerden (ng/m3), Pbauto, iki çarpanın
ürünü: kurşunun otomobil emsiyonlarındaki kütle
fraksiyonu aPb, auto, ve otomobil emisyonlarının
atmosfere toplam kütle konsantrasyonu
(mg/m3);Sauto
• Pbauto = aauto (ng/mg) × Sauto (mg/m3air)
• 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)
11/27/2012
40
11/27/2012
10
11/27/2012
HYSPLIT MODEL
Basit Kutu Model
Kirleticilerin atmosferdeki kalış zamanlarını hesaplamak için önemlidir.
11/27/2012
41
42
11/27/2012
Basit Kutu Model
Bir kirleticilerin atmosferdeki kalış zamanı (lifetime or residence time):
Kutu için kütle denkliği
43
M: kirleticinin kutudaki kütlesi, kg
Fout: kutudan çıkış miktarı, kg/s
L: kirleticinin kimyasal kaybı, kg/s
D: kirleticinin çökelme ile kaybı, kg/s
S: Kaynak oranı (Fin + E + P)
11/27/2012
11
11/27/2012
Air Quality Monitoring
Reading: Chap 7.1 & 7.2
Monitoring Considerations
• Manual vs. automated (real-time, continuous) monitoring
• Sampling time
• Federal reference method (FRM) vs. equivalent method (EM)
Monitoring of Ambient Air Pollutants
• SO2, NOx, CO, O3
• Hydrocarbons
• PM10, PM2.5
Source Sampling and Monitoring
• Sampling train
• Isokinetic sampling
Quality Assurance Programs
• Quality Assurance
• Quality Control
Air Quality Monitoring Network
Air Quality
Monitoring
http://www.statcan.ca/english/freepub/16-254XIE/2007000/tablesgraphs/figure3-en.htm
11/27/2012
What’s the use of ambient air quality monitoring data?
1
11/27/2012
2
Differences in averaging times
associated with real-time data
• 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)
11/27/2012
Which duration should you use?
3
11/27/2012
4
1
11/27/2012
National Ambient Air Quality Standards
Pollutant
Primary Stds.
Averaging Times
Secondary Stds.
CO
9 ppm (10 mg/m3)
8-hour(1)
None
35 ppm (40 mg/m3)
1-hour(1)
None
Pb
1.5 µg/m3
Quarterly Ave
Same as Primary
NO2
0.053 ppm (100 µg/m3)
Annual (Arith. Mean)
Same as Primary
PM10
Revoked(2)
Annual(2) (Arith. Mean)
150 µg/m3
24-hour(3)
15.0 µg/m3
Annual(4) (Arith. Mean)
35 µg/m3
24-hour(5)
0.08 ppm
8-hour(6)
Same as Primary
0.12 ppm
1-hour(7) (Applies only in
limited areas)
Same as Primary
0.03 ppm
Annual (Arith. Mean)
PM2.5
O3
SO2
-------
3-hour(1)
Pollutant
SO2
NO2
CO
O3
NMHCs
PM10
PM2.5
Same as Primary
-------
24-hour(1)
0.14 ppm
Federal Reference Methods for Criteria Pollutants
-------
Reference Method
Spectrophotometry (pararosanilne method)
Gas-phase chemiluminescence
Nondispersive infrared photometry
Chemiluminescence
Gas chromatography – FID (flame ionization detection)
Performance-approved product
Performance-approved product
0.5 ppm (1300 µg/m3)
Why different durations?
11/27/2012
5
11/27/2012
SO2
6
SO2
FRM - Spectrophotometry (pararosanilne method)
EM – UV Fluorescence
Air sample
potassium tetrachloromercurate solution
HgCl2SO3-2
react with HCHO and colorless pararosaniline
hydrochloride
red-violet product
measured
spectrophotometrically
SO2 concentration
1) UV light excites SO2 to a higher energy state
SO2 + hv1
SO2*
2) Decay of the excited SO2*, emitting a characteristic radiation
SO2*
SO2 + hv2
EM – FT- IR Spectrometry
(Absorption of IR by SO2 in
the air
SO2 concentration)
http://clu-in.org/programs/21m2/openpath/op-ftir/images/exhibit3.gif
11/27/2012
7
www.cse.polyu.edu.hk/~airlab/so2.jpg
11/27/2012
8
2
11/27/2012
CO
NO – NO2 – NOx
FRM – Gas-Phase Chemiluminescence
FRM – Nondispersive Infrared (NDIR) spectrometry
Chemiluminescence: emission of light
from electronically excited chemical
species formed in chemical reactions.
NO + O3
NO2* + O2
CO strongly absorbs infrared energy at certain wavelengths.
NO2*
Detection device: two cylindrical cells, a sample and a reference cell.
Difference in infrared energy in the two cells
concentration of CO
NO2 + hv
CO
Measurement of NO2: conversion of NO2 to
NO, and subsequent measurement by
chemiluminescence.
3 NO + MoO3
2NO2 + Mo
Sample
Cell
Possible interference: N-containing
compounds higher measured NO2
EM – FT- IR Spectrometry
Reference
Cell
www.k2bw.com/images/chem.gif
Can you design an instrument that can measure the
concentration of both NO and NO2 in the air?
11/27/2012
Detection
9
11/27/2012
FRM – Chemiluminescence
Light emissions produced on reaction of O3 with ethylene (C2H4).
C2H4 flammable – replaced by Rhodamine B dye embedded in a disk
Rhodamine B does not attain a stable baseline rapidly after exposure to O3
O
Z
O
N
EM – UV Photometry
Absorption of UV light (254 nm) by O3 and subsequent use of
photometry to measure the reduction of UV energy
O3
UV light (254 nm)
O
B
S
E
R
V
E
Detector
O3
10
S
A
T
T
A
L
L
I
T
E
O3
11/27/2012
~ IR ~
What would cause an
interference on a UV
photometry O3 monitor?
11
11/27/2012
3
11/27/2012
NMHCs
NMHC
FRM – Gas Chromatography - FID
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
Time
Stationary and mobile phases
GC-Detector:
Generate an electronic signal when a gas other than the carrier gas elutes from the column.
http://teaching.shu.ac.uk/hwb/chemistry/tutorials/chrom/gaschrm.htm
11/27/2012
13
11/27/2012
Particulate Pollutants
•
•
•
•
14
Dichotomous Sampler
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 – 24 h
http://crac.ucc.ie/images/sampler1.jpg
TEOM Series 1400ab
Ambient Particulate Monitor
Thermo Electron Co.
PM10 Sampler
• Remove particles > 10 µm by
impaction on a greased surface
• Particles < 10 µm collected on a
quartz glass fiber filter
PM10 sampler with size-selective inlet
http://www.recetox.muni.cz/images/airsag/PM10.jpg
11/27/2012
What does the PM10 sampler
measure? Number or mass
concentration of particles?
15
11/27/2012
How can a Dichotomous sampler
measure coarse (PM2.5-10) and fine
(PM2.5) particles?
Equivalent method: TEOM
• Measure PM10, PM2.5, TSP
• Tapered element oscillating
microbalance
• Real-time measurement of
particle mass collected on a
filter
16
4
11/27/2012
Animation –
Cascade Impactor
Cascade Impactor
Aerosol flow In
Clean air out
Stack Sampling of PM
1) Probe inserted into the stack
2) Temperature sensor
3) Pitot tube – gas velocity and flow rate
4) Two-module sampling unit
How can we collect
different sizes of particles
using cascade impactor?
11/27/2012
Isokinetic Sampling
1) Particles – inertial forces
2) Samples must be collected at the
same rate of low as the stack gas
What’s the use of source emission data?
17
11/27/2012
18
Isokinetic Sampling
PM Baca gazı
örnekleme sistemi
Fig 8 -2, Aerosol Measurement, 2nd Edition, 2001
11/27/2012
20
5
11/27/2012
Continuous Emission Monitoring (CEM)
Accuracy, Precision and Bias
• Certain utilities and industrial sources are required
to measure stack emission continuously
• SO2, NO2, opacity, CO2, TRS, H2S, Hg
Relative Error:
Er (% ) =
O− A
×100
A
Coefficient of variation: CV (% ) =
σ
X
Bias
×100
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
Accuracy is a combination of random (precision) & systematic (bias)
errors. Which of the 3 cases has the highest accuracy? Why?
Ringlemann chart
11/27/2012
21
11/27/2012
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)
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
– Primary: bubble meter
– Secondary: wet or dry test meters calibrated by bubble meter
• Gas standards: traceable to a NIST reference material
– CO, SO2, NO2, NO: available in cylinder gas or permeation tubes
– O3: NIST certified O3 generator
11/27/2012
22
It is federal rule to document QA/QC efforts !
23
11/27/2012
24
6
11/27/2012
Quick Reflections
• Manual vs. automated (real-time, continuous) monitoring
• Sampling time
• Federal reference method (FRM) vs. equivalent method
(EM)
Monitoring of Air Pollutants
• SO2, NOx, CO, O3
• Hydrocarbons
• PM10, PM2.5
• Sampling train
• Isokinetic sampling
• Quality Assurance
• Quality Control
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 O3 and photochemical air pollutants
Clean Air Status and Trends Network (CASTNet)
• Primary source for rural O3 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+, NH4+, SO42-, NO3-, Cl-, Ca2+, Mg2+, K+, Hg)
11/27/2012
25
HAVA KALİTESİ ÖLÇÜM İSTASYONLARI
11/27/2012
26
Diffusion tubes
7
11/27/2012
Hava Kalitesi İle İlgili Mevzuatlar
Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
Büyük Yakma Tesisleri Yönetmeliği
Isınmadan Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
Hava Kalitesi İle İlgili
Mevzuatlar
Isınmadan Kaynak. Hava Kir.Kont.Yönet. Değ. Yapıl. Dair Yön.
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.29.Mad.Uyar.A.A.Tes.TeşTed.Fay.Uy.Usul ve Es.Dair.Yön.
Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (EU)
http://www.cevreonline.com/Mevzuat/yonetmelik.htm
1
11/27/2012
Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (USA)
Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri (UK)
http://ec.europa.eu/environment/air/quality/standards.htm
2
11/27/2012
Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri
ve Kamu Politikaları
Yönetmelik Tarihi
• Federal yasama tarihi öncesi
• Yönetmelik stratejileri
• Temiz hava eylem (Clean Air Act) ve
düzeltmeleri
• Devletsel ve bölgesel hava kirliliği kontrol
fonksiyonları
• Kamu politikaları konuları
• Birçok büyük şehirde 20. yy’ın başlarında
çeşit çeşit endüstriyel faaliyetlerden
kaynaklanan duman kontrolü için kontrol
emirleri verilmiştir.
– Chicago/Cleveland/Pittsburgh’da PM seviyesi:
1 – 10 mg/m3
– Dumanın en azından bazı yararlı faydaları
vardı; örn, mikrop öldürücü özelliği. “atmosferik
dumanlı olması bolluk ve refahın göstergesiydi”
ekonomik olarak uygulanabilir alternatifler”
3
11/27/2012
Yasal Olmayan Seçenekler
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
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
– Bireysel hasarı kanıtlamalıdır
– Maddi tazminat isteyebilir
– İhtiyati tedbir isteyebilir
www.cnn.com/.../index.html
Örnekler?
• Karar verirken mahkeme eşitliği sağlamalıdır
Ne eşitlikleri?
LA, USA
Hava Kalitesi Yönetimi
Yönetmelik Stratejileri
USEPA’nın yöneticisi olsanız, çevresel kaliteyi
arttırmak için stratejileriniz ne olurdu?
• Hava Kalitesi Yönetimi
• Emisyon Standartları
• Ekonomik Yaklaşımlar
• Eşik değerin altında kalınan kirletici maruziyeti hemen
hemen güvenlidir ilkesine dayanır (örn; atmosferik hava
kirliliğinin bazı seviyeleri kabul edilebilirdir ve yasal olarak
Kanserojenler için standartlar var mıdır?
izin verilmiştir
• 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
11/27/2012
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
• Maliyet-fayda analizi:
hasar ve kontrol
maliyetlerinin
ölçülmesi
• Birim maliyet için en
iyi indirgemeyi
sağlayan kontrol
seviyesi
Böyle bir yaklaşımda hangi
problemlerle karşılaşılabilir?
Neden hava kalitesi
yönetiminden daha kolay
uygulanır
Federal Yasalar
1955
Temiz Hava Yasası
1960/1962
1955 yasasında düzenlemeler
1963
Temiz Hava Eylemi (CAA)
1965
Motorlu taşıt emisyon kontrol
eylemi
Hava Kalitesi Eylemi
1967
Ekonomik Yaklaşımlar
1955, 1960, 1962 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
• 1960/62 Düzenlemeleri: Özellikle motorlu taşıtlar ve SO2
konusuna odaklanmıştır.
1970/1977/1990 Temiz Hava Eylemi
Düzenlemeler
www.sciam.com/article.cfm?chanID=sa003&articl...
5
11/27/2012
1963 Temiz Hava Eylem Planı
1965 Motorlu Taşıtlar Hava Kalitesi Eylemi
• Devlet / yerel yönetimler, hava kirliliğini kontrol
çalışmalarında program geliştirme ve iyileştirme
için hibeler sağlarlar
• Araştırma/teknik destek/eğitim desteği yardımı
• Otomobil ve SO2 kirliliği araştırmaları için federal
sorumluluk
• Eyaletler arası kirlilik sorunu için federal
araştırma sorumluluğu
• Otomatik emisyon standartları yetkilikliği
• Ulusal Hava Kirliliği Kontrol İdaresi yetkilendirme
oluşumu
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 Ya EPA tarafından
kabul görmezse?
• Epizot planı içermelidir
1967 Hava Kalitesi Eylemi
• Aşağıdaki maddelerin geliştirilmesi gerekliliği;
– Federal hava kalitesi kriteri
– Devletin hava kalitesi standartları
– Eyaletler arası hava kalitesi kontrol bölgeleri
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, 2007
http://www.sacbee.com/
6
11/27/2012
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
• 20 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 182 ilave kirletici içermektedir
– Teknoloji kullanımı- standart bazlı
yeniden düzenlenmiştir
en.wikipedia.org
/wiki/Asbestos
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
Are new sources
nedenleri;
allowed in non– Ulaşılamayacak alanlar belirlenmesi
attainment areas?
– Politika uzaklığı
– En düşük ulaşılabilir emisyon oranları gerekliliği
– Uyum tarihlerinin ertelenmesi (1977 ve 1990 Temiz
Hava Eylem Düzenlemeleri)
Vatandaşların Uydukları
• Federal mahkemelerde vatandaşa hak verir
• USEPA’ya dava hakkı: uygulamalar yetersiz
kaldığında yada yapılmadığında karşı çıkabilme
Neden EPA bazı temiz hava
hakkı
uygulamada
• Kirletici kaynağını dava hakkı hükümlerini
isteksiz davranabilir?
EPA hangi uyumsuzlarla karşılaşabilir?
Yürürlülük
• USEPA’ya icra eylemleri için verilen yetkiler;
– İdari emirler
– Cezalar
– Suç cezaları
• En çok uygulama devlet seviyesindedir; USEPA
uygulama yetkisi destek niteliğindedir
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 2: ulusal ormanların çevreleri ve diğer kamusal
alanlar
– Sınıf 3: ikincil standartlar (SO2 and PM) için
korunması gereken alanlar
7
11/27/2012
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 SO2 ve NOx
emisyonlarının azaltılması amacı
– SO2 -10 milyon ton/yıl
– NOx - 2 milyon ton/yıl
• Büyük kömür yakma enerji tesislerine
odaklı kontrol gereksinimleri
• 2005:Temiz Hava Eyalet Kuralı; eyalet
sınırlarınıgeçen hava kirliliğinin azaltılması
– 2015: 28 doğu eyaleti ve başkentte 2003
yılındaki seviyelerden 70% SO2 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
11/27/2012
Motorlu Taşıtlar Emisyon Kontrol
• Emisyon kaynakları
– Egzost – NMHCs, CO, NOx
– 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
– Stdlar için ertelenmiş son tarihler
– USEPA’ya standart gereksinimlerini erteleme yetkisi
verildi
– NOx standartları hafifletilmiştir
Motorlu Taşıtlar Emisyon Standardı
–
–
–
–
–
1970 CO ve NOx stdları seviye gereksinimleri
NMHCs’lerin daha da azaltılması gereksinimi
1995 öngörülü emisyon azaltımı
Neden soğuk çalışma?
Araç soğuk çalışma stdları
Kurulu buhar geri kazanım sistemleri
• Araca yakıt doldurulurken NMHCs emsiyon kontrolü
– Kurulu tanımlama sistemleri
– 50000-100000 mil kullanma süresi baz alınarak
yapılan stdlar
– Temiz yakıtlı araçlar ve temiz filolar
9
11/27/2012
Kamu Politikaları Konuları
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
Revize Edilmiş O3 ve PM 2.5 Std.ları
• O3
– 1997, 1 saatlik standart (120 ppb), 8 saatlik standart
(80 ppb) ile yer değiştirmiştir
• PM
– 1997, EPA yeni PM2.5 standardı yayınladı: yıllık (15
µg/m3) ve 24 saatlik (65 µg/m3) and yıllık tutulan PM10
standart (50 µg/m3)
– 2006, EPA yıllık PM10 standardını iptal etti ve 24
saatlik PM2.5 standardını (35 µg/m3) aşağı çekti
Diğer rakamlar yerine neden 2.5?
Bu değişikliklerin temelleri nelerdir?
•
•
•
•
Yeni kaynak incelenmesi
O3 and PM 2.5 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
Küresel Isınma
• 1992 Dünya Zirvesi, Rio de Janeiro
• 1997 Kyoto Protokolü
– 2012 itibari ile C bazlı emisyonların 1990 seviyelerinin 5.2%
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
• 2001 de yeniden düzenlenmiştir çünkü ABD dünya C
bazlı yakıtlarda 25%’lik bir yer teşkil etmektedir ve kişi
başına en çok enerji tüketimi bu ülkededir
• UK ve Almanya’nın 2007 Küresel Isınma Politikaları
• Kuzey doğu eyaletleri ve CA’nın politikaları
10
11/27/2012
Motorlu Taşıt Emisyon Yönetmeliği
Hava Kalitesi ve Kirliliği Yönetmelikleri ve Kamu Politikaları (TÜRKİYE)
• 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?
• Gelecek için düşünülenler: kirlilik kontrolü
dışında
– Taşıma kontrolü
– Yakıt ekonomisi
– Alternatif yakıtlar- Hibrit, H2 Yakıt pilleri
11
11/27/2012
12
11/27/2012
http://www.cevreonline.com/index.htm
http://www.testmer.com.tr/alt_kategori.asp?id=134
13
11/27/2012
Hava Kalitesi Yönetimi
Hava Kalitesi İle İlgili
Mevzuatlar
•
HAVA KALİTESİNİN KORUNMASI YÖNETMELİĞİ
(02-11-1986 tarih ve 19269 sayılı Resmi Gazete)
•
ISINMADAN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ
•
ENDÜSTRİ TESİSLERİNDEN KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ
YÖNETMELİĞİ
•
HAVA KALİTESİ DEĞERLENDİRME VE YÖNETİMİ YÖNETMELİĞİ
•
SANAYİ KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMELİĞİ
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
11/27/2012
HAVA KALİTESİNİN KORUNMASI
YÖNETMELİĞİ
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.
•
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.
• Isınma amaçlı kullanılan yakma tesislerinden dış havaya
atılan kirleticilerin hava kalitesi üzerindeki olumsuz
etkilerini azaltmak ve denetlemek için “ISINMADAN
KAYNAKLANAN HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ
YÖNETMELİĞİ” 2005’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
2
11/27/2012
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) 7/10/2004 tarihli ve 25606 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.
3
11/27/2012
SANAYİ KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİNİN
KONTROLÜ YÖNETMENLİĞİ
Sanayiden kaynaklanan hava kirliliğinin önlenmesi için;
“SANAYİ KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ
YÖNETMENLİĞİ” 2009’da yayımlanmıştır
Bu yönetmelik ile sanayi tesisleri
emisyon izni alarak faaliyetlerini
sürdürmek zorundadır.
Aksi takdirde mevcut mevzuata
göre cezai işlem yapılması
gerekmektedir.
SANAYİ KAYNAKLI
HAVA KİRLİLİĞİNİN
KONTROLÜ
YÖNETMENLİĞİ
•
•
Amaç
Sanayi ve enerji üretim tesislerinin faaliyeti 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 sağlamak
Kapsam
Tesislerin kurulması ve işletilmesi için gerekli olan ön izin, izin, şartlı
ve kısmi izin başvuruları, tesisten çıkan emisyonun ve tesisin etki
alanı içerisinde hava kirliliğinin önlenmesinin tetkik ve tespiti ile,
tesislerin, yakıtların, ham maddelerin ve ürünlerin üretilmesi,
kullanılması, depolanması ve taşınmasına ilişkin usul ve esaslar
SANAYİ KAYNAKLI
HAVA KİRLİLİĞİNİN
KONTROLÜ
YÖNETMENLİĞİ
Doldurma, ayırma, eleme, taşıma, kırma ve öğütme işlemleri sabit
tesislerde ve kapalı alanlarda gerçekleştirilmesi halinde ortaya çıkan
gazlarla (baca ile) atılan toz emisyonları sınır değerleri:
4
11/27/2012
SANAYİ KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİNİN KONTROLÜ YÖNETMENLİĞİ
Poliklor dibenzodioksinler (PCDD) ve Poliklor dibenzofuranlar (PCDF) 0,1 ng/Nm3
• Motorlu kara taşıtlarının egzoz gazlarının yol
açtığı hava kirliliğinin kontrol altına alınması ve
bununla ilgili gerekli usul ve esasların
belirlenmesi
amacıyla
“EGZOZ
GAZI
EMİSYONU
KONTROLÜ
YÖNETMELİĞİ”
2005’de yayımlanmıştır. Bu yönetmelik;
• Egzoz
gazı
emisyonlarının
ölçülmesi,
denetlenmesi ve ölçüm istasyonlarına ilişkin
düzenlemeler getirilmiştir.
• 1300 adet ölçüm istasyonu ile
egzoz gazı emisyon ölçümleri
yapılmaktadır.
• Motorlu taşıtlardan kaynaklanan hava kirliliğinin
azaltılmasında kullanılan yakıt kalitesi büyük
önem taşımaktadır. Bu maksatla Motorlu kara
taşıtlarından kullanılan yakıt kalitesinin özellikleri
“BENZİN
VE
MOTORİN
KALİTESİ
YÖNETMELİĞİ” 2005’de yayımlanmıştır. Bu
yönetmelik ile;
• Hava kalitesi standartları ve hava kalitesinin
değerlendirilmesi,
“bölgeler”
ve
“alt
bölgeler”
oluşturulması ve tüm bölgelerde iyi hava kalitesinin
sağlanması için alınması gerekli önlemleri kapsayan
“HAVA KALİTESİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE
YÖNETİMİ YÖNETMELİĞİ” 2008’de yayımlanmıştır. Bu
yönetmelik ile;
• SO2 , NO2 , NOx, PM10, Pb, C6H6, CO, O3 ile Arsenik,
Kadmiyum, Nikel ve Benzo(a)piren için ölçümlerin
yapılması, limit değerler ve değerlendirme metotlarını
içermektedir.
– 1 Ocak 2006 tarihinden itibaren kurşunlu benzin satışı
yasaklanmıştır.
– 1 Nisan 2009 tarihinden itibaren Avrupa Birliği’nin
ilgili mevzuatı ile birebir uyumlu benzin ve motorin
(kükürt oranı 10 ppm) piyasada bulunmaktadır.
5
11/27/2012
Hava Kalitesi Mevzuatı-Karşılaştırma
6
11/27/2012
Industrial site
Diffusion tubes
Acid Rain Monitoring Instrument
Acid Rain Monitoring site
7
11/27/2012
EYLEM PLANLARI
• Hava
kalitesinin
yönetimi
çalışmaları
kapsamında hazırlanan “Temiz Hava Eylem
Planı” ile;
– Bölgeler ve iller bazında kirlilik durumu belirlenmiş
olup,
– Mevcut hava kalitesinin iyileştirilmesi ve 2014 yılı
Avrupa Birliği hava kalitesi limitlerine erişim hedefi ile
altyapının geliştirilmesi,
– Hava kirliliği azaltımı eylemlerinin gerçekleştirilmesi,
– İllerde yapılacak ön değerlendirme çalışmaları ile
mevcut durum belirlemesi ve uzun vadeli strateji
belirlenmesi amaçlanmaktadır.
ULUSLAR ARASI PLATFORMDA
TÜRKİYE;
• 23 Mart 1983 tarihinde Uzun Menzilli Sınır Ötesi Hava
Kirliliği Sözleşmesi’ne,
• 20 Haziran 1990 tarihinde Ozon Tabakasının
Korunmasına Dair Viyana Sözleşmesine,
• 19 Aralık 1992 tarihinde Ozon Tabakasını İncelten
Maddelere Dair Montreal Protokolü’ne ve protokol
değişikliklerinin tamamına,
• 24 Mayıs 2004 tarihinde Türkiye Birleşmiş Milletler İklim
Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi’ne (BMİDÇS),
• 26 Ağustos 2009 tarihinde BMİDÇS Kyoto Protokolü’ne
resmen taraf olmuştur
Örnek Uygulama-1
YAKMA ÜNİTESİ
Yakıt Türü: Doğalgaz
Isıl Gücü: 1MW
Emisyon Ölçüm
Sonuçları:
SO2=
10 mg/Nm3
(ref%3)
20 mg/Nm3
3 kg/saat
Toz=
(ref%3)
3 mg/Nm3
6 mg/Nm3
1 kg/saat
Baca Bilgileri:
Hız:
2 m/s
Yükseklik: Düz çatı-3m
Ek-5.A.5
20 mg/Nm3 < 100 mg/Nm3
6 mg/Nm3< 10 mg/Nm3
Uygun
• Uygun
EK-4:
Hız:
2 m/s < 4 m/s Uygun Değil
Yükseklik:
3 m > 2 m Uygun
Ek-3:
3kg/saat < 60 kg/saat
Sürekli Ölçüm Cihazı
Gerektirmez.
8
11/27/2012
Örnek Uygulama-2
PROSES BACASI (Tav Fırını)
Ek-5:F.4
Yakıt Türü: Doğalgaz
Isıl Gücü: 9,5 MW
H.Debi:
20000 Nm3/saat
Toz:
100 mg/Nm3
2 kg/saat
mg/Nm3
Formaldehit: 15
0.3 kg/saat
Baca Bilgileri:
Hız:
6 m/s
Yükseklik: Çatıdan=3,5m
Tabandan=24 m
BACA-1: YAKMA
BACA-2: PROSES
90 mg/Nm3 < 100 mg/Nm3
100 mg/Nm3< 120 mg/Nm3
Uygun
Emisyon Ölçüm Sonuçları:
SO2=
80 mg/Nm3
(ref%3)
90 mg/Nm3
1,6kg/saat
Örnek Uygulama-3
Yakma-Proses Bacası
• Uygun
Ek-1: i.3
0,3 kg/saat> 0.1 kg/saat
15mg/Nm3< 20 mg/Nm3
Uygun
Ek-4:
Hız: 6 m/s < 4 m/s Uygun
Yükseklik: Ç: 3,5 m > 3 m Uygun
Y: 24 m >20 m Uygun
Ek-3:
1,6 kg/saat< 60 kg/saat
Sürekli Ölçüm Cihazı
Gerektirmez.
Ek-2:
Toz
Baca-1
1 kg/saat
Baca-2
2 kg/saat
Toplam
3 kg/saat
Eşik
Değer
15kg/saat
Hava Kalitesi Modelleme/ Ölçüm
Gerektirmez.
9
11/27/2012
SABİT KAYNAK EMİSYONLARI TANECİKLİ MADDENİN
KÜTLE DERİŞİMİNİN ELLE TAYİNİ
TSE TÜRK STANDARDI
TS ISO 9096
Nisan 2004
1
11/27/2012
2
11/27/2012
3

Hava Kirliliğinin Esasları Ders Notları

Transkript

Benzer belgeler

Tam metin - Hava Kirliliği Araştırmaları Dergisi

Güneydoğu Anadolu Bölgesindeki Bozuk Meşe

AEROSOL KAPLAR YÖNETMELĠĞĠ BĠRĠNCĠ BÖLÜM Amaç

Bu PDF dosyasını indir - ERÜ Sağlık Bilimleri Fakültesi Dergisi

Investigation of SO2 Roles on Air Pollution of Baku and

Biyomedikal Kalibratörler ve Test Cihazları

baca gazlarının trona çözeltisi kullanılarak desülfürizasyonu

Tam metin - Hava Kirliliği Araştırmaları Dergisi

Indir 1.1 MB / pdf

kongre bildiri kitabı

İklim Değişikliği ile Mücadelede Emisyon Ticareti ve Türkiye

PDF ( 3 ) - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İİBF Dergisi

2,0l TDI Motor Common-Rail enjeksiyon sistemi