bÖlÜm 2 hava kİrlİlİĞİnİn ÖlÇÜlmesİhava kİrlİlİĞİnİn ÖlÇÜlmesİ 20.yüzyılın...

KYM 471 0708 DERS NOTLARI Bölüm 2

PROF.DR.M.EROL

BÖLÜM 2

HAVA KİRLİLİĞİNİN ÖLÇÜLMESİ

20.Yüzyılın ortalarından itibaren oldukça büyük patlama gösteren nüfus artışı, sanayileşme hızı ve buna bağlı olarak ortaya çıkan büyük yerleşim birimleri, doğal ya da yapay hava kirliliği sorununu gündeme getirmiştir. Gaz şeklindeki kirleticiler ile havada asılı çok küçük katı ve sıvı parçacıkların yarattığı hava kirliliği, çevre havasında doğal olaylar ya da insan etkinlikleri sonucu oluşan, atmosfer havasının doğal bileşimin değiştirerek derişimleri ve atmosferde kaldıkları süre bakımından bölgede yaşayanların önemli bir kısmını rahatsız eden ya da insan sağlığına, bitki ve hayvan hayatına ya da cansız varlıklara ve doğaya zararlı olan gaz ya da tanecik durumundaki maddelerin bulunmasıdır. Hava kirleticilerinin oluşumu, dağılım ve etki mekanizmaları; durgun ve hareketli çeşitli noktasal, çizgisel ve yaygın kaynaklardan endüstriyel etkinlikler, taşıt egsozları, yakma(yakıt, çöp, sigara) işlemleri, soğutucu, sprey, aerosol kullanımı, inşaat ve hafriyat işlemleri gibi yapay yollarla ortaya çıkmaktadır. Hava azotu ile oksijenin birleşmesine neden olan şimşekler ve yıldırımlar gibi meteorolojik olaylar (gaz kökenli), volkan etkinlikleri (hem gaz hem de katı parçacık kökenli), orman yangınları ve tarımsal yangınlar, depremler, deniz ve okyanus çalkantıları, biyokütlelerin bozunması(gaz kökenli) hava kirlenmesine yol açabilen doğal olaylardır. Doğal olayların emisyon miktarlarını kestirmek oldukça zordur. Son 150 yıldır(1960 sonrası yaygın), endüstri devriminden bu yana, artan oranlarda toplumsal etkinliklerden atmosfere normalin dışında safsızlıklar ve zararlı gazlar karışmış, böylece endüstri yoğun bölgelerde zararlı maddelerin, atmosferin yere yakın kısımlarında arttığı gözlenmiştir. Bu karışmalar sonucu, doğal dengede ve tüm canlı yaşamı içeren (ekolojik) sistemde etkilerini göstermiş, toprak altı suların kirlenmesine, nehir, su ve denizlerin kirlenmesine, atmosferdeki ozon deliğine, insan, hayvan ve ormanların toplu ölümlerine neden olmuştur. Havaalanları, her türlü motorlu taşıtlar, sanayi kuruluşları, termik santraller, ısıtma ve yakma sistemleri, yerleşim ve arazi bölgeleriyle ilgili topoğrafik ve jeolojik yapıya, meteorolojik koşullara, yakma tekniği ve yakıt kalitesine ve süreçte kullanılan teknolojik yönteme bağlı olarak sürekli hava kirliliği ortaya çıkmaktadır.


PROF.DR.M.EROL

Meteorolojik etkenler arasında, rüzgar, basınç ve hava kütlesinin kararlılığı ya da inversiyon olayı önemlidir. Hava basıncının artması, havanın yoğunluğunun artmasına neden olmakta, yüksek basınç merkezinde havanın dikey hareketi engellenmektedir. Troposferde sıcaklık yükseklikle azalmaktadır. Kararsız hava koşullarında hava kirliliği kolaylıkla dağılmaktadır. Kararlı durumda ise, sıcaklık yükseklikle artmakta, inversiyon olayı ortaya çıkmakta, dikey hava hareketi engellendiğinden kirleticilerin dağılımı olamamaktadır.


PROF.DR.M.EROL

Hava kirletici bileşen emisyonları


PROF.DR.M.EROL

Süreçlerde gözlenen emisyonlar

Ölçümler üç sınıfta incelenmektedir. 1) Atık gaz akımında yapılan emisyon ölçümleri; bacalara delik

açılarak ya da örnek alma yerlerinden gaz örneği çekilir ve analizlenir. 2) Meteorolojik ölçümler; kirleticilerin alıcıya nasıl ve ne kadar

ulaştığının anlaşılabilmesi için gereken bazı meteorolojik ölçümler; rüzgar, bağıl nem, sıcaklık, basınç

3) Dış hava kalitesi (imisyon) ölçümleri; yarı-mikro ve mikro düzeylerde çalışmayı gerektiren, sürekli ölçüm temeline dayalı düzenli ve birkaç günlük süreleri kapsayan veriler dizisi. Uygun grafikler çizilmesini gerektirmektedir.


PROF.DR.M.EROL

Hava Kalitesi Ölçümleri

Tozluluk(partikül madde=PM) ölçümleri Tozlu havanın yapısında, temel eleman olan tanecikler boyutları, irilik sınıflarına göre dağılımı, biçimleri, özgül ağırlık, yoğunluk ve kimyasal yapıları gibi özellikler tanımlanmalıdır. İçerdikleri özel bileşenlerin karakteristikleri ve miktarları da belirlenmelidir. Tozluluğun havadan uzaklaşması, iri parçacıkların stoke bölgesinde (Re < 1) çökelmesi, daha küçük parçacıkların ise yağışla temizlenmesi olayları ile sağlanmaktadır. Toz ölçümünde en basit yöntem kavanoz yöntemidir. Tozlar ağzı açık kavanozlarda ya da kavanoz çevresine dolanmış yapışkan maddeler ile toplanmaktadır. Bu kavanozlar 30 gün açık havada bekletilmektedir. Tozların geri kaçmasını engellemek için içinde bir miktar su bulunmaktadır. Konacak suyun miktarı, alg ve bakteri üremesini engelleyici maddelerin eklenmesi, kuş ve böcek girişini engelleyecek düzenekler v.b. standart yöntemlere göre belirlenmektedir. Bu kavanozdaki suda toplam katı madde miktarı saptanır. Yapışkan kağıt kullanan yöntemde ise, yapışkan maddeleri içeren kağıt haftada


PROF.DR.M.EROL

bir değiştirilmektedir. Ölçümler ayda ya da günde toplanan miktar ve yüzey alanı cinsinden tanımlanmaktadır. Ton/km2-ay ya da g/m2-gün gibi. Bu amaçla, High Volume ya da Hi-vol aygıtlardan da yararlanmak olanaklıdır. Emiş gücü yüksek bir motor içeren sistem, 24 saat boyunca yüzlerce m3 hava geçecek şekilde tasarlanmıştır. Tozlar sistem içinde özel bir filtre ile tutulmaktadır. Belli süreler sonunda, nem ve sıcaklığı ayarlanmış ortamda, koşullandırılmakta ve tartılmaktadır. Daha yeni sistemlerde, basamaklı bir geçiş uygulanarak(kaskat impaktörü) tozlar iriliklerine göre de ayrılabilmektedir. Bazı sistemlerde ise, 10 µm üzerindeki tozları ayıran düzenekler de kullanılmaya başlanmıştır.

Kaskat impaktörü

Askıda partikül maddelerin saptanması için, AISI-şerit örnekleyici ve duman lekesi yöntemleri de kullanılabilmektedir. Bu yöntemlerde beyaz bir filtreden emilirken, tozlar gri-siyah tonlarında değişik koyulukta lekeler bırakmaktadır. Bu lekelerin ışık geçirgenliği uygun bir refraktometre yardımıyla bulunabilmektedir. Buradan toz derişimleri kalibrasyon grafikleri ile hesaplanabilmektedir. Bu amaçla bulanıklık katsayısı COH (coefficient of haze) geliştirilmiştir. Refraktometreden okunan % T (transmittans) ışık geçirgenliği saptanarak aşağıdaki eşitlikten yararlanılabilmektedir.

COH = 100 log 100 / % T


PROF.DR.M.EROL

Buradan bulunan değerlerin, uygun dönüşümler ile, µg/m3 olarak verilmesi daha yaygın bir uygulamadır. Hastane ve elektronik sanayinde “temiz odalarda” kullanılan toz sayaçları (dust counter) tozları iriliklerine göre sınıflandırıp, sayabilmektedir. ____________3.10.07 Gaz Ölçümleri Gaz ölçüm sonuçları 1 atm basınç ve 25 oC de 1 m3 hava içindeki µg ya da ppm olarak saptanmaktadır. Gazlar, adsorpsiyon ya da absorpsiyon yöntemlerinden biri ile ayrılmakta, bunu fiziksel ve /ya da kimyasal süreçler izlemektedir. En kolay absosrpsiyon yöntemi, bir yıkama şişesinde, gaz bileşeni tercihli olarak çözme ya da kimyasal bileşik oluşturma olarak uygulanmaktadır. Şişe boyut ya da biçimleri değişik olabilmektedir. SO2 ölçümü;

SO2 + H2O2 → H2SO4 tepkimesi dikkate alınarak yapılmaktadır. Bu durumda, havadaki SO2 miktarı thorin indikatörü eşliğinde yapılan alkali titrasyonu ile saptanabilmektedir. Bir başka yöntem de, tetrakloromerkürat (TCM) ile SO2 arasıdaki kompleks oluşturma temeline (West-Gaeke Yöntemi) dayanmaktadır. Bu tepkime SO2 ye özgü olduğundan güvenli bir yöntemdir. Bu yöntemlerin yanında, elektronik olarak “sürekli ölçme” yöntemleri de geliştirilmiştir. Bu yöntemler şehirlerde anlık değişimleri izlemek açısından daha yaygındır. Böylece olağan dışı gelişmelerden anında haber almak olanaklı olmaktadır. IR ile adsorbansa dayalı sistemler de bulunmaktadır. Bazı durumlarda da, sorunlu bir baca emisyonunun bileşimi için örnek alınarak GC ile ya da GC-MS ile analiz yapılması gerekebilmektedir. Baca Gazı Ölçümleri Bir bacadan örnek alma özel dikkat gerektirmekte, örnek alınacak noktanın uygun seçilmesi gerekmektedir. Kazan çıkışından en az iki boru çapı uzaklıktan örnek alınmalı; kıvrım, köşe ve ani kesit değişimi olan yerler dikkate alınmalı ve baca ağzına belli bir uzaklıktan örnek alınmalıdır. Örnek alma sırasında örnek alma hızı ile baca içindeki akımın o noktadaki hızının eşit olması


PROF.DR.M.EROL

sağlanmalıdır. Yeni sistemler bu tip sorunları ortadan kaldıran düzenekler içermektedir. Baca gazı debisinin, sıcaklık ve basıncın ölçülmesi bir zorunluluktur. Ölçümlerde adsorpsiyon çözeltileri ya da elektronik düzenekler kullanılmaktadır. Toz ve gaz ölçümleri aynı düzenekle farklı yöntemlerle yapılabilmektedir. Sıvı yakıt yakan işletmelerde bacadan emilen bir miktar atık gaz, temiz bir filtre üzerinden geçirilerek, bıraktığı lekenin rengi ASTM standartlarına göre “Bacharach ölçeğine” göre değerlendirilmektedir. 0 numara beyaz duman, 5 numara siyah duman olarak tanımlanmaktadır. Katı yakıt yakan tesisler için ise, Ringelmann ölçeği kullanılmaktadır. Bu yöntemde, bacadan çıkan dumana belli bir uzaklıktan komparatör ile bakılarak duman siyahlığı saptanmaktadır.

Bu ölçekler, küçük tesisler (katı yakıt 150 kW; sıvı yakıt 2 MW ısıl kapasiteni altında) için uygun olup, büyük tesislerde tozluluk derişiminin belirlenmesi gerekmektedir.


PROF.DR.M.EROL

Yakıtlardan kaynaklanan kirleticiler Yakıt kullanımından kaynaklanan emisyon miktarının toplam emisyonlar içindeki payı önemli bir yer tutmaktadır. Kükürt içeren yakıtlar ile, SOx oluşumu dikkat çekmektedir. Çünkü meteorolojik koşullar ve nem durumuna göre “asit yağmuru” oluşumunda birincil etkili bileşiklerdir. Termik santraller v.b. CO, NOx, HC diğer önemli kirleticilerdir. Motorlu Taşıtlardan kaynaklanan kirleticiler Egsoz gazlarında, kaçak yakıt buharları(HC), kurşun v.b. bileşikler, halojenli bileşikler ve partiküller bulunmaktadır.

Emisyonların İşyeri Atmosferi ve İmisyonlarla İlişkisi İşyeri atmosferi koşulları ve imisyonların emisyonlarla bağlantısı bilinmektedir. Toksik hava kirletici emisyonuna neden olabilecek yeni bir üretim kaynağının kurulması planlanırken, önce bu tesis için izin verilen emisyonların kesin olarak bilinmesi, bu amaçla emisyon hızlarının belirlenmesi ve bu kaynak derişimlerinin, izin verilen ya da kabul edilebilir imisyon (ambient) derişimleriyle karşılaştırılması gerekmektedir. Bu amaçla yapılan bir programlamada, spesifik bir tesisin gerçek emisyonları, bu tesise uygun denetim teknolojileri, yörenin meteorolojik ve topoğrafik durumu ve halkın kirleticilerden etkilenme derecesinin ölçüsü olan nüfus değişim hızı (population pattern) gibi etkenler göz önüne alınarak, bilinen denetim teknolojileri gereksinimine, var olan imisyon yönetmelikleri (regulations) ve standartlarına ve risk durumuna bağlı olarak kabul edilebilir emisyon derişimleri belirlenmektedir. Emisyon derişimlerinin saptanmasına temel olan imisyon derişimleri ise, kirletici maddelerin, öncelikle insan olmak üzere, canlı varlıklar üzerindeki toksik etkilerine bağlı olarak belirlenmektedir. Var olan yönetmelik, yasa ve standartlar dikkate alınarak izin verilebilir kirletici emisyonu ile toksisite arasındaki ilişki saptanmaktadır. Bu noktada bazı hava kirleticiler için, mevcut işyeri havası etkisi düzeyleri uygun biçimde değiştirilerek kullanılabilmektedir. Bu dönüşüm etkeninin saptanmasında; işyerlerinde işciler için genellikle günde 8 saat ve haftada 5 gün (40 saat) olan kirletici ile etkileşim süresinin, halk için günde 24 saat, haftada 7 gün (168 saat) olduğu dikkate alınarak, TLV değeri


PROF.DR.M.EROL

168/40 = 4,4 etkeni ile bölünebilmektedir. Bununla birlikte halk işciler kadar kimyasal ve toksik maddelere dayanıklı olamıyacağından yeni bir emniyet etkeni dikkate alınarak (10) TLV/4,2 değeri TLV/42 olarak basitçe saptanabilmektedir. Aynı biçimde, basit bir dispersiyon modeli kullanılarak emisyon derişimleri ile açık ortam derişim düzeyleri arasındaki ilişki de bulunabilmektedir. Bazı yörelerde, hesaplanan etkenler toksisite ve karsinojen özelliklere bağlı olarak daha büyük değerler seçilebilmektedir. Yaşlılar ve bebekler için durum yeniden dikkate alınmalıdır. Genel olarak, kirleticilerin toksik etki riskleri kanser ile ilişkilidir. Örneğin, bir yerde 1 milyon kişide 4-10 kanser olayı toksik hava kirletici olduğunun bir ölçüsü olabilmektedir. ABD de yapılan araştırmalarda, hava kirleticilerin neden olduğu olayların % 50 ‘sinin motorlu taşıtlar ile ısıtma sistemlerinden kaynaklandığını göstermektedir. Ağır sanayinin payı % 20-25 ‘i geçmemektedir. Şehirlerde en belirgin kirlilik kaynağı motorlu taşıtlardır. Toksik hava kirletici maddenin denetimi konusundaki görüşler;

a) değişik kuruluşların ilgililerinin, ilgi konularının farklılığı, b) kaynakların farklılığı, c) risk saptanması yöntemlerinin yaklaşımların değişikliği, d) atmosferik düzey sınırlarına yaklaşımdaki farklılık, e) monitorlama programlarındaki farklılık, f) teknolojik düzey farklılıkları,

gibi nedenlerle son derece değişkendir. Amaç, insan sağlığını korumak olduğundan, çevre sağlığı önemle durulması gereken bir konu olmaya devam etmektedir. İş ortamının aydınlatılması, ortam sıcaklığı, nem, gürültü, titreşim, toz, iyonizan ışınım, zehirli madde, gaz ve buharlar, yüksek ve alçak atmosferik basınç gibi etkenlerin sağlıklı standartlarının saptanması ve çevresel etkenlerin zararlı etkilerinden korunma, iş verimliliğini etkilemektedir. Koşullara göre uygun çalışma ortamını sağlanması gerekmektedir. Bu amaçla gerek dünya sağlık örgütü gerekse ülkelerin kirletici derişimleri konusudaki standartlarını en uygun biçimde belirlemeleri gerekmektedir.


PROF.DR.M.EROL

Hava Kirletici Sabit Kaynak Emisyonlarının Denetiminde Temel İlkeler Kirletici emisyonu olan bir tesisin çevresel, mühendislik ve ekonomik etkenlerinin incelenmesi gerekmektedir. Çevresel etkenler;

- donamım bölgesi - mevcut alan - çevre koşulları - uygun enerji kaynaklarının varlığı - izin verilebilecek en yüksek emisyon - estetik koşullar - hava kirliği denetim sisteminin atıksu ve toprak kirliliğine katkısı - hava kirliliği denetim sisteminin gürültü düzeyi

Mühendislik etkenleri;

- kirletici karakterestikleri (fiziksel ve kimyasal özellikler, derişim, partikül biçimi, boyut dağılımı)

- gaz akım karakteristikleri(hacimsel akış hızı, sıcaklık, basınç, nem, bileşim, viskozite, yoğunluk, etkinlik, yanabilirlik, koroziflik, toksisite v.b.)

- özel denetim sisteminin tasarım ve performans karakterestikleri Ekonomik etkenler;

- sermaye(donamım, düzen, mühendislik v.b.) - işletim giderleri - donamım ömrü ve kurtarılma değeri

Tüm bu etkenler dikkate alınarak, madde ve enerji kaybını en az yapabilmek için,

a) Hızla gelişen ve değişen teknolojiye, hızlı ve plansız endüstrileşme, yapılaşma ve nüfus artışına paralel olarak, yöresel/bölgesel/uluslararası durum değerlendirme, çevresel etki değerlendirme ve çözüm işlemleriyle, konunun teknik ve ekonomik ayrıntılarının, periyodik (sık) aralıklarla, düzenlenmesi/gözden geçirilmesi,

b) Sorunların (şikayetler, huzursuzluk, hastalık v.b.)net bir şekilde tanımlanması, aydınlatılması, ayrıntılı bir şekilde sınıflandırılarak istatistiksel olarak belgelenmesi,

c) Sorunlara neden olan kaynak/olay/etkinliklerin görünüm, sosyal, teknik, teknolojik, ekonomik ve hukuksal yönlerden tanımlanması, aydınlatılması, sınıflandırılması ve belgelendirilmesi,


PROF.DR.M.EROL

d) Sabit ve hareketli kaynaklardan doğrudan oluşarak emisyon/imisyon ve işyeri ortamlarında sorun yaratan yanma ve yanma dışı kökenli birincil/ikincil bileşenlerin/parametrelerin etkilerinin araştırılması,

e) Spesifik olarak belirlenen, sorunlu bölge/kaynak/süreç/kirletici bileşenlerin titizlikle ve sürekli olarak izlenmesi/ölçümü/analizi

gerekmektedir. Bu amaçla, tesis için bir işlem sırası çizelgesi hazırlanması gerekmektedir. Bazı potansiyel zararlı madde emisyonlarını denetim altında tutmak amacıyla, çeşitli ulusal ve uluslararası yasalarla kısıtlamalar getirilmiş, bu sınır değerlere ulaşabilmek üzere ölçümlerle denetleme ve denetim yöntemleri yanında değişik giderme sistemleri de uygulanmaya konulmuştur. Konvansiyonel ölçüm aygıtları ile denetlenen yakma sistemlerinde, yanmanın modern aygıt ve sistemlerle ölçülüp denetlenmeye başlanmasıyla % 15 ‘e varan bir yakıt tasarrufu sağlanabilmiştir. Ancak, sadece yakma sistemlerinde değil, çeşitli kimyasal süreçlerde ve mekanik işlemlerin (kırma, öğütme v.b.) yapıldığı süreçlerde de hava kirliliği ve süreç kayıplarını en aza indirmek üzere, uygun ve duyarlı ölçüm düzenekleri kullanarak sürekli ya da kesikli ölçümlerle (derişim, sıcaklık, basınç, nem, debi v.b.) denetim yapılmasının etkinliği açıktır. Ölçümlerin optimizasyonu ile verim artışı sağlanması beklenmelidir. Ölçümler, var olan süreç koşullarında kirleticilerin gerekli sınırlarda tutulamadığını gösterdiği takdirde, sürecin yenilenmesi ya da sisteme bir ek giderme biriminin eklenmesi gerekmekte olduğu açıktır. Ancak, her zaman yenileme ya da eklemelerin daima olumlu sonuçlar sağlayabileceği düşünülmemelidir. Bugün, artık giderme sistemleri ve filtreler kullanılarak ve yakma sistemleri yenilenip düzenlenerek özellikle toz, SO2 ve CO miktarlarında önemli oranda düşüşler sağlanabilmektedir. Az kükürt içeren yakıt kullanmak, atık gazın “su-Ca(OH)2 süspansiyonu” ile yıkanması işlemlerinin en az % 20 SO2 azalmasını sağladığı bilinmektedir. Bu önlemlere rağmen, atmosferde toplam asidik gaz bileşimlerinde ve bazik toz miktarlarında artış gözlenmesi, bu nitelikteki bazı kirleticilerin artan oranda atmosfere salındığını göstermektedir. NOx salınımlarındaki artışın, motorlu taşıt sayısının artışı, kuvvet santralleri ile ısıtma merkezlerinin sayısının ve kapasitelerinin artmasıyla ilişkili olduğu saptanmıştır. NOx giderilmesi en sorunlu atık gaz temizlenmesi işlemidir. Bu konuda araştırmalar devam etmektedir.


PROF.DR.M.EROL

Yasalar kuvvet santralleri için, düşük sınır değerleri önermektedir. Bu yüzden özellikle SO2 ve NOx giderimi için kuru/yaş arıtım sistemlerinin etkin olması gerekmektedir. Bugün uygulamada olan yöntemler, bu gazlar yanında, CO, halojenler ve hidrokarbonların da eş zamanlı giderilmesine olanak vermektedir. Ancak, hepsini birden sınır değerlerde tutabilmek her koşulda olanaklı değildir. __1.ara sınav_____________________________________________________

Ölçüm Süreci ve Emisyon Kaynaklarında Ölçüm

Ölçüm işlemi, örnekleme, örnek toplama, örnek ön işleme(temizleme, ayırma, deriştirme), örnek işleme, analiz ve veri değerlendirme aşamaların tümünü kapsayan önemli bir süreçtir. Bir ölçüm sistemi, küçük ölçekli bir endüstriyel tesis gibi tasarlanabilmektedir. Bu durumda, hava kirliliği için ölçüm işlemi, bir tasarım/modelleme/simülasyon sürecidir. Model ile gerçek sistem arasındaki fark, kütle ve enerji akımlarına karşı çıkan dirençler arasındaki büyük farktır. Bu nedenle teknik ve ekonomik organizasyon önem taşımaktadır. Gaz, partikül ve aerosol biçimindeki hava kirletici bileşenlerin güvenli ölçümünde dikkate alınması gereken karakteristik özellikler, önem sırasına göre, gazın akış hızı, sıcaklığı ve bileşimidir. Kontrol amaçlı ölçümlerde temel olan doğruluktur. Gaz akımının geçtiği kanal ya da bacanın boyutları, sıcaklığı, basınç farkı, gaz bileşimi ve çiğlenme noktası sonuçları doğrudan etkileyen parametrelerdir. Çiğ noktasının altında bulunan korozif gazlar bağlantı elemanlarında, sürecin kendisinde ve/ya da birimlerinde korozyona eğilim yüksektir. Gaz miktarının belirlenmesi, denetim, verimlilik ve optimizasyon açısından önemlidir. Çevre sağlığı ve sosyal yaşama etkileri açısından uygun akım ölçüm yöntemlerinin seçilmesi momentum eşitliklerinin kurulabilmesi açısından gerekli olmaktadır. Normal çalışma koşullarında ölçüm teknikleri çok sayıda iken; yüksek sıcaklıklarda ölçüm tekniği sayısı sınırlı sayıda olabilmektedir. Bugün, çok değişik analiz sistemleri ile ölçüm yapmak olanaklıdır. Derişim ölçülerinde fiziksel, kimyasal, analitik ve enstrumental analiz yöntemleri ve değişik temellere dayalı sürekli ya da kesikli analiz teknikleri bulunmaktadır. Sürekli analiz yöntemlerinde, örnek toplama, analiz ve değerlendirme aynı sistem ile yapılabilmektedir. Bu yöntemlerde, güvenilirlik, sağlamlık ve dayanıklılık en temel etkenlerdir. Duyarlık, spesifiklik ve doğruluk ölçütleri ölçümlerin güvenilirlikleri için önemlidir. İşletme koşullarının zorlu olduğu,


PROF.DR.M.EROL

durgun kaynaklar için denetim, tamir ve bakım için zaman darlığı olduğundan güvenilirlik daha az olarak varsayılabilmektedir. Sürekli aletli gözlemlerde, incelenecek parametrelerin ve her parametre için özgün test yöntemlerinin seçilmesi bir zorunluluktur. Veri sıklığına, insan gücüne ve ulaşılabilirliğe bağlı olarak, bu tür cihazların denetiminde uzun süre biri bulunmadan çalışabilmesi gerekmektedir. Bununla birlikte bu tür cihazlar için ideal koşullardan çok, en iyi koşulların saptanması ve kullanılması gerekmektedir. İdeal bir aletli ölçüm düzeneğinde;

a) Dedektör spesifik olmalı, girişim sorunu olmamalı, incelenen bileşen net olarak ölçülebilmelidir. Birden çok parametre ölçen cihazlar tercih edilmelidir.

b) Nitel ve nicel analiz yapılabilmelidir. c) Ölçüm hızlı yapılabilmeli, cevap süresi kısa olmalıdır. Tepkime

ortamlarında yapışan ölçümler zamana bağlı olacağından bu yöntem kullanılmamalıdır.

d) Emisyon sınır değerlerinin denetlenmesinde düşük derişimler(yüksek duyarlık) de sorunsuz ölçülebilmelidir.

e) Okumaların yapıldığı anda, kayıt da alınabilmelidir. Böylece veri-işlem birimlerinde dönemlik kayıtlar toplanabilmelidir.

f) Cihaz ile birlikte örnekleme sistemi de bulunmalıdır. g) Kalibrasyon sorunu olmamalı, hem laboratuvar hem de sahada aynı

duyarlıkla çalışılabilmelidir. İç kalibrasyon tercih edilmelidir. h) Dayanıklı ve güvenilir bir sisteme sahip olmalıdır. i) Gerçekte ya da görünürde analiz sistemi maliyet açısından üstün

olmalıdır. Tüm ölçüm sistemlerinde, (kesikli, yarı-kesikli ya da elle denetimli) örnek toplanması ve analiz ayrı kısımlar halinde yapılmalıdır. Genellikle örnek toplamada mekanik yöntemler (gaz yıkama şişeleri gibi) kullanılmalıdır. Dedektör tüplerinin kullanımına dayalı yarı-nicel elle yönetilen yöntemler de bulunmaktadır. Nitel olarak, madde türü ve yapı analizi yapılmış örneklere nicel yöntemler uygulanmalıdır. Kimyasal süreç endüstrilerinde kullanılan tekniklerden esinlenerek geliştirilen kimyasal yöntemlerde, gazın uygun bir ortamda tuzaklanmasını izleyen, kimyasal/elektrokimyasal analiz yöntemi kullanılmaktadır. Bu tür yöntemlerde, ölçülecek gazın asiditesi, oksitlenme ve indirgenme kapasitesi gibi etkin özellikler dikkate alınacağından ölçümlerde girişim olasılığı yüksektir. Havada bulunan partikül madde (fiziksel safsızlık) de bu yöntemlerle yapılan ölçümleri


PROF.DR.M.EROL

etkilemektedir. Girişim yapabilecek bu tür maddelerin önceden uzaklaştırılmasında yarar bulunmaktadır. Fiziksel yöntemlerde, doğrudan kirletici bileşenin ya da bu maddenin türevinin fiziksel ya da optik bir özelliği ölçülmektedir. Bazı durumlarda kromatografik ayırma gerekli olabilmektedir. Optik ölçüm yöntemlerinde elektromanyetik spektrum aralığı dikkate alınmalıdır. Kimyasal yöntemlere dayalı gaz analizlerinde, örneğin deriştirilmesi gerekebilmektedir. Örneği, hava, bir absorpsiyon ortamı ya da filtre kağıdı gibi bir tuzaklama ortamından geçirilmektedir. Zaman, akım hızı, absorplayıcı hacmi gibi parametrelerin seçiminde, kirleticinin olası derişim ve zaman aralıkları, ortamın tutma verimi ve analitik yöntemin sınırlanmaları dikkate alınmalıdır. Derişim artışının yapılması gerektiğinde, kirletici derişimlerinin sürekli gerçek-zaman ölçümleri kullanılmamalıdır. Fiziksel ya da elektrokimyasal yöntemler, daha geniş çaplı uygulama yeteneğine sahiptirler. Modern ölçüm sistemlerinde deriştirme işlemi yapılmasına gerek olmayacak düzenlemeler uygulanabilmektedir. Kirlilik içeren gaz örnekleri toplandığında, GC ile analiz yapılması daha uygundur. Ancak, madde kaybı riski bulunduğundan düşük derişimli gazların (SO2, NOx gibi)GC ile ölçümleri için uygun bir işlem değildir. Ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesinde kayıt edilmesi gereken bazı ölçütler aşağıda özetlenmiştir; ** Tesisin anma ısıl gücü, meteorolojik koşullar, tesis tasarımı ile ilgili bilgiler, tesis inşası ile ilgili bilgiler *Tesis tasarımında; mevcut birimler(kazan dairesi, fırın, banyolar v.b. gibi), üniteler(markası, tipi, görevi, işlevi, rejimler ve süreleri, işlem süresi, hammaddeler[cinsi, türü, özellikleri, üretim hızı, üretim sırası, alınmış tedbirler, fan, filtre, siklon v.b.] ve sayısı da dikkate alınmalıdır. 10.10.2007


PROF.DR.M.EROL

ÖRNEKLEME SÜRECİ ve YÖNTEMLERİ

Doğanın korunmasında en etkili işlem sürekli örnek alınarak nitel ve nicel analiz yapılması, sonuçların değerlendirilmesi ve gerektiğinde önlem alınmasının sağlanmasıdır. Bu işlemlerin tümü maliyeti olan zaman alıcı işlemlerdir. Bu durumda çevrenin kirletilmemesi en akılcı yoldur. Ancak, teknik olarak bu olanaksızdır. Bazı ölçümlerin yerinde (in-situ) anlık yapılması olanaklıdır. Bununla birlikte, çok değişken nitelik ve nicelik taşıyan kirletici içeren gaz karışımlarının kaynağında, önce kesikli ya da sürekli biçimde dikkatli bir örnekleme yapılması ve olası girişim etkilerini, bulaşmaları ve yoğunlaşmayı önlemek için, örneklenen gaz karışımının ön işlenmesi ve deriştirilmesi ve sonra bu örneği oluşturan temel bileşenlerin uygun fakat en pratik, hızlı ve ekonomik yöntemlerle kesikli ya da sürekli biçimde, yerinde ya da taşındıkları ayrı bir laboratuvarda nitel ve nicel miktarlarının saptanması gerekmektedir. Hızlı, basit fakat zararlı ve toksik maddeleri içermeyen eksik bir analiz, tehlikeli durumlara ve belki de yasal sorunlara yol açabilmektedir. Bu nedenle her ölçüm için gerekçenin iyi saptanması ve uygun örnekleme ve ölçüm yöntemlerinin seçilmesi gerekmektedir. Ancak, hava kalitesinin korunması ve denetimi amacıyla ölçülmesi gereken parametrelerin çeşitliliği kadar, ilgili örnekleme ve ölçme yöntemleri de

a) Yürürlükte bulunan uluslar arası/ulusal/bölgesel/işlemsel yasal kısıtlamalara ve standartlara;

b) Örneğin bulunduğu ortam ve koşullara(işyeri atmosferi/baca/egsoz; dış atmosfer; topoğrafik durum ve meteorolojik koşullar; rüzgar ve inversiyon durumları; sıcaklık; basınç; nem ve debi) ve

c) Örneği oluşturan bileşenlerin niteliklerine (gaz, partikül, organik, inorganik v.b.), etkilerine (insan, hayvan, bitki, eşya ve doğa üzerine etkiler, fotokimyasal duman ve sera etkileri, ozon tabakasına etkiler, korozif, kanserojen, alerjik v.b. etkiler), derişimlerine ve girişim olanaklarına

bağlı olarak önemli farklılık ve çeşitlilik göstermektedir. Tüm bu değişik etkiler dikkate alındığında, teknik ve yöntemler arasında en uygun seçimin yapılabilmesi, sistematik bir programlama ile olanaklıdır. Örnekleme yapılacak noktada yeterli ön bilgi ve veri varsa, örnekleme ve analiz yapılması oldukça kolaydır. Kütle ve enerji denklikleri ile hesaplama yardımıyla, örnekleme ve analizler desteklenebilmektedir. Hammadde yapısı,


PROF.DR.M.EROL

miktarı ve işletme koşulları bilinmekte ise, yararlı sonuçlara ulaşmak son derece kolay olmaktadır. Yeterli ön bilgi ve veri yoksa, bir planlama yapılması yararlı olacaktır.

a) İncelenecek bölgenin kirlenme potansiyeli açısından seçim gerekçesi b) Emisyon süreçlerinin, süreç düzeneklerinin ve hammaddelerin tanınması;

özelliklerinin ve işletme koşullarının saptanması; kirletme potansiyeli olan süreçlerin elenmesi;

c) Potansiyel emisyon kaynaklarının ve sınıflarının belirlenmesi; d) Kaynakta ölçüm ve örnekleme sürecinin usulüne uygun biçimde

yapılması. Bu işlemler sırasında bazı konular(ÇED, İstatistik veriler, bölgede var olan özel uygulamalar v.b.) inceleme dışında bırakılmalıdır. Örnekleme yapılacak yerin hazırlanması ve örnekleme noktalarının seçimi Örnekleme yapılacak yerde, 15-45 m yükseklikte, en az iki kişinin ve kullanılacak alet ve düzeneklerin rahatlıkla konabileceği bir platform bulunmalıdır. Bu platformda, zararlı gaz etkilerinden korunma, patlama riskinin önlenmesine yönelik düzenekler gibi kaza olasılıkları, yalıtımsız bacalarda da kızgın duvardan yanma olasılığı dikkate alınmalıdır. Gerekli durumlarda uygun koruyucu giysilerin sağlanması gerekmektedir. Yaz aylarında çalışanların su kaybı olasılığına karşı gerekli önlemler alınmalıdır. Emisyon kaynağında seçilen örnekleme bölgesinde, tüm örneklerin alındığı noktanın , akıştaki uniformluğun bozulmasına neden olan noktalardan yeterince uzakta olması gerekmektedir. Çoğunlukla, birbirine dik olan iki noktadan örnek alınması en uygun biçim olmaktadır. İdeal olarak, örnekleme noktası sayısı 12 ‘dir. Çapı ve yüksekliği çok fazla olmayan bacalarda, değişik koşullara bağlı olarak, bu sayı bazı etkenler ile çarpılarak belirlenebilmektedir. Bu etkenler, kanal kesit biçimi, yatışkın olup olmaması, dirsek, vana, daralma, ölçüm düzenekleri gibi sıralanabilmektedir. Teknikte sürece bağlı olarak tüm bu işlemler bir kurallar dizisine bağlanmaktadır. Temel Kaynak Özelliklerinin saptanması Örneklemenin yapıldığı noktada, gaz ve toz şeklindeki kirletici bileşenler yanında baca gazının sıcaklığı, basıncı, debisi, nemi ve özellikle yanmanın olduğu kaynaklarda CO2, O2 ve CO derişimleri (orsat) gibi temel fiziksel ve


PROF.DR.M.EROL

kimyasal özelliklerin ve rejime bağlı değişimlerin de mutlaka belirlenmesi gerekmektedir.

a) Sıcaklık ölçümü ; baca gazında 400 oC ye kadar olan sıcaklıklar cıvalı termometre ile, daha yüksek sıcaklıklar ise ısılçift ve termistör kullanılarak ölçülmektedir.

b) Basınç ölçümü; baca içinde pitot tüpü ile ölçülen statik basınç, baca gazı hızının hesaplanmasında; barometre ile kaydedilen basınç ise basınç düzeltilmesi yapılması için gerekmektedir.

c) Debi ölçümü; pitot tüpü ile saptanan basınç farkları yardımıyla aşağıdaki bağıntıdan hesaplanmaktadır.

( ) ( )ss p p ort

s

T ortv ort K C PP Ms

= ∆

Bu ortalama hız değeri ise, gerçek ve standart koşullarda baca gazının hacımsal debisinin hesaplanmasında kullanılmaktadır.

3600( )s ortQs v As=

2733600(1 )( )( ) 1,01

ss ort

s

PQstd Bwo v AsT ort b

= −

Hacımsal debinin bilinmesi, kirleticilerin ölçülen derişimlerinin kütlesel

emisyon hızlarına dönüştürülmesini sağlamaktadır.

s sM Qstd C=

Bu emisyon hızları, gerektiğinde emisyon etkenlerine de dönüştürülerek, kapasiteleri farklı benzer endüstriyel tesisler arasında kirletici emisyon potansiyeli açısından bir karşılaştırma yapılmasının sağlamaktadır.

Hacımsal akış hızlarının ölçülmesinde, aşağıdaki gibi, değişik teknikler

bulunmaktadır. i) Kesikli elle yönetilen yöntemler; bir hava kirletici emisyon bileşeninin kütlesel akım hızı, örneğin bulunduğu koşullarda ölçülen hacımsal akış hızı ve bu spesifik bileşenin derişimi yardımıyla hesaplanmaktadır. Bu nedenle baca gazının çizgisel hızının ölçülmesi ve bulunan değerein kanal kesit alanı ile çarpılması gerekmektedir. Çizgisel gaz hızları, gaz yoğunluğu da dikkate alınarak pitot tüpü ölçümlerinden hesaplanmaktadır. 2 m/s den düşük hızların


PROF.DR.M.EROL

pitot tüpü yerine, anenometre ile yapılması daha doğru sonuç vermektedir. Atık gaz yoğunluğunun hesaplanmasında, ölçüm anında ortam basıncının, etkin basıncın(ölçümün yapıldığı noktada kanaldaki basınçla ortam basıncı arasındaki fark), ortalama gaz sıcaklığının ve atık gaz bileşimini de bilinmesi gerekmektedir. ii) Sürekli yöntemler;

I) Ortalama bulan pitotlar, çok sayıda çarpma musluğu içermektedir. Bu sistem, dairesel kesitli bir tüp içerisinde sırt-sırta yerleştirilmiş D-şeklinde kesitli iki tüpten oluşmaktadır. Prob kanala akışa dik yönde sokulmaktadır. Her iki tüpte de bir seri basınç algılayıcı başlıklar bulunmaktadır. Akım hızıyla orantılı olan diferansiyel basınç bir transducer yardımıyla ölçülebilmektedir. Transducer, pnömatik ya da elektronik olarak seçilebilmektedir. Yeni tip sistemlerde doğruluk biraz daha kesin olarak hesaplanabilmektedir.

II) Isıl dispersiyon akım ölçerleri, iki termistörden oluşan bir sensör bulunmaktadır. Bunlardan biri tercihan referans görevi yapmakta, gaz akışına dik yönde yerleştirilen prob ise diğer termistörü içermektedir. İki termistör arasındaki sıcaklık farkı, akım olmadığında en yüksek olup, gaz akışı ile birlikte azalmaya başlar. Bu sistemde sıcaklık farkı elektronik olarak bir sinyal çıktısına dönüştürüldüğüne güvenilir sonuçlar elde edilebilmektedir. Bu sitemde, gerçek sıcaklık farklarını ölçmek daha kolay tasarlanabilmektedir.

III) Pnömatik köprülü akım ölçerler, ucunda iki delik olan ve gazla sürekli yıkanan bir prob kanala akışa dik yönde yerleştirilmektedir. Gaz sistemden sürekli biçimde akarak her iki delikten dışarı çıkar. Pnönatik köprü tüpünün bir kısmı ısıtılır. Tüp çeperi boyunca oluşan sıcaklık farkları, akım dışında bulunan termoelektrik sensörlerle ölçülür. Akım varlığında prob ucunda basınç farkı ortaya çıkar, köprü dengesi bozulur, oluşan sıcaklık farkı termoelektrik sensörlerle ölçülerek akım hızı ile ilişkilendirilir. Kalibrasyon gaz yoğunluğu ve hız profili ile ilişkilidir. Uygun düzenekler ile doğrudan ölçüm yapmak olanaklıdır.

IV) Girdap gölgeleme (vortex shedding)akış ölçerleri, akış çapı boyunca hareket eden bir çubuk türbülans oluşturacak biçimde tasarlanmıştır. Oluşturulan girdap sayısı akış hızı ile doğru orantılıdır. Girdap sıklığı matematiksel olarak,

F = S V / D

Eşitliği ile tanımlanabilmektedir. Girdap sıklığını ölçmek için,


PROF.DR.M.EROL

ultrasonik ışın algılama daha üstün bir yöntemdir. Işın girdaplarla bozulması akış hızı ile doğrusal bir ilişki yaratmaktadır.

V) Ultrasonik akış ölçerler, iki ultrasonik transducer ile gaz hızlarını doğrudan ölçmek olanaıklıdır.

d) Nem ölçümü; yoğunlaştırma, adsorplama ya da ıslak/kuru hazne

sıcaklıkları yöntemleri ile yapılabilmektedir. Baca gazı nem içeriği, kuru ve yaş termometre sıcaklıkları ölçülüp psikometrik çizelge ya da diyagramlardan okuma yapılarak bulunabilmektedir.

Islak/kuru hazne sıcaklıkları yönteminde, kanaldaki atık gazdan belirli bir hacım ekstrakte edilip, benzer iki termometre ile temasa getirilmektedir. Biri doğrudan gazla temas etmekte, diğeri ıslak bir bez içeren hazne ile temas halinde olmaktadır. Bu haznedeki nemin buharlaşmasından kaynaklanan soğuma etkisiyle iki termometrenin sıcaklıkları arasında fark ortaya çıkar. Bir diyagram yardımıyla ve diğer parametreler dikkate alınarak atık gaz su buharı içeriği hesaplanabilir. Atık gaz sıcaklığının 150 oC den fazla olmadığı durumlar için uygun bir yöntemdir. Kütle denkliği hesaplamaları ile de nem miktarını hesaplamak olanaklıdır. Ağırlık oranı cinsinden tanımlanan nem (W), mol ya da hacım oranları (Φ)cinsinden de verilebilmektedir.

2

28,8 / 218,0 /

kg kmol kuru havakg kmol H O

kg H OWkg kuru hava

Φ =

Amagat yasası uyarınca gaz karışımlarında mol ve hacım yüzdeleri eşdeğer olduğundan


PROF.DR.M.EROL

32 2

3(1,6)( ) (1,6)( )kmol H O m H OW Wkmol kuru hava m kuru hava

Φ = =

yazılabilmektedir. Baca gazının nem içeriği, hacım kesri cinsinden

1,01,0 1,6

WBwoW

=+

biçiminde de yazılabilmektedir. Nem tayininde kullanılan bir başka yöntem de, toplanan hava örneğindeki su buharının, buzla soğutulan bir yoğuşturucudan geçirilerek ya da sıvı azot ya da başka soğutucu ajanlarla yoğunlaştırılıp hacminin ölçülmesine ve standart koşullardaki eşdeğer hacme dönüştürülmesine dayanmaktadır.

2

2

H Ow c

H O

P RTV VM P

=

3

3

(1,35 / )(1,35 / )

m L VcBwom L Vc Vm

=+

Adsorsiyon yoluyla nem gidermede, silikajel, kalsiyum klorür, mağnezyum perklorat ya da fosfor pentaoksit gibi maddeler kullanılabilmektedir.

e) Orsat analizi; yanma gazlarındaki CO, CO2 ve O2 miktarları ile ek bir düzenekle H2 miktarı saptanabilmektedir. Sistem kesikli bir yöntemdir. Gazların uygun çözücülerde tutulması sonucu ortaya çıkan hacim azalmasının saptanmasına dayanmaktadır. Kimyasal tepkimeli bir gaz absorpsiyonu olayı gerçekleşmektedir. Hava azotu farktan hesaplanabilmektedir. Orsat analiz sonuçları yanma verimini etkileyen temel etkenlerin ve kuru baca gazının molekül ağırlığının hesabında özel önem taşımaktadır. Yanmadan oluşan baca gazının ortalama molekül ağırlığı

MD = (0,44)(% CO2) + (0,28)(% CO) + (0,32)(% O2) + 0,28(% N2)

eşitliğinden hesaplanabilmektedir.


PROF.DR.M.EROL

Bir orsat düzeneği (Şekil 2.11 gibi) , 0-100 ml kapasiteli, dereceli, cam gaz büreti ile her biri muslukla bu bürete bağlı camdan yapılma absorpsiyon şişelerinden oluşmaktadır. Absorpsiyon şişeleri içinde bulunan cam borular temas yüzeyini arttırılması için konmuştur. Bürette metil kırmızısı ile renklendirilmiş % 20 - 25 NaCl ya da Na2SO4 içeren sulu çözelti bulunmaktadır. Bu tuzlar gazların büreteki suya absorplanmasını engellemektedir. Bürete alınan belli hacimdeki gaz sıra ile şişelere gönderilerek absorplanan gaz hacimleri ölçülmektedir. Okumalar birkaç kez gaz gönderilerek büret hacminde değişim gözlenmeyene kadar sürdürülmektedir. Tayin sonuçları, dereceli hazırlanmış büret yardımıyla, hacimsel % olarak hesaplanmaktadır. Absorpsiyon şişelerinde, CO2 için, % 36 ‘lık KOH (NaOH ya da Ba(OH)2 ‘de kullanılabilmektedir)çözeltisi;

2 KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

O2 için 40 g pirogallol + 90 ml su + 70 ml KOH içeren çözelti (pirogallol yerine Na2S2O4; sarı fosfor, krom II klorür çöz., amonyaklı bakır(I)klorür çöz. de kullanılabilmektedir); CO için bakır-I klorür çözeltisi (ya da insan ya da hayvan kanı; bakır_I sülfat çözeltisi; haolamid; ponza taşı; I2O2, sülfürik asit ve Hopcalite) kullanılması uygun olmaktadır. Bakır çözeltisine katılan % 0,1 - 2 SnCl2, çözeltinin absorplama yeteneğini arttırmaktadır.

Cu2Cl2 + 2CO ⇔ Cu2Cl2.2CO


PROF.DR.M.EROL

Hacımca % olarak saptanan gaz derişimleri (25 oC; 1 atm ; STP);

CO2 (ppm) = % CO2x104 CO2 (ppm) = CO2 (µg/m3) / 1800

O2 (ppm) = % O2x104 O2 (ppm) = O2 (µg/m3) / 1309

CO (ppm) = % COx104 CO (ppm) = CO (µg/m3) / 1150

eşitlikleri yardımıyla ppm ya da µg/m3 birimleri cinsinden de gösterilebilmektedir.

Örneklemede Genel Kurallar; işlem aşamaları ve düzenek parçaları Örnek almada kullanılan düzeneklerin, yönteme bağlı olarak, parça, sayı ve özellikleri değişiklik göstermektedir.


PROF.DR.M.EROL

Örnekleme yöntemine bağlı olarak, yukarıdaki şekilde gösterilenlerden uygun olanlarının kullanılması gerekmektedir. Uygun bir vakum kaynağı aracılığı ile belirli bir hızda emilen örnek, önce temizleme ve ön işlem basamağından geçerek, filtrasyon, nem giderme, kurutma ve su buharı ile doyurma gibi işlemler ile koşullandırılmaktadır. Bu aşamalara, gerekli durumlarda kimyasal dönüştürme de uygulanabilmektedir. Amaç, girişim yapabilecek kirleticilerin giderilmesidir. Bu işlemlerden sonra örnek biriktirilmeli ve deriştirme yapılmalıdır. Bundan sonra, akış hızı, sıcaklığı, basıncı ve nemi ölçülen örnek nicel analiz için hazır olmaktadır. Gaz örneğinin alındığı noktada, gaz akım rejiminin düzgün olduğundan emin olunmalı, bölgeye yakın noktalarda akım rejimini bozabilecek bir engel (dirsek, eklenti, flanş v.b. bağlantı elemanı, akış ölçer gibi), bulunmamalıdır. Örnek almada dikkat edilmesi gereken noktalar;

1) Örnek alma uçları ve boruları; et kalınlığı az ve bacadaki akış rejimini az etkileyen borular seçilmeli; boru ucu akış hızına paralel ve zıt yönde yerleştirilmelidir.

2) Emiş hızı ve ayarı; emilen gaz ana gaz akımını temsil etmelidir. Emiş hızı, emme sondası ucundaki hız kanalındaki gaz hızına eşit olacak biçimde ayarlanmalı ve izokinetik örnekleme yapılmalıdır. Filtre tıkandığında, azalan debi, vakum pompasındaki bir yan bağlantı ile ilk konumuna getirilmelidir. Baca kanalında hız değişimi varsa, emiş hızının bu değişime göre ayarlanması gerekmektedir. Gerekli olduğunda, kısa süreli örnek alınması ya da yüksek hızlı örnekleme de yapılabilmelidir.

3) Örnek miktarı; sonradan yapılacak analiz ve ölçümler için yeterli olmalıdır. Örnek alma sistemine giren toplam gaz hacmi mutlaka bilinmelidir. Genel olarak, yapılacak analiz ve ölçümlere göre değişmekle birlikte, en az standart koşullarda (STP) baca gazı için 3 litre, partiküller için 30 m3 ‘tür. Açık atmosferde ise en az 480 m3 örnek alınmalıdır. Toplam gaz hacmi uygun bir düzenekle, tercihan hacim ölçerler ile, saptanmalıdır. Ölçülen değerlerin standart değerlere dönüştürülmesine kolaylık olması açısından, aynı anda, sıcaklık ve basınç değerleri de ölçülmelidir.


PROF.DR.M.EROL

4) Isıtma ve soğutma; örnek alma sırasında kaynak ile katı parçacıkların tutunduğu kısım arasında kalan bölümde yoğuşmayı önleyecek sıcaklık denetimi yapılmalıdır. Çok nemli gaz akımlarında emiş borusu ve filtre kısmında ısıtma yapılaması gerekmektedir. Bununla birlikte, gaz tutma birimine bir soğutucu eklenmesi, gaz bileşenlerin tutulma veriminin doğru saptanması için önemlidir.

5) Verim ve Girişim; örnekleme sürecinin tutma/toplama/dönüştürme/deriştirme aşamalarında kullanılan teknikler; partikül/aerosol ve gaz/buhar şeklindeki maddeler için değişiklik göstermektedir.

a) Partikül ve aerosollerin toplanması; katı parçacık

tutucusunun verimi yüksek olmalı, toplanan partiküllerde boyut, boyut dağılımı, özelik, miktar ve özel bileşen tayinleri (fiziksel, kimyasal, biyolojik analizler) yapılabilmelidir. Tutulan tozlar kayıpsız geri kazanılabilmelidir. Bu amaçla gerekli düzenek sisteme doğru olarak konmalıdır. Genel olarak, kağıt, fiber-glass, cam, bez, PTFE ve membran gibi değişik filtre ve düzenekler kullanılmaktadır.

I) Filtre ortamları, uygun bir tutucu seçilmelidir. Filtreler amaca uygun biçimde numaralandırılmalıdır. Yakalama, difüzyon, çökelme ve elektrostatik çekim süreçlerinin uygun biçimlerde dengelenmesi gerekmektedir. Bu ilişki karmaşık olup, üreticiler tarafından özel diyagramlar ile verilmektedir. Bunun yanında, filtre gözenek seçimi özel bir önem taşımaktadır. A) Selüloz filtreler, hava kirliliği düzenli

ölçümlerinde en yaygın kullanılan türdür. Kağıt üzerine toplanan partikül yoğunluğu, gravimetrik ya da ışık yansıtma özelliği kullanılarak belirlenmektedir. Whatman No.4 marka bu iş için en uygundur. Genellikle, toz derişimine bağlı olarak seçim yapılması gerekmektedir. Bu filtreler ile, gravimetrik yakma ya da alev fotometresi incelemesi yapıldığında, selüloz yapısı ve gözenek boyutuna bağlı olarak, doğruluk derecesi biraz düşüktür.


PROF.DR.M.EROL

B) Fiber Glass filtreler, 800 oC ye dayanıklıdır. Bununla birlikte hava akımına daha az direnç göstermektedir. Yapıları gereği yüzeylerinde daha fazla partikül toplandığından, daha koyu renk oluşturmaktadır. Selüloz filtrelere göre 2,5 kat daha fazla partikül toplanabilmektedir. Kırılgan olmaları bir dezavantajdır. Gravimetrik tayinler için çok iyi saklanmalıdır. Boş filtre yapısı da dikkate alınmalıdır. Bu filtreler yüksek hacımlı örnekleyiclerde tercih edilmektedir. Eser element düzeyinin yüksek olması ve kalıntı oluşumu en büyük engeldir.

C) Membran ve nuclepore filtreler, diğer tür filtrelerin uygun olmadığı, mikroskobik çalışma gerektiren partiküller için tercih edilmektedir. Bununla birlikte bu filtrelerin akıma karşı dirençleri yüksektir ve bükülmeye dayanımları düşüktür. Polikarbonat nuclepore filtrelerde sabit boyutlu gözenek oluşumu vardır. Membran filtreler, diğer türlerden daha etkin ve dayanıklıdır. Elektron mikroskoplarında özel olarak incelenebilir olmaları önemli bir üstünlükleridir. Yapısal safsızlık oranı ve kül içerikleri çok azdır. Teflon filtreler pahalı olmalarına rağmen, kimyasal açıdan inert ve etkinlikleri nedeniyle tercih edilmektedir.

II) Kaskat ayırıcılar, partiküllerin fiziksel çaplarından çok aerodinamik özelliklerini dikkate alan ve boyutlarına göre ayrılmasını sağlayan bir sistemdir. Partiküllerin aerodianmik çarpışma özellikleri, yoğunluklarına ve şekillerine bağlı olarak değişmektedir. Ancak, fiziksel boyutlara göre tam bir homojen dağılım gözlenmemektedir. Bu nedenle her basamak için ayrı aerodinamik çap tanımlanmaktadır. Anderson örnekleyici tipi en yaygın türdür. Yedi adet çarpma basamağı içermektedir. İlk üç basamak açıklığı 360 in(914 cm) iken, diğerleri 400 in (1016 cm) ‘dir. Her bir açıklığın altında


PROF.DR.M.EROL

bulunan tepsilerde düşen partiküller toplanmaktadır. Sisteme 1 ft3/dak hızla giren havanın etkin hızı her bir basamaktan geçerken artmaktadır. Bu nedenle, iri partiküller üst tepsilerde, küçük olanlar alt tepsilerde toplanmaktadır. Yüksek hacımlı ayırma sağlayan kaskat sistemler de bulunmaktadır.

b) Gaz ve buharların toplanması; tayini yapılacak bileşenin diğerlerinden ayrı olarak saptanmasında absorpsiyon, adsorpsiyon, soğutarak yoğunlaştırma ve/ya da katalitik olan ya da olmayan tepkimelerle başka bileşiklere dönüştürme tekniklerinden uygun olanı kullanılmalıdır.

6) Kaçaklar; sistemden örnek alınırken herhangi bir kaçak olmaması sağlanmalıdır. Örnekleme hattı olabildiğince kısa olmalıdır.

7) Malzemelerle etkileşim; örneklemede kullanılan ekipman, eleman, boru ve malzemeler arasında korozyon ya da benzeri kimyasal tepkimeler olmamalıdır. Örneğin, bir yağlayıcı kullanılmaması gibi. Kullanılan sistemde, temizlik koşullarına titizlikle uyulması gerekmektedir. Düzenli temizlik ve bakım için gerekli işlemler aksatılmamalıdır.

8) Diğer konular; sistem elektrostatik olarak yüklenmemeli, kolay taşınır ve kolay temizlenir olmalı, ışığa duyarlı bileşenler, çözeltiler ve ısı kayıpları için gerekli yalıtım sağlanmalıdır.

İzokinetik Örnek Alma Örnek alma işlemlerinde kaynaklardaki akım karakterlerinin bozulmaması özel önem taşımaktadır. Akış hızı ve derişim, kaynak kesitinin her noktasında aynı ise yatışkın koşullarda kesitin herhangi bir noktasında ve herhangi bir hızda bir örnek almak yeterli olmaktadır. Ancak, akış hızı ve derişimin kaynak kesiti üzerinde değişkenlik gösterdiği durumlarda kaynaktaki akış hızı ile orantılı örnek alınması ön koşuldur. Uygulamada, toz örnek alınırken, örnek emiş debisi, örnek sondasının girişindeki akım hızı, ana gazın çizgisel akış hızına eşit olacak biçimde ayarlanmalıdır. Örnek borusundaki örnek alma hızı, atık gaz hızından küçükse yalnızca hafif toz taneleri örnek borusuna yöneleceğinden, ölçülen derişim gerçek toz derişiminden daha düşük, aksi durumda ise ölçülen derişim gerçeğine kıyasla daha yüksek bulunacaktır.


PROF.DR.M.EROL

İzokinetik örnekleme, bir kaynakta normal akış rejimi ve akım koşulları bozulmadan, akımla orantılı örnek alınması ya da daha basitçe, gazların örnek alma borusuna giriş hızı, kaynaktaki gaz hızına eşit (Uo/U ≅ 1) tutularak, atı gaz hızı ile aynı hızda örnek çekilmesi işlemidir. İzokinetik koşulun sağlanması, özellikle partikül ve aerosollerin örneklenmesinde kritik önem göstermektedir. Gazlar genellikle atalet kuvvetlerinden ve elektrostatik etkilerden, partikül ve aerosoller kadar etkilenmediklerinden, gazlar için bazı özel durumlar dışında çoğunlukla izokinetik örnekleme koşulu aranmamaktadır. Kaynaktaki ve örnekleme orifisindeki akım hızı oranlarıyla (Uo/U), gözlenen ve kaynaktaki gerçek partikül derişimleri oranı arasında (C/Co) Watson tarafından geliştirilmiş aşağıdaki eşitlik kullanılabilmektedir.

21/ 2

1 ( ) 1o o

o

U UC f pC U U

= + −

Bu eşitlikte, orifis ve tanecik çapı, tanecik yoğunluğu ve gazın viskozitesi etkin rol almaktadır. Bu eşitlik özellikle büyük boyutlu parçacıkların anizotropik örneklenmesi sırasında ortaya çıkan büyü yanlışların ancak izokinetik örnekleme ile önlenebileceğini vurgulamaktadır.


PROF.DR.M.EROL


PROF.DR.M.EROL

İzokinetik örneklemede akım çizgilerinde eğilme ve kıvrılma olmadığından partiküllerin momentumu değişmemektedir. İdeal bu tür koşulların oluşması oldukça zordur. İzokinetik koşullardan sapmalar, 3 µ ‘dan iri parçalar için daha etkilidir. Sapma % 20 den çok ise, örnek alma tekrar yapılmalıdır.


PROF.DR.M.EROL


PROF.DR.M.EROL

İzokinetik örneklemede şekilde görülen özel probların kullanılması durumunda, 6 m/s den yüksek hızlarda, yanlış yapma olasılığı daha tolere edilebilir düzeyde olmaktadır. 15 m/ s ‘den yüksek hızlarda ise % 5 den düşük hata oranı saptanmıştır. Bu probların oksidasyon ve korozyona dayanıklı olması gerekmektedir. Ayrıca, bu tür problarda yüksek sıcaklıklara ( 400 oC den yüksek ) dayanıklı, tercihan paslanmaz çelik, malzemelerin tercih edilmesi uygun olmaktadır. Partiküller ve Aerosoller için örnekleme yöntemleri

Bu amaçla değişik yöntemler kullanılmaktadır. Partikül tutma işlemlerinde çöktürme (sedimantasyon), filtrasyon ve impringer tipi ayırma temellerinden yararlanılmaktadır. Çöktürme, partiküllerin boyutlarına, şekillerine ve yoğunluklarına bağlı olmaktadır. Hava kirletici partikül boyutları 0,001 - 500 µm arasındadır. Genel olarak, 0,1 µm den büyük partiküllerin çökelme ve birikme özelliği, bağıl yoğunluk ve şekillerine bağlı olarak, bulunmaktadır. Çökelme olayının gözlenebilmesi için, toplama biriminin kaynağa çok yakın ve gözlenebilir yükseklikte olması gerekmektedir. Standart yöntemlerin çoğunluğunda, çöktürücüden çok filtre ve impringer tipi ayırıcılar tercih edilmektedir.

Filtre kullanılan örnekleme sistemleri Güvenilir bir ölçüm sisteminde tasarımın iyi yapılması, örnek çekiş hızı ve koşulların düzgün ayarlanması gerekmektedir. Uzun süreli örnek toplama işlemleri sırasında filtrelerin tıkanması olasılığı dikkatle izlenmeli ve gerekli önlemler alınmalıdır. Aşırı yüksek hızla örnek alınması durumunda da boyut


PROF.DR.M.EROL

dağılımının düzgün olabilmesi için orifis tasarımına dikkat edilmesi gerekmektedir. Aşağıda bir örnekleyici sistemi gösterilmektedir.

Yarı otomatik örnekleyiciler

Bu tür bir SO2 ve duman örnekleyici sistemde, 8x24 ya da 8x3 saatlik aralıklarla otomatik örnekleme yapılabilmesi ve filtre kağıtlarının günlük değiştirilmesi, Dreschel şişelerinin haftada bir değiştirilmesi sağlanmaktadır. Ölçüm ortamından örnek çekiş otomatik olarak sağlanmaktadır. Sistemde bir disk üzerinde 45o lik açı aralıklarıyla 8 adet delik bulunmaktadır. Haftalık değişimler yapıldığında, bazı riskli ve karmaşık durumlarda, girişimler, tepkimelere ya da nem artışı sonucu yanlış analiz sonuçları elde edilebilmektedir. Otomatik duman önleyiciler Hava kirleticilerin zamana bağlı değişimlerinin önemli olduğu durumlarda (trafik yoğunluğu ölçümleri gibi),otomatik olarak sürekli hareket eden filtre şeritleri kullanılarak belirli zaman aralıklarında kesintisiz sürekli örnekleme yapılabilmektedir. Bununla birlikte bu yöntemde veriler çok sağlıklı olamamaktadır.


PROF.DR.M.EROL

Kısa süreli portatif örnekleyiciler Bazı durumlarda kısa süreli ölçüm yapılması gerekebilmektedir. Hafif, taşınabilir ve akülü sistemler bu amaçla kullanılabilmektedir. Gaz akım hızının doğru ölçülmesi çok önemlidir. Emiş hızı genel olarak düşüktür. Nem içeriği dikkate alınmalı ve saptanmalıdır. İngiliz Standart yöntemi 1 µm ‘den iri parçacıklar ± % 25 doğrulukla örneklenebilmektedir. Tutma verimi % 98 ‘dir. Sistemde, pitot tüpü, eğik manometre, termometre, sonda, akış ölçer, akış kontrol vanası, bağlantı hatları, vakum pompası ve toplama birimi bulunmaktadır. Baca kesit alanı dört eşit bölgeye ayrılmakta, en az dört örnekleme noktasından 2 dak. süreyle örnek alınması yapılmaktadır. Baca kesit alanı 2,5 m2 ‘den büyük ise örnekleme nokta sayısı sekiz adet olmaktadır. ASTM yöntemi Partikül toplama birimi baca içinde olacak biçimde tasarlanmıştır. Yüksek sıcaklıklara dayanıklı filtre kullanımına dikkat edilmelidir.

Yönteme göre, baca türüne göre en az dört en çok 24 noktadan örnek alınması gerekmektedir.


PROF.DR.M.EROL

EPA yöntemi Bu yöntemde partikül toplama birimi baca dışında bulunmaktadır. Örnekleme öncesi kaçak denetimi mutlaka yapılmalıdır. İzokinetik koşullar sağlanmalı ve 2 dak. süre ile örnek alınmalıdır. Akış hızı orifis ile ölçülmelidir. Yüksek hacımlı (Hi-vol) baca gazı örnekleyicisi Yüksek baca gazı hızları için kullanılmaktadır. Sistem yüksek hacimli gaz çekişini sağlayan bir pompaya, bükülebilir bir bağlantıya bağlanmış olan düze, sonda, filtre, vana, orifis ve ibreli bir manometre içermektedir. Filtre olarak 20x25 cm boyutlu fiberglas kullanılmaktadır. Gaz akımı, filtre kağıdından ve vanadan sonra sivri uçlu bir orifisten geçmektedir. Basınç değerleri ibreli manometreden okunmaktadır. İlk aşamada, orifis ile ölçülen örnekleme hızı, pitot tüpü ile saptanan hıza göre ayarlanmaktadır. Analize uygun miktarda örnek toplanıncaya kadar örnekleme işlemi sürdürülmektedir. 0,25 g/m3 derişimde 1 dakika yeterlidir. İşlem sonunda düze, sonda ve filtrede toplanan partiküller bir araya getirilerek gravimetrik, kimyasal ya da boyut analizi işlemine sokulmaktadır.

Filtre ya da impinger kullanılan diğer örnekleme yöntemleri Partiküllerin baca içinde (LAAPCD) ya da dışında (BAAPCD) örneklenmesi olanaklıdır. BAAPCD sisteminde, filtre ve sonda baca içinde bulunmaktadır. LAAPCD sisteminde ise, filtre yerine impinger tercih edilmektedir. Çökebilen partiküllerin örneklenmesi Bir bacadan atılan tozların belirlenmek istendiği durumda, bacadan atıldıktan sonra izlediği yol ve depolanma şeklinin saptanması gerekebilmektedir. Ancak iki sorun bulunmaktadır.

1) Herhangi bir alanda genel toz toplama miktarı saptanması gerektiğinde, toz kapları nasıl ve nereye konmalıdır?

2) Spesifik bir kaynaktan atılan partiküllerin depolanma yollarının bilinmesi?

Boyutu en büyük ve yoğunluğu en fazla olan partiküllerin, dikey konuma en yakın açıyla düştükleri bilinmektedir. Ağır partiküller, baca ya da kaynak yakınındaki bölgelere daha önce çökerler, bu nedenle ölçü kapları bu tür yerlere konmalıdır. Daha küçük partiküllerin çökebilmesi daha yüksek rüzgar hızlarını gerektirmekte ve yatay yüzey üzerine çok büyük yüzey açısıyla birikmektedirler.


PROF.DR.M.EROL

Bu nedenle kaplar değişik biçimlerde yerleştirilmelidir. Yine de yaklaşık bir sonuç elde edilebilmektedir. Bu nedenle, atmosferik partiküllerin depolanma hızları partikül boyutunun da karmaşık bir fonksiyonudur. Partikül boyut dağılımının geniş bir aralıkta olması beklenmelidir. Yatay depolama ölçü kapları ile uzun süreli ölçümler yapılarak, toz depolanması hakkında bilgi elde etmek olanaklıdır. Bir aydan fazla süre izleme yapılarak, rüzgar yön farklılıklarının etkisi de dikkate alınabilmektedir. Kavanozlar ya da petri kapları ile kısa süreli çalışmalar daha uygun sonuçlar vermektedir. Toz yoğunluğu farklılıklarının belirlenmesinde, rüzgar yönü önem taşımaktadır. Bir bölgede çok sayıda kirletici kaynak bulunduğunda, her kirleticiden ne tür kirlilik yapıcı madde olduğu onucu çıkarılabilmektedir. Gazlar ve buharlar için örnekleme yöntemleri ve ilgili ön işlemler Absorpsiyon, adsorpsiyon, yoğunlaştırma ya da kesikli örnek toplama en çok kullanılan yöntemlerdir. Kimyasal tepkimeli absorpsiyon en bilinen yöntemdir. Çeşitli tür absorpsiyon kolonları kullanılabilmektedir. Gaz örneğinin, kirleticiyi kimyasal yolla tutabilecek bir sıvı içinden kabarcıklar halinde geçirilmesi temeline dayanmaktadır. Absorpsiyon hızı, geçiş hızı, absorplayıcı derişimi ve toplam temas süresi ile orantılıdır. Adsorpsiyon yönteminde, fiziksel ya da kimyasal olarak tutunmayı sağlayacak katı yüzeyler( aktif karbon, aktif alümina, zeolit, silikajel gibi) bulunmaktadır. Biraz masraflı olan bu süreçte katı periyodik olarak rejenere edilmektedir. Yoğunlaştırma ve dışardan soğutma teknikleri ile de tutma yapılabilmektedir. Basamaklı soğutma işlemi de yapılabilmektedir. Soğutma işleminde değişik sıvılardan(buz + su; karbontetraklorür, kuru buz + aseton, sıvı azot, sıvı oksijen v.b.) yararlanılabilmektedir. Gazların açık ortamda örneklenmesinde, dinamik ve pasif geçirgenlik özelliklerine dayanan yöntemler kullanılmaktadır. Bazı durumlarda seyreltme yapılması gerekebilmektedir. Örnekleme bölgesindeki tüm koşullar(durgun hava, yüksek derişim, yavaş hareket eden akım koşulları v.b) dikkate alınarak en uygun örnekleme sistemi seçilmelidir. Gaz ortamında çok değişik gazlar bulunuyorsa, gazlar arasındaki etkileşim ve fotokimyasal etkinlikler de dikkate alınmalıdır. Işığa duyarlı NOx gazlarının


PROF.DR.M.EROL

karanlık ortamda alınmasının sağlanması gibi. Nem birçok koşulda gazları tutunma ve absorplama eğilimlerini olağan dışı biçimde değiştirebilmekte, bazı maddelerin etkinliklerini arttırabilmektedir. Bu nedenle, örneklenecek gazın ön işleme sokulmasında yarar bulunmaktadır. Modern sistemlerde bu işlem örnekleme sistemi içinde bulunmaktadır. Genellikle bu işlemler bir dizi adsorpsiyon işlemi ile bazı istenmeyen maddelerin seçimsel uzaklaştırılmasına yöneliktir. Ya da istenen analizlenecek bileşik uygun bir başka bileşiğe dönüştürülmektedir. Özellikle girişim yapma olasılığı olan gazların filtre edilmesi tercih edilmektedir. Örnekleme sistemlerinde bağlantı elemanlarından olabildiğince kaçınılmalı, conta yağları kullanılmamalı, PTFE bağlantı ve musluklar tercih edilmeli, paslanmaz çelik ya da inert plastik malzeme kullanımı tercih edilmelidir. Depolanacak örnekler için sızdırmazlık garanti edilmelidir. Emisyon kaynaklarından, gaz ve buhar şeklindeki bileşenleri toplama sistemlerinde, ölçülmesi istenen bileşen türleri dikkate alınarak tasarım yapılmalı ve düzenlenmelidir. Bugün örnekleme sistemleri SOx ve NOx bileşenleri ölçülecek biçimde standart duruma getirilmiştir. Bu sistemlerde partikül ölçme sistemi de, bir filtre sistemi, bulunmaktadır.


PROF.DR.M.EROL

Diğer tür gazların özel olarak ölçülmesine yönelik tasarlanmış, değişik sistemler de bulunmaktadır.


PROF.DR.M.EROL

Kaynaklar :

1) Müezzinoğlu,A. Hava Kirliliği ve Kontrolünün Esasları. Dokuz Eylül yay. İzmir, 2000. 2) Kara,S., Kaytakoğlu,S.,Döğeroğlu,T.,Var,F. Sabit Emisyon Kaynaklarında Hava Kirleticilerin Ölçüm

Yöntemleri. Anadolu Üniv. Eskişehir, 1991. 3) Colls,J.Air Pollution. Spon Pres, 2nd Ed., 2002. 4) Heinsohn,R.J.,Kabel,R.L.Sources and Control of Air Pollution. Prentice Hall, 1999. 5) Güney,E.Türkiye Çevre Sorunları. Çantay Kitabevi, 2002. 6) Güney,E. Genel Çevre Kirlenmesi. Çantay Kitabevi, 2002.


PROF.DR.M.EROL

bÖlÜm 2 hava kİrlİlİĞİnİn ÖlÇÜlmesİhava kİrlİlİĞİnİn ÖlÇÜlmesİ 20.yüzyılın...

Documents