Çevre kimyasi

Partiküler madde 2x10-10 m den daha büyük çaplı tek yada bir arada birden fazla tanecik olarak tanımlanır. Yağmur, kar, sis, dolu, çiğ gibi bazı partiküler maddeler doğaldır; duman, is, gibi insan faaliyetleri sonucu atmosfere karışan türleri de vardır. Bazı doğal partiküller insan faaliyetlerinin sonucunda atmosfere karışırlar. Duman ve is fosil yakıtların tam yanma olmadan atmosfere salınan yanma ürünleridir.

PM terimi; Gaz ya da havada asılı durabilen ya da görünmeyen, katı yada sıvı, toz, kum, kül ve sis gibi parçacıkları ifade eder. Partikül şeklindeki kirleticiler tanecik büyüklüklerine, yoğunluklarına ve kimyasal yapılarına bağlı olarak aerosol, duman, is ve toz olarak adlandırılırlar.

Aerosol; Gaz ortamında koloidal büyüklükte ( 10-6 – 10-9 m çapında ) dağılmış katı ya da sıvı tanecikleri ifade eder.

Duman; Tam yanma olmadığında ortaya çıkan çapları 1 µm ‘ den küçük Karbon bileşikleri ve yanabilen maddeler içeren karışım.

İs; Havada dağılan 0,5 µm ‘ den küçük ve karbonlu bileşiklerin tam yanmaması ile oluşan gaz-katı karışımı.

Toz; Boyutları 1 – 10 µm arasında olan gaz ortamında (havada) geçici olarak asılı olarak bulunan taneciklerdir.

Endüstriyel Duman “Black Tuesday” St. Louis 1939

Duman

Partiküler Madde Kirliliği

Toz bir partiküler madde olarak sınıflandırılır.

• Bir Çimento Fabrikası’ ndan Çıkan Tozların Bileşimi :

• Dört farklı zamanda alınan örnek ;

• Bileşim 1 2 3 4

• % Al2 O 3 8,5 8,2 5,2 7,7

• % CaO 26,7 31,3 21,7 47,6

• % Fe2 O 3 4,4 4,5 3,7 7,9

• % SiO2 29,0 31,6 23,3 28,9

• Cd ( ppm ) 80,9 83,1 100,4 64,8

• Cr ( ppm ) 152,3 185,8 260,1 860,8

• Co ( ppm ) 151,9 171,5 188,6 128,4

• Pb ( ppm ) 2090,1 2410,2 1392,6 650,9

• Mn ( ppm ) 755 690,3 643,9 594,6

• Ni ( ppm ) 466 394 710 605

• Ag ( ppm ) 27,8 44,8 18,1 43,8

İNORGANİK PARTİKÜLLER

• İNORGANİK PARTİKÜLLER

• Partiküler madde halinde 1 µg/ m3 den fazla olan başlıca eser elementler ; Alüminyum, Kalsiyum, Karbon, Demir, Potasyum, Sodyum, Silisyum dur. Daha az miktarda bulunanlar ; Bakır, Kurşun, Titan, Çinko, en az miktarda olanlar ise ; Antimon, Berilyum, Bizmut, Kadmiyum, Kobalt, Krom, Sezyum, Lityum, Mangan, Nikel, Selenyum, Stronsiyum, Vanadyumdur.

• Al, Fe, Ca, Si; Toprak erozyonu, kayaların tozlaşması, kömürün yanması

• C; Karbonlu yakıtların tam yanmaması

• Na, Cl; Deniz suyu aeresolü, organo halojenür polimerlerinin yakılması

• Sb, Se; Kömürün, petrolün yakılmasıyla

• S; Petrol atıklarının yakılmasıyla

• Zn; Yanma ile

• Pb; Kurşun içeren yakıtların ve kurşunlu benzinin yakılması ile

• ASBEST

• Asbest; lifli silikat minerallerinin bir grubuna verilen addır. Ortalama, yaklaşık formülü Mg3P(Si2O5)(OH)4

• Asbestin yanmazlığı, kullanılışlığı, gerilme direnci dolayısıyla Asbest çoğu yapı malzemelerinde, fren balatalarında, boru yapımında kullanılmaktadır. İleri teknoloji kullanan ülkelerde havadaki partiküllerin kanserojen etkisi nedeniyle asbest kullanımı gitgide azaltılırken, daha geri teknolojilerin kullanıldığı ülkelerde artmaktadır.

UÇUCU KÜL

• UÇUCU KÜL

• Fosil yakıtlarının yanması ile çoğu mineral partikülü atmosferi oksitleri halinde kirletirler. Küçük partiküllerin bir kısmı yanma ortamında kalırken bir kısmı da atmosfere karışır. Kül yanma ürünlerine göre çeşitlilik arz ederken genelde Alüminyum, Kalsiyum, Demir ve Silisyum oksitlerinden meydana gelir.

• Ayrıca Cıva, yüksek buhar basıncı nedeniyle, hem metali hem de bileşikleri ile hava kirliliğine neden olur.

• KİRLETİCİ GAZLAR

• ORGANİK KİRLETİCİ GAZLAR

• Hidrokarbonlar, Aldehitler, Ketonlar ve diğer organik gazlar (Benzen,Benzo-α-pyrene)

• Organik hava kirleticilerin bir kısmı doğrudan kaynağından çıkarak atmosfere karışırken bir kısmı da atmosferdeki bir takım tepkimelerle meydana gelirler. Bir kısım organik kirleticiler doğal kaynaklardan yayılırlar. İnsan eylemlerinden kaynaklanan hidrokarbonlar atmosferdeki toplam hidrokarbonların ancak 1/7 sidir. Organik maddelerin sudaki parçalanmaları sırasında anaerobik bakteriler tarafından atmosfere çok büyük miktarda metan salınır. Ayrıca toprak ve çökeltiler de atmosfere metan salınmasına katkıda bulunurlar.

• 2 CH2O (bakteri)  CO2(g) + CH4(g)

• Troposferde 1,4 ppm metan bulunmaktadır. Troposferdeki metan CO ve O3 ün fotokimyasal üretimine katkıda bulunmaktadır.

• Bitki örtüsü atmosferik hidrokarbonların önemli kaynaklarındandır. Atmosferdeki 367 organik bileşik türü bitki örtüsü tarafından oluşturulur. Bunlardan etilen, terpenler, esterler başlıcalarıdır.

• İnsan eylemlerinden kaynaklanan organik hava kirleticiler de hidrokarbonlar, aromatik hidrokarbonlar, aldehitler, ketonlar, alkoller, fenoller, oksitler, karboksilik asitler, organohalojenür bileşikleri, organosülfür bileşikleri, organoazot bileşikleri olarak sıralanabilir.

• İNORGANİK KİRLETİCİ GAZLAR

• İnorganik kirletici gazların çoğu insan eylemlerinin bir sonucu olarak atmosfere karışır.

• Bunların başlıcaları CO, SO2, NO ve NO2 dir.

• CO

• Karbon monoksitin bazı bölgelerdeki yüksek derişimde bulunması önemli sağlık sorunlarına neden olur. Atmosferdeki toplam derişimi 0,1 ppm civarındadır. Atmosferde kalma süresi 36 ile 110 gün arasındadır. Bunun çoğu metanın hidroksil radikaliyle yükseltgenmesinde ara halde bulunur.

• Klorofil sonbahar aylarında atmosfere CO bırakır, bu da yıllık miktarının % 20 sine karşılık gelir.

• İnsan kaynaklı olarak ta CO nun % 6 sı atmosfere salınır. Geri kalan CO in kaynağı tam olarak bilinmemektedir.

• CO in yerleşim bölgelerindeki derişimi motorlu taşıtlardan ve ısınma amacıyla fosil yakıtların yanmasından kaynaklanmaktadır. Günün hareketli saatlerinde CO derişimi 50- 100 ppm kadar yükselebilmektedir. Bu da oldukça önemli problemlere neden olabilmektedir.

• CO soluma yoluyla akciğerlere ulaşır. Oradan kana karışır. Kandaki hemoglobinle tepkimeye girerek oksihemoglobini karboksihemoglobine çevirir. Karboksihemoglobin oksihemoglobinden daha kararlı olduğundan hemoglobinin oksijeni vücut dokularına taşıması engellenmiş olur.

• O2Hb+ CO  COHb + O2

SO2

• SO2

• SO2 renksiz, keskin kokulu reaktif bir gaz olup, kömür, fuel-oil gibi kükürt içeren yakıtların yanması sırasında, soda, sülfürik asit, selüloz üretimi sırasında, metal ergitme işlemleri sırasında, petrol rafinerilerinin üretiminde oluşarak atmosfere karışır.

• SO2 ve ince partiküler maddelere uzun süreli maruz kalma solunum hastalıklarına, akciğerin savunma mekanizmalarına zarar verdiği gibi, mevcut kalp hastalıklarının da kötüleşmesine sebep olur.

• Kömürün yakılması sırasında SO2 nin atmosfere karışmasını engellemek için ortama kireç eklemek

• CaCO3 + ısı  CaO + CO2 ( g )

• (Kireç Taşı)

• CaO + SO2  CaSO3 ( k )

• NOx

• Renksiz, kokusuz NO ile keskin kokulu, kırmızı-kahve renkli NO2 önemli hava kirleticilerdendir.

• Toplam olarak NOx olarak adlandırılan bu gazlar, atmosfere doğal kaynaklardan ve kirletici kaynaklardan karışır. Bölgesel olarak NO2 artışı hava kalitesini kötüleştirir. İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan NOx fosil yakıtların yakılmasıyla atmosfere karışır. Motorlu taşıtlardaki yanma olayları esnasında yüksek sıcaklıkta

• N2 + O2  2NO tepkimesi meydana gelir.

• NO, NO2 den daha az toksik ve biyokimyasal olarak daha az aktiftir. Karbon monoksitten daha az da olsa NO da hemoglobinin O2 taşıması olayını engeller.

HAVA KİRLİLİĞİNİN KAYNAKLARI

• Doğal Kaynaklardan Oluşan Hava Kirliliği

• Deniz yosunlarının ortama verdiği gazlar, yanardağ veya orman yangınlarından atmosfere yayılan zararlı bileşikler, doğadaki biyolojik değişimler sırasında açığa çıkan CO ve CO2, CH4, vb.

• İnsan Faaliyetlerinden Oluşan Hava Kirliliği

• Endüstriyel Kaynaklı Hava Kirliliği

• Şehirleşme Kaynaklı Hava Kirliliği

• Yakıt kaynaklı

• Trafik kaynaklı

• ENDÜSTRİYEL KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİ

• Endüstriyel kaynaklı hava kirliliği yanlış yer seçimi, yeterli tedbir alınmadan gaz ve tozların havaya bırakılması, yanlış veya eksik teknolojilerin seçiminden kaynaklanmaktadır. Kirlenmiş şehir havasında yer alabilen toz, gaz, duman, ve aerosol halinde uçuşarak insana zarar verebilen başlıca kirleticiler :

• Sülfür oksitler

• CO

• Çeşitli ağır metaller

• Karbon partikülleri

• Ozon

• Doymamış hidrokarbonlar

• Aldehitler

• Ve hatta çeşitli kanserojen maddelerdir.

• ŞEHİRLEŞME KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİ

• Yakıt Kaynaklı Hava Kirliliği:

• Yakıt, esas olarak C, H ve O ‘den oluşmaktadır. Bunlara ilave olarak daha az oranlarda S, N, Cl ve diğer elementleri de içermektedir.

• Normal Şartlarda yeterli yakıcı oksijen ortamında yakıtlar CO2 ve H2O ‘ ya dönüşürler. ( tam yanma olursa ) Ayrıca az miktarda bulunan S, N ve diğer elementler oksitlerine dönüşürler. Eğer yanma tam olarak gerçekleşmez ise, açığa çıkan gazlar içinde CO, CH4 ve katran oranı artar.

• Katı Yakıtlar:

• Mol kütlesi 500000 akb ye kadar varabilen karmaşık bir karbohidrat olan selüloz, bitkilerin temel yapıtaşlarıdır. Bitkiler havasız ortam bakterileri tarafından parçalandığında O ve H atomları uzaklaşarak maddenin karbon içeriği zamanla zenginleşir.

• Turbalinyit(%32 C)  yarı bitümlü kömür(%40 C)  bitümlü kömür(%60C)taş kömürü(%80 C)

• Bu olayın antrasit’e kadar ulaşması yaklaşık 300 milyon yıl alır. Buna göre kömür C, H, O ve az miktarda N, S ve diğer mineralleri içeren bir organik kayadır.

• Türkiye ‘ deki katı yakıtların büyük kısmını oluşturan linyitlerin ya da linyit kömürlerinin, yüksek nem, yüksek kükürt, yüksek kül içerdikleri, düşük ısı değerine sahip oldukları bilinmektedir.

• Türkiye linyitleri bu özellikleriyle yanma sonucunda yüksek miktarda SO2 gazının havaya karışmasına sebep olmaktadır. Ayrıca linyitlerin kırılgan olması nedeniyle ince taneciklere ayrışarak tozlaşması ve havaya karışması ile partiküler hava kirliliği ortaya çıkmaktadır.

• Sıvı Yakıtlar:

• Eski denizlerde yaşayan bitki ve hayvanlar deniz dibine çökmüşler ve bakterilerce bozunmuşlardır ve üzerleri kum ve çamurla kaplanmışlardır. Kum ve çamur zamanla kum taşına dönüşmüştür. Sıcaklık ve kumtaşı kayalarının uyguladığı basınç organik maddeleri petrol ve doğal gaza çevirmiştir. Bu birikim 250 ile 500 milyon yılda oluşmuştur.

• Petrolün fraksiyonlarından biri olan Çeşitli tiplerdeki fuel-oil’ lerin yüksek oranda kükürt içerikleri nedeniyle, yanmaları esnasında havaya fazla miktarda SO2 karışmaktadır.

• Gaz Yakıtlar:

• Tipik bir doğal gaz yaklaşık %85 metan (CH4), % 10 etan (C2H6), %3 propan(C3H8) ve az miktarda diğer yanıcı olan ya da olmayan maddeler içerir.

• Taşıma ve yakma kolaylığı, yüksek ısı değeri, katı içermemesi, kirletici bileşenlerin az olması veya kolay arındırılabilmesi, çok düşük hava ile yakılabilmesi, gaz yakıtlarını hava kirliliğini önlemede tercih edilebilir hale getirir.

Trafik Kaynaklı Hava Kirliliği

• Trafik Kaynaklı Hava Kirliliği

• Petrolle çalışan motorlar atmosferdeki, toprak ve yüzey sularındaki kirlilikten kısmen sorumludur. Hidrokarbonların tam yanması için gerekli oksijen miktarını sağlayacak doğru yakıt/hava karışımı gereklidir. Soğuma gerçekleşmeden önce yanma tepkimesinin tamamlanabilmesi için yeterli süre mevcuttur. Egzoz gazları birincil hava kirleticileri içerir. NOx, CO ve yanmamış HK.

• Havadaki azotun motordaki yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında tepkimesiyle Azot oksit oluşur.

• N2(g) + O2(g)  2NO(g)

• NO egzoz gazlarıyla motoru terk ederken oksijenle tepkimesi sonucu

• 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) meydana gelir.

• Pistonun silindirdeki geri çekilmesi esnasında genleşme olur, basınç ve sıcaklık düşmeye başlar ve NO oluşumu durur.

• Petroldeki bazı N bileşikleri de yandıklarında NO , CN ve NH3 e dönüşür.

• Doğru hava /yakıt karışımıyla CO oranı en aza indirilebilir. Hava %21 O2 içerdiğinden Ortalama 3 C’lu yakıtlar için Hava /yakıt oranı 14,7/1 dir. Eğer yakıt oranı daha zengin olursa CO2 kadar da CO oluşabilir, ayrıca CO2 nin termal ayrışmasıyla da CO meydana gelir.

• CO2(g)  CO(g) + ½ O2(g)

• Bütün bu nedenlerden dolayı CO daima hacimce %1-2 civarında silindirde bulunur.

• Dizel motorlarda ise benzinli motorlardakinden daha yüksek sıkıştırma oranlarından ve düşük hava/yakıt oranlarından dolayı daha verimli ve daha güçlüdür. Mazot ve hava silindire püskürtülmeden önce ön karıştırmaya tabi tutulmaz ve de ateşleme yapılmaz. Hava önce silindirde sıkıştırılır ve çok ısınır, Mazot sıcak havanın içine püskürtülür ve patlama meydana gelir. Bundan dolayı dizel motorlar gürültülü çalışırlar. Düşük yakıt oranından dolayı egzoz da CO ve yanmamış HC oranı daha düşüktür. Yüksek sıcaklık ve basınçtan dolayı NO daha yüksektir. İsli parçacıklar bu motorlarda ciddi problemdir, bu is parçacıkları yanmamış HK’ lara adsorbe olarak yanma sırasında PAH oluşumuna neden olurlar.

Benzinin oktan sayısını ayarlamak, vuruntuyu azaltmak ve motor performansını iyileştirmek için benzine kurşun tetraetil veya kurşun tetrametil ilave edilmektedir.

• Benzinin oktan sayısını ayarlamak, vuruntuyu azaltmak ve motor performansını iyileştirmek için benzine kurşun tetraetil veya kurşun tetrametil ilave edilmektedir.

• Kurşunlu benzinin yanması sonucu egzozdan atmosfere atılan kurşunun %70-75’i inorganik kurşun bileşikleri ve %1’de organik kurşun bileşikleri halindedir. %20-25 de egzoz sistemi içerisinde veya motor yağında kalır. Yanma sonucu inorganik Pb2, PbC12, PbBr2, PbBrC1, Pb(OH)Br, Pb(OH)Cl, (PbO)2PbBr2, PbOPbBr2, (PbO)2PbBrC1 gibi kirleticiler yanında organik maddelerle klorlu maddeler bileşerek klorlu ve bromlu organo halojenli (dioksin, furan gibi) bileşiklerde oluşur. Ayrıca, aracın deposu benzinle doldurulurken yakıt tankında veya motor karbüratöründe bulunan benzin buharı ile birlikte alkil kurşun bileşikleri de serbest hale geçerek atmosfere karışır.

HAVA KİRLİLİĞİNİN AZALTILMASI

• 1) Yakıtların Islahı : ( İyileştirilmesi )

• Katı yakıtlardan en yaygın olarak kullanılan linyitin ıslahı kükürt oranının düşürülmesi, kül oranının düşürülmesi, ısı değerinin yükseltilmesi, yanma özelliklerinin arttırılması ile yapılabilmektedir. Kömürün yıkanması yoluyla yukarıdaki amaçlara katkıda bulunmuş olur. En az hava kirleticiye neden olan doğal gazın kullanılması hava kirliliğinin azalmasını sağlar.

• 2) Yakma Sistemlerinin Kontrolü:

• Hava kirliliğine sebep olan kirleticileri yanma ortamında çeşitli yollarla tutmak mümkündür. Örneğin yanma ortamına kireç taşı ilavesi yoluyla SO2 ’nin havaya karışan miktarı azaltılabilir.

• CaCO3 (Kireç Taşı) + ısı  CaO + CO2 ( g )

• CaO + SO2  CaSO3 ( k )

• Yanma odası koşulları düzeltilmek suretiyle NOx oluşumunda önemli boyutlarda kontrol altına alınabilir.

• 3) Benzinli araçlarda kurşunsuz benzin kullanımının yaygınlaştırılması Pb’ dan kaynaklanan hava kirliliğinin önemli miktarda azaltmaktadır.

• Taşıtlardan kaynaklanan CO2 ‘ in yaklaşık % 50 ‘ si atmosferde sera etkisi yaratmaktadır. Karbüratördeki benzinin buharlaşması nedeni ile özellikle sıcak havalarda motor emisyonunun %5 – 10 ‘ u atmosfere karışmaktadır. Araçların optimum şartlarda çalışmaması dolayısıyla ortaya çıkardığı hava kirliliği motorun bakımlarının sürekli kontrol edilmesi yoluyla azaltılabilir.

Katalitik dönüştürücüler

• Katalitik dönüştürücüler

• Katalitik dönüştürücüler motorlu araçlarda CO ve NO çıkışını azaltır. Platin veya rodyumdan oluşan katalizörler kullanılır. Platin yanmamış hidrokarbanların oksijenle tam yanmasını sağlar. Rodyum ise CO ve NO yu CO2 ve N2 ye dönüştürür. Ancak kurşun katalizörleri etkinliğini bozduğu için ancak kurşunsuz benzinler yakıt olarak kullanılır.

• C5H12 (pentane) +8O2 -----Pt -------------> 5CO2+6H2O

• 2CO+2NO -------Rh------------> 2CO2 + N2

• 4) Planlı Yapılaşma:

• Kış mevsimi boyunca daha fazla görülen ve sağlık koşullarını zorlayan hava kirliliğinin diğer nedenleri de çarpık kentleşme, yer yer yüksek yapılaşma, rüzgar yönünün yeterince değerlendirilememesi, kentin topografik yapısıdır.

• Kentsel alan kullanımında doğru yer seçimi, kent üzerindeki hâkim rüzgâr ve güneş yönünün değerlendirilmesi, gerekmedikçe yüksek yapılaşmalara yer verilmemesi muhtemel hava kirliliğinin azaltılmasında önemli rol oynamaktadır.

• Binaların konumlandırılmalarında güneş yönünün iyi değerlendirilmesi ve ısınma ve aydınlanmanın güneş ışığı ile ne fazla oranda sağlanabilmesi, tasarruf sağlayacağı gibi hava kirliliğini de daha azaltacaktır.

• Kent mekânlarında yer alan yeşil alanlar O2 üretimi, CO2 harcaması, toz zerreciklerini filtre etmesi, bazı gazları tutması sebebi ile hava kirliliğinin azaltılmasına yardımcı olurlar.

• 5) Fabrikalardan çıkan baca gazlarının filtre edilmesi, tozların tutulması, endüstriyel kaynaklı hava kirliliğini azaltmada önemli katkıda bulunur.

HAVA KALİTESİNİN TAYİNİ

• Hava kalitesinin tayininde temiz havanın tanımlanma güçlüğü vardır. Temiz hava denince akla sanayi ve şehirleşmenin getirdiği, ya da artırdığı gazların olmadığı hava denebilir. Bu kirliliğin doğal kaynaklı olabileceği durumlar da vardır. Ayrıca havada da her zaman bir miktarda su buharı vardır.

• Hava kalitesini belirlemede başlıca şu tayinler yapılır ;

•