HAVA KİRLİLİĞİ ÖLÇÜMLERİ

... konulu sunumlar: "HAVA KİRLİLİĞİ ÖLÇÜMLERİ"— Sunum transkripti:

1 HAVA KİRLİLİĞİ ÖLÇÜMLERİ

2 İÇERİK Dış ortam örneklemesi Örnekleme stratejileri
Örnekleme yaklaşımları Örnekleme teknikleri: Aktif ve pasif örnekleme Kaynakta örnekleme Emisyon envanteri Hava kalitesi indeksi

3 ÖLÇÜMLER Dış ortam ölçümleri İç ortam ölçümleri Kaynakta ölçümler
Neden ölçüm yapıyoruz? Çünkü aşağıdakileri bilmek istiyoruz: Soluduğumuz havadaki kirleticilerin derişimleri nedir? Kirleticilerin derişimlerini kontrol etmek (emisyon hızları bilinmelidir) Hava kirliliği kontrol ekipmanlarının performanslarını test etmek Uzun süreli değişimleri incelemek İnsanların maruziyetlerini belirlemek Araştırma amaçlı

4 Örnekleme çalışmaları
Ortalama süre Örnekleme tekniği

5 Örnekleme Kirleticiler, bir toplama ortamında veya otomatik sistemle toplanır. Dedeksiyon limiti (LOD) gereksinimlerini karşılayabilmek için yeterli miktarda kirletici toplanmalıdır. Toplama veriminin bilinmesi önemlidir.

6 Örnekleme: Dış ortam örneklemesi için örnekleme alanının/noktasının seçilmesi
Örneklenmek istenen havayı temsil edecek özellikte olmalıdır. Yol v.b. kaynaklara çok yakın olmamalıdır. Enerji ihtiyacının (elektrik) karşılanabilmesi gerekir. Güvenliği sağlanabilmelidir (çit v.b.) Kolay ulaşılabilir olmalıdır.

7 Örnekleme alanı Genel olarak, hava kalitesi ölçüm ağlarındaki örnekleme noktaları, yer seviyesine yakın bölgelerde yer almaktadır

8 Örnekleme alanı

9 Ortalama süre Toplamaya yönelik ve analitik kısıtlamalar, uzun örnekleme süreleri gerektirir. Uzun süreli trendler için genellikle 24 saatlik ortalamalar yeterli olmaktadır. Gerçek zamanlı sistemler kullanılarak yüksek çözünürlüklü veriler elde edilebilir.

10 Hava kirleticiler için yönetmeliklerde belirtilmiş ortalama süreler kirleticiye göre değişiklik göstermektedir: Örneğin; PM2.5: 24 saat ve 1 yıl CO ve Ozon: 1 ve 8 saat

11 Örnekleme yaklaşımı Aktif örnekleme: Bilinen hacimdeki havanın bir pompa yardımıyla çekilmesi Pasif örnekleme: Ortamdaki gaz molekülleri difüzyon yoluyla örnekleyicideki tutma ortamında toplanır. C: pasif örnekleyici tarafından tutulan kirletici derişimi (µg m-3), Q: pasif örnekleyicide tutulan kirletici miktarı (µg) L: örnekleyicinin difüzyon yolu uzunluğu(m), A: örnekleyicinin kesit alanı (m2), t: örnekleme süresi (s) D: difüzyon katsayısı (m2 s-1)

12 Dış ortam ölçümüne yönelik akış şeması (aktif)
Hava girişi Hava girişi Hava girişi Hava girişi Ekstraktif teknikler Filtre ortamında toplama Kanister örnekleme Sürekli analizörler

13 Aktif örnekleme sisteminin kısımları
Yer ve zaman açısından temsili örnek toplanmalıdır Toplanan örnek ile herhangi bir girişim söz konusu olmamalıdır. Temel kısımlar: Giriş ucu Pompa Toplama ortamı Akış ölçüm cihazı

14 Giriş Dış ortam havasındaki örneğin tutma ortamına aktarılmasını sağlar (değişmeyen koşullarda) Su geçirmez olmalıdır. Inert olmalıdır Pompaya bağlı olarak vakum oluşturur

15 Toplama ortamı Çok sayıda ve farklı toplama ortamları kullanılabilir
Belli gaz kirleticiler için adsorban maddeler kullanılır Aktive edilmiş filtreler kullanılır PM için filtreler Bazı gaz kirleticiler için sıvı tutma ortamları

16 Dış ortam hava örneklemesi ile ilgili parametreler
Toplama verimi Örnek kararlılığı Geri kazanım Minimum girişim Toplama yöntemine ait mekanizmanın/teorinin anlaşılması

17 Gazlar ve partiküller Gazlar, aşağıdaki yöntemlere dayalı olarak toplanabilir: Absorpsiyon (e.g. Impinger) Adsorpsiyon (tenaks, aktif karbon) Yoğuşma (termal desorpsiyon, kriyojenik tutma) Partiküller, aşağıdaki yöntemlere dayalı olarak toplanabilir: Yer çekimine bağlı çökelme (kuru çökelme plakaları) Filtrasyon İmpaktörler Elektrostatik çöktürme (genellikle kontrol sistemlerinde)

18 Gaz kirleticiler için aktif örnekleme sistemleri
Örnek giriş yeri (Manifold) örnekle herhangi bir girişimde bulunmamalıdır Örnekleme ortamı sıvı veya katı sorbent olabilir Impinger sistemlerinde, gaz bileşenleri anyon veya katyon oluşturmak üzere reaksiyonlar gerçekleştirir SO HSO3- NH NH4+

19 Gazların toplanması (Absorpsiyon)
Gaz bileşenlerinin örneklenmesinde kullanılan en yaygın yöntemlerden biridir Temel olarak; hava, içerisinde çözelti bulunan uygun bir ortamdan geçirilir, bu esnada havadaki örneklenen bileşen/bileşenler bu çözeltide absorbe olur Örneklenen bileşenin absorplayıcı çözelti içerisinde çözünmesi gerekir Bir çok durumda, çözelti, içerisinde toplanan kirletici miktarının belirlenmesi için bazı analitik yöntemlerle analiz edilir.

20 Gazların ekstraktif örneklenmesi
Sulu veya organik bir ortamda tutulan gazlar, daha sonra analizi yapılabilecek kimyasallar oluşturacak reaksiyonlar gerçekleştirir Bubbler şişeler, ucuz ve kullanımı kolaydır, taşınabilir Kısa süreli örneklemeler için uygundur Sistemi kullanacak kişinin çok iyi bilmesi gerekir Bubbler veya İmpinger

21 Gazların toplanması (Absorpsiyon)

22 Gazların absorpsiyon yoluyla toplanması (impinger)

23 Gazların toplanması (Adsorpsiyon)
Gaz kirleticiler, katı yüzeyler üzerinde toplanabilir Adsorpsiyon, bir yüzey prosesidir. Silika jel, aktif karbon, tenaks v.b. Sorbentler kullanılır. Adsorplanan bileşenler desorbe edilerek analizleri yapılır. Desorpsiyon işlemleri sıvı ekstraksiyonu veya termal desorpsiyon şeklinde gerçekleştirilir.

24 Katı sorbentler üzerinde gazların toplanması
Tenaks, aktif karbon, kromosorb, carbopack gibi sorbentler dış ortamdaki havada bulunan gaz bileşenlerin adsorplanmasında kullanılır.

25

26 Tenaks örneklemesi Kullanımı kolay
Uçucu ve yarı uçucu organik bileşenler için daha uygundur İç ve dış ortam hava kirliliği ölçümlerinde kullanılabilir

27 Gaz kromatografi cihazı

28

29

30 Kanister örneklemesi Pompa veya batarya gereksinimi yoktur
Kısa süreli örneklemeler için uygundur Derişimi bilinmeyen bir çok kirleticiyi farklı analizler gerçekleştirmek üzere toplamaya yarar ml hacim aralıklarında bulunabilir

31

32 Kanister örnekleme aşağıdaki çalışmalar için gerçekleştirilebilir:
Dış ortam hava kirliliği araştırmaları İç ortam hava kirliliği araştırmaları Çok acil yanıt alınması gereken durumlar (Emergency response) Toprak gazı örneklemesi

33

34 Partikül örneklemesi Amaçları: Kütle konsantrasyonu elde etmek Kimyasal içeriğini belirlemek Kirliliği araştırmak Sağlık etkilerini incelemek

35 Partikül örneklemesi (filtrasyon)
Yüksek hacimli hava (1.13 m3/dak), bir pompa yardımıyla derin bir filtre ortamından (glass fiber, selüloz asetat) genellikle 24 saatlik periyotlarda geçirilir. Toplanan partiküllerin kütlesi ölçülür ve sonrasında derişim ug/m3 olarak rapor edilir. Bu şekilde ölçmede kullanılan cihazlara yüksek hacimli hava örnekleyicisi denir ve 0, µm aralığındaki partikül maddeler ölçülebilir.

36 Partikül örneklemesi (filtrasyon) (Optik)
Partikül maddeler bir filtre ortamı üzerinde toplanır. Filtrede toplanan partiküllerin bir ışık veya ışın kaynağı ile etkileşimine bağlı olarak kantitatif analiz gerçekleştirilir. En sık kullanılan metot, beta-zayıflamasıdır (beta-attenuation)

37 Partikül örneklemesi (filtrasyon) (Optik – Beta zayıflaması (Beta Gage))

38 Beta Gage PM ölçümü Bir kaynaktan ortama verilen beta ışınlarının, toplanan partiküller tarafından absorpsiyonuna dayalı bir metottur.

39 Yüksek hacimli PM örnekleyicileri
Hava, büyük çaplı filtre ortamından geçirilerek örneklenir Yüksek hacimli hava çekilir (75 m3/saat) Uygun bir filtre ortamı kullanılır Genel olarak; Selüloz filtreler (Metal ve inorganik iyonlar için) Kuvars fiber filtreler (Eser organik kirleticiler için

40 Yüksek hacimli PM örnekleyicileri
TSP ölçümü yapılır (PM boyutuna göre ölçüm yapılmaz) 20x25 cm dikdörtgen filtre ortamı

41 PM 10 Yüksek hacimli örnekleyici
Hızlandırıcı bölge Yağlanmış plaka Hava girişi

42

43 Eskişehir’deki PM seviyeleri

44

45 PUF örnekleyicisi (Gaz ve partiküllerin birlikte toplanması)

46 Kaskat (çoklu kat) impaktörler
Farklı boyutlarda PM ölçümü için kulanılır. Partiküller, filtre yüzeyine çarpma yoluyla toplanır. Atalet (eylemsizlik) kuvvetlerine bağlı olarak, partiküller filtre yüzeyine çarpar ve orada tutulur.

47

48 Dichotomous örnekleyici (Düşük hacimli örnekleyici, 1m3/saat)

49 Dichotomous örnekleyici (Düşük hacimli örnekleyici, 1m3/saat)

50 Siklon

51 PASİF ÖRNEKLEYİCİLER NEDEN PASİF ÖRNEKLEYİCİLER??? Çeşitli kirletici bileşenlerin monitorlama çalışmaları için; ölçüm ağının kurulması, bu ağın sürekli aktif halde tutulması, sürekli işletim masrafları oldukça büyük maliyetler tutabilmektedir.

52 NEDEN PASİF ÖRNEKLEYİCİLER???
basit, kolay taşınabilir ve ucuz, elektrik gücüne ihtiyaç duyulmaksızın örnekleme imkanı, bir çok noktada eşanlı ölçüm yapılarak, farklı noktalarda herhangi bir kirletici bileşen derişimini aynı periyotta görebilme imkanı, birkaç saat - birkaç hafta örnekleme süresi

53 PASİF ÖRNEKLEME METODUNUN GENEL PRENSİBİ
I.Fick Yasası C A L J : x yönünde birim alandan geçen gaz akışı (μg/m2/s) D : difüzyon kat sayısı(m2/s) dC/dx : derişim gradyenti (μg/m3/m)

54 C=(Q*L) / (A*D*t) DT = D298 * (T)1,75 * (298,15) –1,75
Q=D*(A/L)*C*t  C = Atmosferik gaz derişimi (μg/m3) Q = Absorban madde tarafından tutulan kirletici miktarı (μg) L = Difüzyon yolu uzunluğu (m) A = Kesit alanı (m2) D = Difüzyon katsayısı (m2/s) t = Örnekleme süresi (s) C=(Q*L) / (A*D*t) DT = D298 * (T)1,75 * (298,15) –1,75

55 PASİF ÖRNEKLEYİCİ TİPLERİ
Ön kapak Difüzyon membranı Boşluk (spacer) Toplama ortamı Badge kısım Badge Tüp

56 Pasif örnekleyiciler

57 Örnekleme prosedürleri
Pasif örnekleme Anlık (Grab) örnekleme Kesikli (Intermittent) Sürekli (continuous) İhtiyaç duyulan bilginin türüne bağlı olarak ve ayrıca örneklemeye yönelik ve analitik yöntemlerdeki kısıtlamalara bağlı olarak farklı örneklemeler yapılabilir.

58 Örnekleme prosedürleri
Anlık örnekleme Örnekler çok kısa bir süre içerisinde toplanır. Genellikle de acil durumlarda uygulanır. Yağ dökülmesi Meksika Körfezinde yağ dökülmesi

59 Örnekleme prosedürleri
Kesikli örnekleme Hava belirli aralıklarda toplanır ve bu aralıklara bağlı olarak derişim integre edilir. Dinamik örnekleme yöntemidir. Hava kalitesi ölçüm istasyonlarında yaygın kullanılan bir yöntemdir. Sürekli ölçüm sistemlerini desteklemek için kullanılır.

60 Örnekleme prosedürleri
Sürekli örnekleme Anlık sonuçlar sağlar Gerçek zaman verisi elde edilir Sürekli olarak ölçüm yapılır Dezavantajları; Başlangıç ekipman maliyeti ve bakım/onarım maliyeti yüksektir

61 U.S EPA Metotları Determination of VOCs in Ambient Air Collected in Specially Prepared Canisters and Analyzed by GC-MS (TO-15). Determination of Formaldehyde in Ambient Air Using Adsorbent Cartridge Followed by HPLC (TO-11A). Determination of VOCs in Ambient Air Using Active Sampling Onto Sorbent Tubes(TO-17).

62 KİŞİSEL HAVA ÖRNEKLEYİCİLERİ
Ortamdaki asbest, kurşun ve diğer gaz ve toz kirleticilerin kişisel örneklenmesinde kullanılır Ağırlığı yaklaşık 0,9 kg dır ve böylece tüm gün çalışan bir kişinin konforu bozulmadan taşıyabileceği koşuldadır. 0,5-2 L/dak. akışlarda ve 0.8 mikron filtre ortamında örnekleme yapılır Boyutlar: 2-1/4" x 4" x 5-1/4" (5.7 cm x 10.2 cm x 13.3 cm). Ağırlık: 32 ounces (0.9 kilo).

63 OTOMATİK ANALİZÖRLER Ref:Godish

64 GAZ KİRLETİCİLERİN OTOMATİK ANALİZÖRLER İLE ÖLÇÜLMESİ

65 Azot Oksitler (NOx) Atmosferdeki azot oksitler büyük oranda otomobiller ve insineratörlerden yayılır. NOx = NO + NO2

66 1. Kimyasal ışıma (Chemiluminescence) metodu
Uyarılmış, yüksek enerjili NO2 oluşur NO+O NO2*+O2 NO2+hv (chemiluminescence) NO2’nin ışıma miktarı ölçülür ve yayılan ışık NO derişimiyle doğru orantılıdır Örneklenen hava, NO2’nin NO’ya dönüştürüldüğü bir dönüştürücüden geçirilirse, NOx derişimi, kimyasal ışımanın yoğunluğunu ölçme yoluyla belirlenebilir. NOx derişimi (toplam NO olarak) – NO derişimi = NO2 derişimi

67 NOx analizörü akış şeması
Nem, NO ve O3 arasındaki reaksiyon sonucu oluşan yüksek enerjili NO2’nin enerjisinin bir kısmını alabilmektedir. Bu nedenle de, kimyasal ışımayı azaltır (negatif girişim yapar)

68 Nemin etkisi Kalibrasyon gazı ve örneklenen havanın nem içeriği arasında büyük bir fark olması durumunda, ölçüm sonucu bundan etkilenir. Bu nedenle, ölçüm sistemi yarı geçirgen membran filtre, nem kontrolörü veya örneklenen havadaki nem içeriğini sabitleyici bir ekipman içermektedir.

69 2. Saltzman çözeltisi kullanılarak absorptiometri
Havadaki NO2, absorpsiyon çözeltisindeki (N-1 naphthyldiamine dihydrochloride, sulfanilic acid, ve acetic acid içeren sulu çözelti) saltzman çözeltisi ile reaksiyona girer ve azo pigmenti oluşturur. NO2 derişimi, oluşan azo pigmentinin 545 nm dalga boyunda absorbansının ölçülmesiyle belirlenebilir. NO, saltzman çözeltisiyle reaksiyona girmediği için, ilk olarak sülfürik asit ve potasyum permanganat içeren oksidasyon çözeltisinden geçirilerek NO2’ye oksitlenir ve derişimi benzer şekilde bulunur.

70 impinger metodu akış diyagramı

71 Kükürt dioksit (SO2) 1. Ultraviyole florışıma (fluorescence) metodu
Bu metotta, SO2 molekülleri UV ışığı absorplar ve uyarılmış moda geçer: SO2+hv SO2* SO2* SO2 + hv2 (fluorescence) Florışımanın yoğunluğu direkt olarak SO2 derişimiyle orantılıdır.

72 SO2 analizörü akış şeması
-Hidrokarbon uzaklaştırıcı: Örneklenen havadaki hidrokarbonları uzaklaştırır. Çünkü hidrokarbonlar UV ışığı ile uyarılır ve florışıma yaparlar. SO2 molekülleri, uzaklaştırıcıdan etkilenmeden geçerler. -Fluorescence odası: SO2’nin oluşturduğu florışımayı etkili bir şekilde yayacak yapıya sahip olmalıdır. -UV Işık kaynağı: Uyarıcı ışık kaynağı, elektrik deşarjı ile UV ışık enerjisi oluşturacaktır. -Fotoelektrik Dedektör: Fotoelektrik dedektör Fluorescence odasının hemen bitişiğinde bulunmalıdır. Bu bir optik filtre ile sağlanır. Bu filtre ile florışıma seçici bir şekilde elektriksel sinyale dönüşür

73 Karbon monoksit(CO) Kızılötesi absorpsiyon metodu
Farklı gazların molekülleri, derişimleri ile ilişkili olarak kızılötesi ışınları spesifik dalga boyu aralığında absorplar. CO de, CO2 gibi sera gazı özelliğine sahip olduğu için kızılötesi ışığı absorplayabilir. Buna dayalı olarak, 4,7 mikron kızılötesi ışınların CO tarafından absorpsiyonu, derişimini belirlemek için ölçülür.

74 Kızılötesi absorpsiyon metodunun akış diyagramı

75 Ozon (UV absorpsiyonu)
Bir dönüştürücüde, ozonu elimine ederek referans bir hava oluşturulur ve A hücresine gönderilir. Ozonu içeren hava örneği de direkt olarak B hücresine gönderilir ve UV absorbansları ölçülür. Derişim Beer’s Lambert Yasası kullanılarak hesaplanır. K : absorpsiyon katsayısı= 134cm-1 atm-1 I : İletilen ışık miktarı (detektöre iletilen) I0 : gelen ışık miktarı (UV lambasından gelen) L : Hücre uzunluğu(cm) T : Hücre çıkış sıcaklığı P : Hücre çıkış basıncı(760mm Hg olarak düzeltilmiş)

76 Metan içeren (MHC) ve içermeyen (NMHC) hidrokarbonların ölçümü
Atmosferde çok çeşitli hidrokarbon bulunmaktadır. Bunların içerisinden metan (CH4), önemli bir sera gazıdır. Derişim terminolojisi biraz karmaşıktır: e.g. 1ppmV C2H ppm C C2H6

77 Seçici yakma metodu NMHC tutucu (cutter), NMHC’lar seçici olarak oksitlenir ve sadece CH4 FID detektöre gönderilir. THC ve CH4 arasındaki fark, NMHC konsantrasyonlarını verir.

78 KAYNAKTA ÖRNEKLEME Temsili örnek toplamak çok zordur
Borudaki hız ve partikül derişimlerinin noktadan noktaya değişiklik göstermesi önemlidir Bacadan çıkan gazın ortalama derişimi: C avg= toplam kütle/toplam hacim

79 İZOKİNETİK ÖRNEKLEME Örnek temsilidir V baca<V örnekleme
Ölçülen derişim< gerçek derişim Örnek, temsili bir örnek değildir V baca>V örnekleme Ölçülen derişim> gerçek derişim Örnek temsilidir V baca=V örnekleme Ölçülen derişim=gerçek derişim

80

81 Kaynakta örnekleme Baca duvarı