HAVA KİRLİLİĞİ ve KONTROLÜ Ders Notu-IX. HAVA KİRLETİCİLERİN KONTROLU Toz Kirleticilerin Kontrolu Toz Kirleticilerin Kontrolu Gaz Kirleticilerin Kontrolu.

... konulu sunumlar: "HAVA KİRLİLİĞİ ve KONTROLÜ Ders Notu-IX. HAVA KİRLETİCİLERİN KONTROLU Toz Kirleticilerin Kontrolu Toz Kirleticilerin Kontrolu Gaz Kirleticilerin Kontrolu."— Sunum transkripti:

1 HAVA KİRLİLİĞİ ve KONTROLÜ Ders Notu-IX

2 HAVA KİRLETİCİLERİN KONTROLU Toz Kirleticilerin Kontrolu Toz Kirleticilerin Kontrolu Gaz Kirleticilerin Kontrolu

3 TOZ KİRLETİCİLERİN KONTROLU Çökeltme odaları, Santrifüjlü toz toplayıcılar, Torba filtreler, Islak tutucular Elektrostatik çöktürücüler

4 PARTİKÜL MADDELER VE KONTROLÜ partikül maddelerdir Havayı kirleten gazların yanında ikinci ana grup hava kirleticiler askıda katı-sıvı parçacıklar (aerosoller) veya genel tanımıyla partikül maddelerdir. Bunlar günlük dilde tozluluk adıyla da anılır.

5 PARTİKÜL MADDELER Partikül kirliliği yada PM olarak ta bilinen “Partikül Madde”, atmosferdeki saf su damlacıkları dışında kalan, askıdaki çok küçük katı parçacıkları ve sıvı damlacıklarıdır. Partikül kirliliği, nitrat ve sülfat gibi asitleri, silikon oksitleri, organik kimyasalları, amonyum, mineral toz, iz elementleri, metalleri ve katı yada sıvı partikülleri içeren karmaşık bir karışımdır

6 AEROSOL Bir katı veya sıvının, gaz içinde çok küçük parçacıklar halinde, koloidal süspansiyon oluşturmalarına aerosol adı verilir. Aerosollerin çapları 1 μm den daha küçüktür. Atmosferde canlı ve cansız birçok partikül bulunmaktadır.

7 AEROSOL Bunlardan başlıcaları; Sis veya pus, Duman ve tütsü, İs, Cadde tozları, Ev tozları, Mantarlar, Polenler şeklinde belirtilebilir.

8 Bazı Ülkelerde Uygulanan PM Sınır Değerleri

9 TOZ VE PARTİKÜL MADDE KONTROLÜ Atmosfer tıpkı bir nehir gibi kendi kendini temizleme sistemleri geliştirmiştir. Böyle olmasaydı, troposfer kısa sürede insanların yaşayamayacağı bir yer haline gelirdi. Hava kirliliği kontrolü cihazları, prensip olarak atmosferin bu doğal temizleme prensiplerinden faydalanılarak tasarlanmıştır.

10 PM Arıtma Yöntemleri ÇÖKELTME ODALARI SİKLONLAR ISLAK ARITICILAR TORBALI FİLTRELER ELEKTROFİLTRELER

11 PM Arıtma Yöntemleri Herhangi bir toz kontrol ekipmanı seçileceği zaman dikkate alınacak faktörler: Tanecik özellikleri *toz tanecik irilik dağılımı *tanecik biçimi *tanecik yapışkanlığı *taneciğin su emme yeteneği *taneciğin elektriksel özelliği *taneciğin yoğunluğu Taşıyıcı gazın özellikleri *sıcaklık *nem *paslandırma özelliği *alev alma ve patlama özelliği

12 PM Arıtma Yöntemleri Proses özellikleri *atık gaz debisi *tozluluk konsantrasyonu *izin verilen basınç kaybı *sürekli mi kesikli mi çalıştığı *İstenen toz tutma verimi *tutulan tozların berteraf yöntemi İşletme özellikleri *çalışma alanı *diğer cihazları sınırlaması Sistem ekonomisi *ilk yatırım masrafları *işletme masrafları *bakım durumu

13 PM Arıtma Yöntemleri

14 Partikül Tutma Mekanizmaları Ve Kontrol Cihazlarının Tanımı Bir gaz ortamında askıda bulunan partiküllerin tutulması için (ortamdan uzaklaştırılması için), gaz-partikül karışımının (gazın), partikülleri akım yönünden saptıracak bir kuvvet (veya kuvvetler)'in bulunduğu bir tutma alanından geçmesi gerekmektedir. Toplama yüzeyine temas etmek suretiyle ortamdan uzaklaştırılmak için yeterli olacak bir bekleme zamanı (residence time) süresi içinde kalmaları gerekmektedir. toplama yüzeyleri genel olarak iki kategoriye ayrılabilir - Düzlem veya içi boş silindir (A) - Silindir veya küre şeklinde parçacıklar (target) [mesela, silindir şeklinde elyaf (filtrelerde), küre şeklinde damlalar (ıslak arıtıcılarda)] (B)

15

16 Partiküllerin Tutulmasında Etki Eden Kuvvetler 1. Yerçekimi (A ve B) 2. Santrifüj kuvveti (A) 3. Atalet (inertia) [B]: Bazı partiküller akışkanın yönünü takip edemeyip kendi yörüngelerinde ilerlerken sıvı parçacık yüzeyine tutunurlar. 4. Doğrudan Çarpma (B): Bazı partiküllerde yörüngeyi takip ederken akışkan akışı üzerindeki sıvı parçacığa tutunurlar. 5. Difüzyon (Brownian hareketler), [B]: <1 μ için geçerlidir. Gaz akımındaki moleküllerin akımından etkilenirler. Kendileride rastgele hareket gösterirler. Buna Brown hareketleri denir. Bu Brown hareketleri sırasında sıvı yüzeyine çarparak tutunurlar. 6. Elektrostatik (A veya B)

17 Çeşitli Kontrol Cihazlarında Tutma Kuvvetleri Ve Tutma Yüzeyleri

18 Çökelme Odaları

19 Su ve atıksu sistemlerindeki çökelme tankları gibi, hava kirliliği kontrolü sistemlerinde de çöktürme odalarının tasarımında yatay hızlar minimumda tutularak, yeterli alan sağlanır ve böylece doğal olarak meydana gelen dikey hıza taneciği tabana taşıması için gerekli zaman verilmiş olur.

20 Çökelme Odaları

21 Santrifüjlü Toplayıcılar Tanecikleri gaz akışından ayırmak için yerçekimi yerine santrifüj kuvveti kullanırlar. Santrifüj kuvvetleri, yerçekimi kuvvetlerinden çok daha büyük oldukları için, burada giderilecek tanecik boyutu da yerçekimi kuvveti ile çöken taneciklerin boyutundan çok daha küçük olabilir. Genelde, santrifüjlü toplayıcıların iki ana çeşidi olan siklonlar ve dinamik çökelticiler kullanılır.

22 Siklonlar Dönen gazın oluşturduğu santrifüj kuvvetinin etkisi altında katı tanecikler koninin içinde yukarıya doğru gaz spiralleri halinde dönerek duvarlara doğru yönelirler. Tanecikler koninin duvarlarından aşağı doğru kayarak, kovaya girerler.

23 Siklonlar

24

25 Bir siklonun çalışma ve ayırma verimi, taneciklere etki eden santrifüj kuvvetlerin büyüklüğüne bağlıdır. Santrifüj kuvvet büyüdükçe ayırma verimi de artar. Santrifüj kuvvetinin büyüklüğü, tanecik kütlesine, siklondaki gaz hızına ve siklon çapına bağlıdır. Tanecikler üzerindeki santrifuj kuvveti, yani siklon toplayıcının toplama verimi, siklonun yarıçapı, D/2, arttıkça azalır. Siklonlar küçük çaplı olduğundan, büyük debileri arıtmak için, birçok siklonun paralel şekilde çalıştırılması gerekir.

26 Siklonlar

27 Siklon toplayıcıları yapı ve operasyon bakımından nispeten daha az masraflıdır ve 980 o C 'ye kadar olan sıcaklıklarda büyük hacimli gazları arıtabilirler. Bu ünitelerdeki basınç düşüşleri genellikle azdır ve 2.5 ile 20 cm su civarındadır. Siklonlar besin ve hububat imalathanelerinde, pamuk çırçır fabrikalarında, çimento fabrikalarında, gübre fabrikalarında, asfalt karıştırma fabrikalarında ve büyük boyutta tanecikler içeren büyük hacimli gazların oluştuğu diğer fabrikalarda başarı ile uygulanmıştır.

28 Filtrasyon Filtrasyon, birçok bireysel toplama yüzeylerinin (target) gözenekli bir yapıda bir dizi(array) oluşturarak meydana getirdiği ortamdan gaz-partikül karışımını geçirerek partiküllerin tutulması işlemidir. Toplama yüzeylerinin oluşturduğu dizi 3 ana tipte olabilir: (a) Bir mat üzerine gevşek bir biçimde doldurulan bireysel elyaflar (fiber), (b) Sabit, hareketli veya akışkan yatakta bulunan daneli malzeme(kum,çakıl,seramik),[fibrous filters] (c) Örgü veya baskı ile torba şeklinde kullanılan kumaşlar (torbalı filtreler),[fabric filters].

29 Filtrasyon

30 Torbalı Filtreler Bez filtre sistemlerinde, partikül yüklü gaz, dokuma bez ya da keçe kumaştan geçer. Torbalı filtre yapımında kullanılan bezin dokuma aralıkları, gazın geçişine müsaade edip, partikülleri tutacak şekilde seçilir. Küçük tanecikler, kumaşta önce direk durdurma, atalet vuruşu, difüzyon, elektrostatik çekim ve yerçekimiyle çökme gibi mekanizmalarla tutulur. Bezde bir toz tabakası oluştuktan sonra, mikrondan küçük taneciklerde %90 oranında tutulmaya başlar. Genellikle, boru ya da zarf şeklinde olan filtre torbaları, 0.5μm boyutuna kadar olan küçük tanecikleri gidermede verimli bir şekilde çalışır. 0.1 μm boyutundaki çok ince tanecikleri de oldukça önemli miktarda giderirler.

31 Torbalı Filtreler Torbaların iç yüzeylerinde, partiküler madde toplandıkça basınç düşüşüartar. Basınç düşüşü çok büyük boyutlara ulaşmadan önce, partiküler tabakasının bir kısmı torbalardan boşaltılmalıdır. Bez filtreler aralıklı, periyodik ya da sürekli olarak temizlenebilir. Filtre temizleme yöntemleri 1- mekanik sarsıcı ( shaker), 2- ters hava akımı üfleme halkaları ( blow ring) 3- pulse jet toz kekini gidermede

32 Torbalı Filtreler Bez filtrelerin kullanımı ile ilgili birtakım problemler vardır. Organik tozların filtrelendiği bir torbalı filtre alanına kıvılcımlar girerse, patlama ya da yangın ihtimali doğar. Torbalı filtrelerin kullanımını, yer darlığı da engellemektedir. Bez yüzeyler için her zaman yırtılma ya da çok yüksek sıcaklıkların bez için zararlı etkileri, partiküler madde ile yüklü gaz akışındaki nem, asidite ya da alkalinitenin getirdiği olumsuz etkiler görülebilir. Bezin akıllıca seçilmesi, bu problemleri azaltabilir

33 Islak Arıtıcılar Islak arıtıcılar gaz-partikül karışımının bir sıvı ile temas ettirilerek partiküllerin uzklaştırılması esasına dayanan bir yöntemdir. Gazların da sıvı içinde çözünmeleri mümkün olduğundan aynı zamanda gaz halinde bulunan kirleticilerin de arıtılmasında etkili olabilir. Bütün ıslak tutucular için, partiküler madde içeren atıksuyun deşarjı problem yaratmaktadır Islak arıtıcılar genel olarak iki gruba ayrılırlar: (a) Sıvı damlacıkların (spray) tutma yüzeyini (target) oluşturduğu arıtıcılar, (b) Islak tutma yüzeyi olarak çeşitli malzemelerin kullanıldığı dolgulu veya plakalı kuleler.

34 Islak Arıtıcılar Islak arıtıcıların ortak özellikleri arasında, hem gaz hem de sıvı fazların hareketini sağlamak için enerji ihtiyaçlarının olması, ve proses esnasında oluşan çamurun uzaklaştırılma gerekliliğidir Spray-tipi ıslak arıtıcılar, 1)normal (non-venturi) 2) venturi olmak üzere iki genel tipe ayrılır. Normal tip ıslak arıtıcılar, (i) Ters akışlı kuleler (counter-current gravity tower), (ii) Yatay akışlı (cross-current flow), (iii) Paralel akışlı (co-current). şeklinde olabilir

35 Islak Arıtıcılar

36

37 Yaş Siklon Tutucu

38 Venturi Tutucular Venturi tutucular 0.5 - 5  m arasındaki tanecikleri gidermede en yüksek verimi sağlarlar ki, bu da duman ve tozlarda bulunan mikrondan daha küçük ölçülerdeki taneciklerin giderimi için son derece önemlidir. 60 - 80 m/sn. 'lik hızlarda, kirli gaz venturi şeklinde boğaz kesiti olan bir kanaldan geçer. Su iri damlacıklar halinde bu boğaza enjekte edilir, burada yüksek gaz hızıyla püskürtülür. Sıvı damlacıklar gaz akımında taneciklerle çarpışırlar ve su ile tanecikler daha sonra arıtılmak üzere aşağı düşerler. Venturi tutucular, mikrondan küçük aerosoller için hayli verimli olmalarına karşın, gaz giriş hızının yüksek olması nedeniyle, bu cihazlar için enerji maliyetleri oldukça yüksektir.

39 Venturi Tutucular

40 Elektrostatik Çöktürücüler Elektrostatik filtrelerde partiküllerin tutulmasına ve gaz ortamından uzaklaştırılmasına yol açan kuvvet elektrostatik kuvvet olup, partiküllerin bir elektrostatik alan içinde yüklenmesi ve toplayıcı bir elektroda (plakaya) taşınması esasına dayanmaktadır Esas olarak, sıvı tanecikleri toplamada kullanılırlar ve genellikle, katı ve yapışkan maddeler için önerilmektedir

41 Elektrostatik Çöktürücüler Elektrostatik çöktürücülerde 4 temel aşama gereklidir; (1)Partiküllerin elektirik yüklemesi, (2)Yüklenmiş taneciklerin topraklanmış yüzeyde toplanması, (3)Toplayıcıdaki yükün nötralize edilmesi ve (4)Partiküllerin uzaklaştırma için giderimi.

42 Elektrostatik Çöktürücüler Yüksek voltaj bölgesi, hava akımındaki gaz moleküllerini iyonlaştırır, bunlar partiküler maddeyle birleşerek, ona negatif yük verirler. Yüklendikten sonra negatif yüklü tanecikler, pozitif elektrodlara doğru yönelirler ve orada toplanırlar. Toplandıkları anda yükleri nötral olur ve toplanan tozlar; yüzeyden verme, yıkama ya da sadece yerçekimi ile alınırlar Elektrostatik çöktürücüler, yaygın şekilde kullanılır. geniş aralıklı tanecik boyutları için, oldukca verimlidirler ( % 99 ya da daha fazla); mikrondan küçük boyutlu tanecikler de yüksek verimle toplanır. 25 - 1000 m 3 /sn. debili yüksek hacimli gazları arıtabilirler, basınç düşüşleri azdır ve az bir bakım maliyeti ile sürekli olarak çalışabilirler.

43 Elektrostatik Çöktürücüler

44 GAZ KİRLETİCİLERİN KONTROLU Absorbsiyon Adsorpsiyon İnsinerasyon (Yakma) Kondensör (Yoğuşturucu) Kirletici Olmayan Maddeye Dönüştürme

45 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Kömür, petrol ve gaz şeklindeki yakıtların yakılmasından veya sanayii üretiminden kaynaklanan atık ve kaçaklar arasında karbonmonoksit (CO), azot oksitler (NO X ), kükürtoksitler (SO X ), hidrokarbon buharları gibi pek çok gaz ve buhar haldeki kirletici bulunabilmektedir.

46 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Bir kısmı tehlikeli ve zararlı madde niteliğinde olan bu kirleticilerin kendilerini taşıyan gaz ortamından, azaltılmak veya arıtılmak suretiyle uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu amaçla kullanılabilen çeşitli arıtma yöntemleri arasında en çok kullanılanlar; Absorpsiyon Adsorpsiyon Yanabilir maddeler için insinerasyon Kondensasyon

47 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Son zamanlarda yeni yeni devreye girmeye başlayan Membran Teknolojileri de bu amaçla kullanılabilmektedir. Bu uygulama; Hem uygun membranların üretimin bağlı pratik nedenler Hemde maliyet nedenleriyle oldukça azdır.

48 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Absorpsiyon Bir gaz akımında yer alan herhangi bir istenmeyen bileşeni uygun bir sıvı içerisinde seçimli olarak çözmek suretiyle sıvı faza aktarmaktır. Absorpsiyon işleminin gerçekleştiği kule şeklindeki reaktöre ABSORBER denir.

49 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Adsorpsiyon Akışkan karışımında bulunan herhangi bir gaz bileşeninin bir katı yüzeyinde seçimli olarak tutulmasıdır. En çok kullanılan adsorpsiyon malzemeleri; Aktif Karbon Aktif Alümina Silika jel

50 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi İnsinerasyon Yanabilir nitelikteki hava kirleticilerin veya yakılarak yok edilmesi uygun olan tehlikeli ve zararlı maddeler içeren gaz veya partikül formundaki organiklerin gideriminde başvurulabilen çok etkili ancak oldukça pahalı bir yöntemdir.

51 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Kondensasyon Kondensasyon (yoğuşma) işlemi bir gaz veya buharı sıvıya çevirerek gaz karışımından uzaklaştırmaktır.

52 Gaz ve Buhar Halindeki Kirleticilerin Giderimi Membran Prosesler Bu çok yeni uygulamada esas prensip, gaz karışımındaki ayrılacak gaz veya buharı seçimli olarak geçiren (veya aksine diğerlerini geçirip onu geçirmeyen) seçici membranların varlığıdır. Membranın maddemize karşı bu seçimlilik özelliği sayesinde ya bir ön arıtma ile gaz karışımı kısmen temizlenmiş olur veya tamamen ayrımlanma sağlanabilir.

53 ATIK GAZ ARITMA TEKNOLOJİLERİ Baca Gazı Desülfürizasyonu (DESOX) Çok büyük enerji tesislerinde özel ve daha sıkı emisyon limitlerine uymak için büyük yatırımlı ve Hava Kalitesinin Korunması Yönetmeliği uyarınca en az %90 arıtma verimine sahip teknolojilerdir.

54 ATIK GAZ ARITMA TEKNOLOJİLERİ Atık Gazlardaki Azotoksitlerin Arıtılması (DENOX) Azotoksitler ya yakıt içerisindeki safsızlıklar arasında yeralan azot bileşklerinin yanma sürecindeki oksitlenmesiyle oluşur yada yanma odasında meydana gelirler. En çok NO X yüksek sıcaklıklarda çalışan santrallerden, büyük ölçekli kazanların baca gazlarından veya motorlu taşıtların egsozundan havaya salınır.

55 Kaynaklar 1- MÜEZZİNOĞLU A., 1987. Hava Kirliliğinin ve Kontrolünün Esasları. D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Basım Ünitesi. 2- SOYLU Ş. 2009. Hava Kirliliği ve Kontrolü Ders Notları(Basılmamış) 3- ÇETİN DOĞRUPARMAK Ş., 2012. Hava Kirliliği ve Kontrolü Ders Notları(Basılmamış) 4- Endüstri Tesislerinden Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği 22. 07.2006 Resmi Gazete. 5-’Hava Kirliliğine Genel Bakış’ Refik Saydam Hıfzıssıhha Merkezi Başkanlığı, Çevre Sağlığı Araştırma Müdürlüğü’ne Ait Belgeler 6-’Hava Kalitesi İzleme Metodolojileri Ve Örnekleme Kriterleri’ Refik Saydam Hıfzıssıhha Merkezi Başkanlığı, Çevre Sağlığı Araştırma Müdürlüğü’ne Ait Belgeler, Hazırlayanlar, Canan YEŞİLYURT, Niyazi AKCAN. ISBN 975-590-032-2. 7-’Türkiye’de Hava Kalitesi Yönetimi ve Değerlendirmesi’ Orhan DOKUMACI Hava Kalitesi Değerlendirme Şube Müdürü, 02 Kasım 2011