NOx ve SOx ÖLÇÜM METODLARI DERS:HAVA KİRLİLİĞİ ÖLÇME TEKNİKLERİ BÖLÜM:ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ

HAZIRLAYANLAR: 0501.12012 ZEHRA NUR ERSOY 0501.12038 SEZİN GENÇDAL 0501.12040 AYŞE GÜL GÜLAP 0401.12057 ZEYNEP KURTULUŞ

İÇİNDEKİLER AMAÇ GİRİŞ AZOTOKSİTLERİN TANIMI AZOTOKSİTLERİN ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ AZOTOKSİTLERİN İNSAN SAĞLIĞI ÜZERİNE ETKİLERİ KÜKÜRTOKSİTLERİN TANIMI KÜKÜRTOKSİTLERİN ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ KÜKÜRTOKSİTLERİN İNSAN SAĞLIĞI ÜZERİNE ETKİLERİ KÜKÜRTOKSİT VE AZOTOKSİTLERDEN KAYNAKLANAN KİRLİLİĞİN AZALTILMASI İÇİN ALINACAK ÖNLEMLER SONUÇ KAYNAKLAR

AMAÇ SOx ve NOx ölçüm yöntemlerinin incelenmesi ve insan sağlığı üzerindeki etkilerinin saptanması

GİRİŞ NOX ve SOx ler genellikle endüstriyel proses, ısınma amaçlı kullanılan evsel yakıt ve termik santral kaynaklı olup; insan sağlığı üzerinde özellikle solunum yolu rahatsızlıklarına neden olmaktadırlar. Bu kirleticiler uygun yöntemlerle ölçülür ve kirliliğin boyutu saptanırsa; neden oldukları kirliliği önlemek ve azaltmak için tedbir almak daha kolay olacaktır.

AZOT OKSİTLER (NOX) Yüksek sıcaklıkta (1200 oC ve üzerinde) azot molekülünün oksijenle okside olması ile zincirleme reaksiyon başlar ve azot monoksit oluşur. . Yanma sonucu genelde azot monoksit, daha az miktarda da azot dioksit oluşur. Azot monoksitin atmosferde oksidasyonu sonucu azot dioksit oluşur. Azot oksitlerin iki önemli kaynağı vardır. Bunlardan birincisi; katı, sıvı veya gaz yakıt kullanan termik santraller, ikincisi ulaşımdır.

Birçok azot oksit bileşiği vardır;ama genel olanı azot monoksit(NO) ve azot dioksittir(NO2). N2 + O2 2NO NO (g) + 1/2O2  NO2(g) 2NO2+H2OHNO3 + HNO2

Azot oksit gazları atmosferde rüzgar yardımı ile çok uzun mesafelere taşınabilir.

Gelişmekte olan ülkelerde genel olarak kükürt dioksit ve partikül madde emisyonu azalırken azot oksit emisyonu artmaktadır; çünkü bu tür ülkelerde taşıt sayısı ve sanayi artmaktadır.

AZOT DİOKSİT (NO2) NO2, kırmızımsı kahverengi renklidir. Azot monoksit (NO) atmosferde oksijen ile birleştiğinde yüksek oranda reaktif gaz formunda NO2 oluşur. Bir kere oluştuktan sonra NO2, VOC gibi diğer kirleticilerle reaksiyona girer. Bu reaksiyonlar sonucunda, yer seviyesinde ozon oluşmasına neden olur. Ana kaynaklar, motorlu taşıt araçları ve termik santrallerdir.

AZOT ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ * UV * Elektrokimyasal Hücre Metodu * Kemilüminesans (Kimyasal Işıma) * Kızıl Ötesi Ölçüm Prensibi * FTIR * Azotdioksit Absorbsiyon Yöntemi (SALZMAN)

ELEKTROKİMYASAL HÜCRE ÖLÇÜM PRENSİBİ Duyarlı bir elektrotta seçilmiş bir gaz bileşeninin elektrokimyasal reaksiyonuyla ortaya çıkan elektriksel akımın ölçüldüğü elektrokimyasal pillerden yararlanlır. Tayin edilecek olan gaz bileşeni yarı geçirgen bir zardan pile ulaşır. Reaksiyon hızı, gaz bileşeninin konsantrasyonu ile orantılıdır. Oksitleyici bir elektrot kullanıldığında elektrokimyasal reaksiyonla, duyarlı elektrotta elektronlar açığa çıkar. Bu elektrotta ilgili gaz bileşeni konsantrasyonu ile orantılı miktarda elektron üretilmesi, karşı elektrotla aynı oranda negatif bir potansiyel farkı doğurur ve bu yolla elde edilen elektron akımı uygun bir elektronik düzenekle ölçümlenir. Pilin seçiciliği, yarı geçirgen zar,elektrolit, elektrot materyalleri, geciktirici potansiyel ile belirlenir.

KİMYASAL IŞIMA(KEMÜLİMİNESANS) Havada NO, ozonla reaksiyona girdiği zaman, uyarılma aşamasında NO2 nin normal formu ve uyarılmış formu oluşur. Uyarılmış NO2, yer seviyesine döndüğü zaman ışın (kemüliminesans) yayar. NO konsantrasyonu, bu ışımanın yoğunluğu ölçülerek tayin edilebilir. Eğer hava örneği, bir dönüştürücüden geçirilerek, NO2 NO e dönüştürülürse; NOx lerin (NO2 ve NO) konsantrasyonu, bu ışımanın yoğunluğu ölçülerek tayin edilebilir. Örneklem havasındaki NO2 konsantrasyonu; iki ölçüm arasındaki farktan hesaplanarak bulunur.

KIZILÖTESİ ÖLÇÜM PRENSİBİ Kızılötesi (NDIR) yöntemle ölçümde, belli bir kızılötesi frekans bandında absorbsiyon özelliği olan bir gaz bileşeni konsantrasyonunun tayini için ölçüm gazı uygun frekans bandında bir kızılötesi radyasyon ortamından belirli bir hızla geçirilir. Ölçüm gazındaki ilgili gaz bileşeninin konsantrasyonu ile orantılı olarak meydana gelen absorbsiyondan oluşan enerji kaybı, hiçbir absorbsiyon enerji kaybına uğramayan referans ortamla karşılaştırılarak değerlendirilir.

KIZILÖTESİ ÖLÇÜM MEKANİZMASI

Termogravimetrik Analiz ve FTIR Spektrometre Sistemi

AZOTDİOKSİT ABSORBSİYON YÖNTEMİ(SALZMAN) Örneklem havası yaklaşık 0.7 l/dak akış hızı ile absorblama çözeltisi içinden geçirilir. Suda çözünen azotdioksit nitrite dönüşür. Naftil-etil-diamin-dihidroklorür (NEDA) ve sülfanilik asit, nitrit ile birlikte pembe renk (azo tipi bir bileşik) oluşturarak spektrofotometrik olarak 546 nm dalga boyunda azotdioksit (NO2) konsantrasyonu tayin edilir. Ortam havasındaki yüksek kükürtdioksit (SO2) ve ozon’un (O3) sebep olduğu interferansa hassastır.

AZOT OKSİTLERİN İNSAN SAĞLIĞI ÜZERİNE ETKİSİ Hava Kalitesi İndeksi (HKİ): Azot dioksit (NO2)      İndeks Sağlık Seviyesi Uyarılar   0-50 İyi Yok 51-100* Orta 101-150 Hassas gruplar için sağlıksız Yok. 151-200 Sağlıksız 201-300* Çok Sağlıksız Çocuklar ve astım gibi solunum hastalığı olan kişiler; dış ortamdaki ağır efor sarfını sınırlandırmalıdır. 301-500 Tehlikeli Çocuklar ve astım gibi solunum hastalığı olan kişiler;   dış ortamdaki orta düzeyde veya ağır efor sarfını sınırlandırmalıdır.

* NO2‘nin kısa süreli sağlık etkileri, HKİ değeri  200’ün üzerine çıkıncaya kadar oluşmaz. Bu nedenle, HKİ, NO2 için 201’in altında hesaplanmaz. NO2 için HKİ’nin 201 olması, 1242 µg/m3 (0.65ppm). NO2 seviyesine karşılık gelir. (ortalama 24 saat)

Kısa Süreli NO2 Konsantrasyonunun İnsanlara Etkisi * Temas 10 dakikalıktır.Temasın bitiminden 10 dk sonra akış direncine etki gösterir. ** Bu konsantrasyonda kronik solunum hastalıkları meydana gelir. *** Kronik solunum hastalıkları oluşur. + Etkileşim oluşur ++ Temas süresi 10 dk uzayınca,30 dk sonra en büyük etki akış direncidir.

Tabloda görüldüğü gibi azot dioksitin konsantrasyonu yanında temas süresinin de oldukça etkili olduğu anlaşılmaktadır.

Çeşitli Ülkelerde Uygulanan Azot Oksitler İçin Sınır Değerleri Tabloda görüldüğü gibi Türkiye’nin sınır değerleri çok yüksektir.Kademeli olarak bir geçişin yapılmasında yarar vardır.

KÜKÜRT DİOKSİT(SO2) SO2+OH-HOSO2 HOSO2+O2SO3 SO3+H2OH2SO4 Kükürt dioksit; renksiz, yanmaz ve patlamaz bir gazdır.Özellikle katı ve sıvı yakıtlarda bulunan kükürdün yanması sonucu oluşur.Kükürt dioksit suda oldukça fazla çözünür.Atmosferde kalış süresi 2 yada 4 gün arasında değiştiğinden çok uzun mesafelere taşınabilmektedir.Dolayısıyla kükürt dioksit sadece bulunduğu bölgelerde değil taşındığı yerlerde de önemli olumsuzluğa neden olmaktadır. SO2+OH-HOSO2 HOSO2+O2SO3 SO3+H2OH2SO4

Kükürt dioksit bazı kimyasallar ve güneş ışığının katkısı ile asit yağmuruna dönüşmektedir.

KÜKÜRT DİOKSİT ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Infrared Elektro Kimyasal Sensörler GC FTIR Alev İyonizasyon Yöntemi Tetrakloro Merkürat (TCM)Yöntemleri

INFRARED Cihaz çabuçak takılabilen değiştirilebilir hissediciler sayesinde güvenli olmayan Oksijen seviyesinin veya sayılan gazların takibini yapabilir. (Karbon Monoksit,Hidrojen Sülfit, Amonya ,Azot (Nitrojen) Dioksit,Sülfür Dioksit,Klor,Klor Dioksit,Fosfin,Hidrojen Siyanit ve Hidrojen.) GasBadge Pro bir kızılötesi (infared) arabirimi vasıtasıyla Docking StationT, Datalink and infared yazıcı gibi yanürünler ile daha basit ve otomatize kalibrasyon,fonksiyon(darbe) testi ve veri indirme için doğrudan haberleşebilir.Standart STEL ve TWA okumaları,ve 1 yıla kadar yayılmış veri kaydı,son 15 alarm olayını kaydeden bir "olay defteri" ilede donatılmıştır. Sağlam bir kasanın içine yerleştirilen cihaz, RF(radyo frekans) bağışık,su korumalı ve en uç seviyede dayanıklıdır.Bir sarsıntı korumalı üst kaplama cihazı, birçok yıpratıcı endüstriyel ortamdaki son derece kötü kullanımlara karşı korur.Basit dört-tuşlu kullanım düğmesi ayar,operasyon ve kalibrasyon işlevlerine kolay erişim sağlar.

INFRARED CİHAZI

GAZ KROMATOGRAF(GC) Bu cihaz (Micromass) esasen üç ayrı cihazın birbirlerine bağlı (online) halde bulundukları bir sistemi teşkil eder. Bu sistemin parçaları Elemental Analiz Cihazı, Gaz Kromatograf, ve Kütle Spektrometresi cihazlarıdır. Bu sistemde katı , sıvı, ve gaz haldeki maddelerde duraylı izotop analizleri yapılmaktadır. Duraylı izotop analizleri organik ve inorganik maddede Karbon (C), Azot (N), Oksijen (O), ve kükürt (S) için yapılmaktadır. Bu sistemde ayrıca karışım maddelerinde gaz kromatografta ayrılan her bileşik için (compound specific) 13C izotop oranı analizleri yapılmaktadır.

ELEKTROKİMYASAL SENSÖR

FTIR MİKROSKOPİK SPEKTROFOTOMETRE SİSTEMİ Farklı aplikasyonlar için uygun tiplerde yapılmış yansıma ölçümü, toplam yansıma ölçümü ve IR mikroskop siatemleri mevcuttur. Numune kompartımanı uygun aksesuarları alabilecek büyüklüktedir. Ölçülen ışın demeti IR mikroskobuna veya ikinci bir numune kompartımanına aktarılabilir. AIM-8800R Otomatik Infrared Mikroskop kullanılarak 10 mm kadar küçük numuneler yüksek hassasiyette ölçülebilir.( FTIR (Fourier Transform Infrared) Matematiksel Fourier Dönüşümü metodu ile, bir dizi frekanslardan oluşan kırmızı ötesi sinyalini frekanslarına ayıran ve herbirini şiddeti ile gösteren işlem.)

FTIR spektrometre yöntemi Tepkimeden dolayı absorbsiyon bandlarının şiddetindeki değişimler takip edilerek FTIR spektrometrede kantitatif analizler ve kinetik çalışmalar yapılabilmektedir. Bölüm 2.4.1’de verildiği gibi HTPB ve IPDI arasında üretan tepkimesi gerçekleşirken FTIR spektrumlarından ve Lambert-Beer kanunundan yararlanarak tepkimeye girmeyen IPDI’ın konsantrasyonunun zamanla değişimi izlenebilir. FTIR spektrometrede izosiyanatlı üretan tepkimelerini incelerken gözlenen üç tane belirleyici fonksiyonlu grup vardır. Bunlar; hidroksil, izosiyanat ve tepkimenin başlamasından sonra gözlenen poliüretan absorbsiyon bandlarıdır. Poliüretan tepkimelerin takibi için önce tepkime bileşenlerinin FTIR spektrumları ve fonksiyonlu grupların yerleri incelenmiştir. Şekil 4.59.’da HTPB, IPDI, katosen ve bütasenin FTIR spektru””mları verilmiştir. Görüldüğü gibi IPDI’ın 2255 cm-1’deki NCO gerilme titreşimi bandı ne HTPB’nin ne de katosen ve bütasenin herhangi bir piki ile girişim yapmamaktadır. 1640 cm-1’deki HTPB’nin C=C gerilme titreşimi bandı ise IPDI’ın herhangi bir absorbsiyon bandı ile girişim yapmamasına rağmen katosen ve bütasenin bu bölgede gözlenen absorbsiyon bandları bulunmaktadır. HTPB’nin C=C gerilme titreşimi bandı tepkime süresince değişmeden kalır. Aynı Şekilde katosen ve bütasen katalizörlerine ait C=C bağlarında da değişme beklenemeyeceğinden referans band olarak alınabilecek absorbsiyon bandı olarak kabul edilebilecektir. Bunun yanında HTPB’nin 3000 cm-1’ deki C-H bağlarında da değişim olmayacağından bu absorbsiyon bandının da referans band olarak kullanılabilmesi mümkündür. HTPB

ALEV İYONİZASYON YÖNTEMİ Yanma hücresine giren sülfürün mevcudiyetinde, 50-120 ml/dk da yakılan H2 ile yakın ultraviyole ışınlarında alev görünür ve SO2 konsantrasyonunu tayin etmek için, yakın ultraviyole radyasyon dozu ölçülür. Ultraviyole radyasyon dozu ölçülür. Ultraviyole radyasyon dozu S atomları dozu ile orantılır. H2 jeneratörü veya H2 tüpü gerekli olduğu için geniş çapta kullanılmaz. Ancak yöntem ayrıca H2S e hassas olsada H2S ve SO2 bir ölçüm cihazı ile ölçülebilir.

KÜKÜRTOKSİTLERİN İNSAN SAĞLIĞI ÜZERİNE ETKİSİ Hava Kalitesi İndeksi (HKİ) Kükürt dioksit (SO2)       İndeks Sağlık Seviyesi Uyarılar 0-50 İyi Yok 51-100* Orta 101-150 Hassas gruplar için sağlıksız Astımlı kişiler, dış ortamdaki efor sarfını sınırlandırmalıdır. 151-200 Sağlıksız Çocuklar, astımlılar, kalp ve akciğer hastalığı olan kişiler, dış ortamdaki efor sarfını sınırlandırmalıdır. 201-300 Çok Sağlıksız Çocuklar, astımlılar, kalp ve akciğer hastalığı olan kişiler, dış ortamda efor sarf etmemeli; bunun dışında herkes dış ortamdaki efor sarfını sınırlandırmalıdır. 301-500 Tehlikeli Çocuklar, astımlılar, kalp ve akciğer hastalığı olan kişiler, iç ortamda kalmalı; bunun dışında hiç kimse  dış ortamda efor sarfetmemelidir.

SO2 için HKİ’nin 100 olması, 383 µg/m3 (0 *SO2 için HKİ’nin 100 olması, 383 µg/m3  (0.14 ppm) SO2 seviyesine karşılık gelir. (ortalama 24 saat)

1952 yılında LONDRA ‘da yaşanan Hava Kirliliğinin Sağlık Üzerine Etkisi

Kükürt dioksit konsantrasyonu sınır değerlerinin üzerinde olduğu zaman özellikle astımlı ,bronşitli,kalp ve akciğer hastalarının sağlığını olumsuz etkiler.

Tablo 5. Kükürt Dioksitle İlgili Sınır Değerleri Ülkeler Koruma Gerekçesi Ortalama Süre Limit Değer Marjinal Tolerans Türkiye   24 400 µg/m3 Avrupa Topluluğu İnsan Sağlığını Korumak 1 saat Bir yıl içinde 24 defadan fazla olamaz (A.B.) 350 µg/m3 Halk sağlığını Korumak 24 saat Bir yıl içinde üç defadan fazla bu değer aşılamaz 125 µg/m3 Ekosistem Yıllık Kış ayı 20 µg/m3 Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) 10 dakika 500 µg/m3 yıllık 50 µg/m3 A.B.D. EPA Yıllık 80 µg/m3 365 µg/m3

Kükürtoksit ve Azotoksitlerden Kaynaklanan Kirliliğin Azaltılması İçin Alınacak Önlemler * Hava Kalitesi Kontrolü Yönetmeliği’ndeki kirleticilerle ilgili değerler yeniden düzenlenmeli ve kademeli olarak AB standartları ile uyumlu hale getirilmelidir. * Yaz aylarına göre kış aylarında kükürt dioksit konsantrasyonunda önemli artışlar gözleniyorsa,ısınmada kullanılan yakıt türü özellikleri değerlendirmeye alınmalıdır. Topografik ve meteorolojik özelliklerden dolayı kirliliğin arttığı illerde mutlaka kükürdü düşük ve kalorisi yüksek kaliteli yakıt kullanılmalıdır. * Bacasından duman püskürten ve kontrol dışı yakıt tüketimine neden olan standart dışı ısıtıcıların satışına izin verilmemelidir. * Isınma amacıyla kalitesiz yakıt ve yakma sistemleri kesinlikle kullanılmamalıdır.

SONUÇ NOx ve SOx kısaca tanımlanarak insan sağlığı üzerinde ne gibi etkiler yarattığı incelendi. Bu kirleticiler için uygulanabilecek ölçüm yöntemleri ve prensiplerinden bahsedildi.

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDER

KAYNAKLAR * www.biyolojidunyasi.com * www.ibb.gov.tr * www.saucevre4.blogspot.com * www.cevreorman.gov.tr * www.turcek.org.tr * Motorlu Taşıtlardan Kaynaklanan Hava Kirliliği Kontrol Yönetmeliği * http://tr.wikipedia.org/wiki/FTIR