Atmosferde bulunan gazlar Atmosferde devamlı bulunan ve çoğunlukla miktarları

değişmeyen gazlar

azot, oksijen ve diğer asal gazlar

Atmosferde devamlı bulunan ve miktarları değişen gazlar

karbondioksit, su buharı, ozon

Atmosferde her zaman bulunmayan gazlar

Kirleticiler

Hava Kirliliği

Canlıların sağlığını olumsuz yönde etkileyen ve/veya yapılara (binalara) maddi zarar veren, havanın doğal bileşimini bozan yabancı maddelerin hava içinde normalin üzerinde miktarlarda bulunmasıdır.

Hava Kirliliğinin Temel Kaynağı

Enerji eldesi için fosil yakıtların yakılması sonucu atmosfere verilen zararlı gazlar ve tozlardır (partikül maddeler).

Fosil yakıtlar Fosil yakıtlar, hidrokarbon içeren

kömür, petrol ve doğal gaz gibi doğal enerji kaynaklarıdır.

Yüzmilyonlarca yıldan bu yana denizlerde veya karalarda yaşayan bitki ve hayvanların kalıntılarının anaeorabik bir ortamda, uygun şartlar altında (sıcaklık, basınç ve mikroorganizmaların etkisiyle), başkalaşmasıyla oluşmuşlardır.

Fosil yakıtlar günümüzde endüstriyel alanda çok geniş bir kullanım alanı bulmaktadır.

Enerji kullanımı

Günümüzde kullanılan toplam ticari enerjinin yaklaşık %90’ı fosil yakıt tüketilerek elde edilmektedir.

Ülkeden ülkeye değişmekle beraber yine de en büyük kısmı petrol ve kömür şeklindeki yakıtlardır.

Dünyada enerji kullanımı

Kaynak: U.S. Energy Information Administration

Doğal gaz kullanımının son zamanlarda bir miktar artmasına rağmen, temel enerji kaynağımız yine de kömür ve petroldür.

Kirletici Kaynaklar

Hava kirliliğine neden olan tüm aktivitelerdir.

Kirletici Kaynak Türleri Kökenleri esas alınarak,

Doğal kaynaklar

Doğada kendiliğinden oluşur (Orman yangını, volkan püskürmesi, kum fırtınası, vb.)

Antropojenik (insan kökenli) kaynaklar

İnsan aktiviteleri sonucu oluşur (Sanayi faaliyetleri, ulaşım, vb.)

Hava Kirliliğinin Temel Kaynağı

Enerji eldesi için fosil yakıtların yakılmasıdır.

Yanma Yanma, yakıtın içindeki yanabilir elementlerin oksijenle hızla reaksiyona girerek ısı açığa çıkarmasıdır. Bu yanabilir maddeler, başta karbon (C) ve hidrojen (H) olmak üzere, kükürt (S), azot (N) karışımıdır.

C + O2 CO2 + ısı

C + ½ O2 CO + ısı 2 H2 + O2 2 H2O + ısı S + O2 SO2 + ısı

2 CO + O2 2 CO2 + ısı

Tam yanma

Yanma reaksiyonları sonucu oluşan gazlarda hiçbir yanıcı madde bulunmuyorsa yanma tamdır. Tam yanmada, yakıt bileşimindeki karbon, hidrojen ve hidrokarbonlar karbon dioksit (CO2) ve suya (H2O) dönüşür.

Basit bir hidrokarbondan oluşan yakıtın tam oksidasyonu:

CnHm + (n + m/4) O2 n CO2 + m/2 H2O

Gerçek yanma Yakıt içerisinde bulunan safsızlıklar da yanmaya katılır ve yanma

sonucunda (oksidasyon) başka bileşiklere dönüşüp yanma ürünleri olarak baca gazı ile birlikte atmosfere atılırlar.

Yakıt saf oksijen yerine hava içindeki oksijenle yandığından havadaki azot da yanmaya katılır ve NOx oluşturur.

Yanma her zaman tam yanma olmaz ve baca gazında yanabilir bileşikler (CO, CxHy) bulunur.

Metanın yanması:

CH4 CH3OH HCHO HCOOH CO CO2, H2O

metan metanol formaldehit formikasit

Eksik Yanma Ürünleri Eksik yanma çoğunlukla yanmanın

gerçekleştiği yerde (örneğin bir yanma odası) yakıt ve havanın iyi karışıp temas etmemmesi sonucu meydana gelir.

Genelde;

karbon monoksit

is-kurum

hidrokarbon gazları

CnHm + ? O2 CO2 + CO + H2O + H2 + HC

Yakıtların yanması sırasında NOX oluşumu

Yanma odasındaki sıcak bölgelerde havadaki azotun oksitlenmesiyle ortaya çıkar.

Yüksek aktivasyon enerjilerinden dolayı 1300°- 1400°C üzerinde önem kazanırlar (Zeldovich Mekanizması).

N2 + O NO + N N + O2 NO +O --------------------------- N2 +O2 2NO

Yakıt safsızlıkları Yakıt içerisinde yer alan safsızlıkların

oksidasyonu sonrasında;

uçucu kül şeklinde katı,

damlacıklar şeklinde sıvı

gaz/buharlar halinde çeşitli formlarda kirleticiler havaya atılabilirler.

Yakıt safsızlıklarının bazıları doğaldır (kükürt gibi), bazen de yakıt performansını arttırmak üzere yakıtlara insanlar tarafından eklenmiş maddeler olabilmektedir: benzine oktanını arttırmak için eklenen etanol ve kurşun tetraetil gibi.

Hava Kirleticiler Havanın doğal yapısının

değişmesine neden olan tüm yabancı maddelerdir.

Kökenlerine göre ikiye ayrılırlar: Birincil kirleticiler: Kaynaktan atmosfere

doğrudan verilen kirleticilerdir.

İkincil kirleticiler: Kirleticilerin kaynaklarından havaya atıldıkları şeklin dışında, atmosferde girdikleri bazı kimyasal reaksiyonlar veya fiziksel olaylar sonucunda oluşan kirleticilerdir.

Birincil kirleticiler Hava kirliliğinde, önem ve

kaynak açısından beş önemli birincil kirletici mevcuttur:

Karbon monoksit (CO)

Kükürt oksitler (SOx)

Azot oksitler (NOx)

Hidrokarbonlar (HC)

Partikül maddeler (PM)

İkincil kirleticiler Bu kirleticiler atmosferde bazı

kimyasal maddelerin çoğunlukla güneş ışığının etkisiyle reaksiyon vererek yeni maddeler oluşturması ile oluşur.

İkincil kirleticilerin oluşmasında fotokimyasal reaksiyonlar önemli rol oynar. Örneğin ozon.

Reaksiyonlar sonucu ortaya çıkan maddelerin yoğuşması veya partiküller üzerinde adsorblanmasıyla ikincil partiküller de oluşabilir.

Kirleticilerin taşınımı Kirleticiler yerel olarak havaya salınır,

bazen çok büyük kütlesel hareketler yaparak çok uzak mesafelere taşınır, yol boyunca ve vardıkları yerlerde çeşitli etkiler yaratırlar.

Taşınımları sırasında bazı fiziksel veya kimyasal mekanizmalarla şekil değiştirebilir veya ortamdan uzaklaşabilirler. Bu şekilde katedilen mesafelerin ölçeğine göre yerel, bölgesel veya küresel ölçekli kirlenme olayları tanımlanmaktadır.

Kükürtlü Kirletici Gazlar

SOX

Doğal veya yapay kaynaklardan havaya SO2 ve SO3 halinde atılan kükürt oksit gazlarının toplamıdır.

Dış havada daha çok SO2 formunda bulunur.

SOX’in kaynakları

Doğal kökenli SOx kaynakları arasında en önemlisi volkan gazlarıdır.

Geçmiş çağlarda yaşayan canlıların bünyesindeki kükürtlü amino asitlerin fosilleşme sırasında organik kükürt bileşikleri şeklinde yakıt içeriğinde kalması, kükürt bakımından zengin fosil yakıtları oluşturur. Havaya atılan SOx

gazlarının diğer önemli kaynağı bu fosil yakıtların yakılmasıdır.

Yakıt tüketimi dışında bir miktar SOx metalurji ve kimya sanayii atık gazlarıyla da havaya atılmaktadır.

SO2 Atmosferde en çok bulunan kükürt oksit

türü olan SO2; renksiz, yanıcı veya patlayıcı olmayan, karakteristik asit kokusuna ve tadına sahip bir gazdır.

Standart atmosfer koşullarında 1 ppm derişimi 2860 g/m3 olan bu gazın koku eşiği 0,5 ppm, tad eşiği ise 0,3 ppm’dir.

Kokusu 3 ppm konsantrasyonda dayanılmaz bir hal alır, zaten bu seviyede ölümcül etkiler de başgösterir.

Bir kaç yüz ppm kükürt dioksit bir anda öldürücü etki yapar.

SO2’nin insan sağlığına etkileri

Derişim, ppm Maruz kalma süresi Etkiler

0.015 - 0.25 1 - 4 gün Solunum sistemini etkiler

1 3 - 10 dakika Solunum sisteminde rahatsızlık

1 - 5 Bir anda Göğüs sıkışması, nefessiz kalma

10 1 Saat Göz yaşarması, burun kanaması

20 Anlık Göz tahrişi, mide bulantısı

Tarihte SO2 kirliliği vakaları Normal sağlıklı insanların ölümle karşılaştıkları

SO2 seviyeleri havada 500 ppm (1-1.5 g/m3) gibi dış havada ancak endüstriyel kazalar ile görülebilecek kadar yüksek seviyelerdir.

38 ppm seviyesine ulaşılan bir endüstri bölgesinde (Belçika’da Meuse vadisi) 1930 yılında 60 kişi ölmüştür.

Havada 2 ppm SO2 seviyesinin ölçüldüğü 1948 Donora, Pennsylvania episodu olayında ise kasabada yaşayanların %40’ı rahatsızlanmış ve 20 kişi ölmüştür.

En ünlü örnek, 1952 Aralık ayında yaşanan Londra episodudur. Beş günlük bir durgun hava döneminde 1.3 ppm (yaklaşık 3000 g/m3 civarı) SO2 seviyesinin bulunması 3500-4500 kişinin hayatına mal olmuştur.

Not: Episod, birkaç gün kadar sürebilen durgun hava kütlelerinin yerleşmesiyle oluşan havanın aşırı kirli olduğu dönemlerdir.

SO2’nin bitkilere etkileri Kısa süreli fakat yüksek seviyeli SO2’ye maruz kalan bitkilerin

yapraklarında yanıklar (ölü dokunun oluşturduğu yanık lekeleri, nekroz) görülür. Yaprakların kenar ve damarları arasındaki bölgeleri bu tür lekelerle dolar.

Uzun süreyle düşük dozda maruz kalınan SO2 ise klorofilin parçalanmasıyla oluşan beyaz-sarı lekelere (klorosis) yolaçar.

Bitkilerde akut etkiler olarak 8 saat boyunca 0.03 ppm, kronik etkiler olarak bir yıl boyunca 0.01 ppm SO2 dozlamasına maruz kalmak hemen hemen aynı sonucu verir. Bu seviyeleri aşan kirlenmeler klorofil yapısını bozar, büyümeyi engeller ve hatta hücre bozulmasına yol açabilir.

Yaprak dökmeyen çam ağaçları ile tütün, pamuk, fasulye gibi bitkiler de daha duyarlı türlerdir.

SO2’nin mühendislik yapılarına etkileri

Kükürt oksitler canlılara olan etkilerinden başka kültür ve sanat eserlerine, arkeolojik yapıtlara, mühendislik yapılarına önemli zarar vermektedir.

Bu etkiler metal eşyaların korozyona uğraması, kireç, mermer gibi yapı malzemesinin ise alçıtaşına dönüşerek suda çözünürlüğünün artması şeklinde görülmektedir.

Ayrıca doğal (pamuk gibi) veya yapay (naylon, vb.) tekstil elyafının ve kağıt yüzeyinin elyaf yapısını bozarak kırılgan ve dayanıksız hale getirmektedir.

SO3 (Kükürt trioksit ) Havaya atılan yanma atığı gazlardaki SOx içindeki en

önemli kirletici türü SO2‘dir; SO3 ise en çok %3-5 kadardır.

SO3 yüzdesi sıcak gazlarda veya yanma esnasında ortamda fazla oksijen bulunması ve katalitik etki yapan (vanadyum, nikel gibi) bazı ağır metallerin yakıt bünyesinde mevcut olması yüzünden artabilmektedir.

Bu ağır metaller en çok petrol türevlerinde bulunmaktadır. Fuel-oil yakan tesislerin atık gazlarında SO3/SOx oranı, gaz ve kömür yakanlardan daha yüksektir.

Diğer kükürtlü gazlar Havaya karışan kükürtlü gazların miktarca en fazla olanı,

daha sonra atmosferde gaz fazdaki reaksiyonlarla oksitlenerek kükürt oksitlere dönüşebilen hidrojen sülfür (H2S) gazıdır.

2 H2S(g) + 3 O2(g) ---> 2 SO2(g) + 2 H2O(g)

H2S, bataklık bölgelerden yayınlanan çürüme gazlarından, özellikle de maden kömürü galerilerinden, petrol sondaj ve bazı üretim faaliyetlerinden kaynaklanır.

Azot Oksitler (NOx) Havada bulunabilen çeşitli gaz haldeki azot oksit molekülleri

arasında en çok rastlanan ve en etkili türler olan azot monoksit (NO) ve azot dioksit (NO2), ortak bir gösterimle NOx formülü ile ifade edilir.

Yüksek sıcaklıkta oluşan tüm yanma reaksiyonlarında havadaki azot ve oksijenden NOx oluşumu görülür.

NOx’un atmosferde mevsime ve günün saatlerine göre miktarının değiştiği ve havada 1-7 gün kalabildiği bilinmektedir.

Nitrik asit damlacıkları oluşturmak suretiyle asit yağışına yol açar.

Renksiz ve kokusuz olan NO ve şiddetli zehir özelliği taşıyan, koyu kahverengi/kızıl, NO2 gazı ise alt atmosferde hava kirliliğinin göstergesidirler.

Kirlenme dışında doğal olarak şimşek ve yıldırım olayları esnasında havadaki azot ve oksijenin birleşmesiyle de NO ve NO2 ortaya çıkar.

Yüksek sıcaklık işlemlerinin bulunduğu her yerde ve biyolojik prosesler sonucunda azot oksit oluşumu sözkonusudur.

Ancak motor sıcaklıklarında veya yüksek ısıl verimle çalışan sabit yakma tesislerinin yanma odasında ortaya çıkan NO, daha eksoz borusunu terkederken ortamdaki oksijenle yükseltgenmeye başlar ve NO2’yi oluşturur. Bu reaksiyon bol oksijenli olan dış havada daha da önemlidir.

NO – NO2

NOx Yerden pek fazla yükselemeyen

NO2 gazı, buralara kadar inen güneş ışığının etkisiyle ozon oluşumu ile sonlanan bir dizi zincirleme fotokimyasal reaksiyona neden olur.

Benzinli taşıtların ve güneş ışınlarının bol olduğu kentlerde yaz aylarında fotokimyasal sis görülür. Bu olayda gösterge parametre ozon konsantrasyonlarının artışıdır.

Karbon monoksit

Yanma reaksiyonu sırasında oksijenin ortamdaki tüm karbonu tam olarak oksitlemeye yetmemesi veya sıcaklığın yeterli olmaması sonucunda ortaya çıkan bir eksik yanma ürünüdür.

Bu zehirli maddenin oluşması esnasında, eksik yanma yüzünden yeterli enerji elde edilemediğinden daha fazla yakıt tüketilir.

Karbon monoksit Karbon monoksit havadan ağır bir gaz olup, kent

havasında, havaya atıldığı eksoz borusu yüksekliğinde önemli artış gösterir.

Yüksek yapılaşmanın yarattığı kanyon etkisi veya cadde doğrultularının hakim rüzgar doğrultusuna uygun olmaması yüzünden kentin taze hava akımlarından yeterince yararlanamaması gibi nedenlerle, trafiğin yoğun bulunduğu ve yavaş olduğu kavşaklarda CO konsantrasyonu bazen çok büyük değerlere ulaşabilir.

Borusuz veya gaz sızdıran sobalar, kaçak yapan veya çekişi iyi olmayan bacalar, iyi yakılmayan veya sızdıran gazlı ısınma araçları, şofben vb. ev cihazlarının havalandırması yetersiz kapalı ortamlarda kullanılmaması gerekir. Bu hatalar dolayısıyla pek çok insan karbon monoksit zehirlenmesinden zarar görmekte ve ölmektedir.

VOC’ler (Uçucu Karbon Bileşikleri) ve PAH’lar (Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar) Eksik yanma ürünleri taşıyan ekzos gazından, endüstriyel

emisyonlara kadar hemen tüm atık gazlarda VOC ve PAH grubundan çok sayıda organik bileşik, gaz, buhar veya partikül madde halinde bulunabilir.

Bu gruplardaki bileşiklerin her biri hem kendi etkileriyle, hem de atmosferde kendi aralarında veya diğer bileşenlerle verdikleri reaksiyonlar sonunda ikincil olarak meydana gelebilen diğer gaz veya partikül maddeler dolayısıyla olumsuz etkiler yaratabilir.

Canlıların sağlığı ile ilgili etkileri; zehirlilik, kansere yol açma etkileri veya başka küresel sakıncalar şeklinde olabilmektedir.

Partikül maddeler (Aerosoller) Bir süre için havada askıda kalabilen sıvı veya katı madde

zerrecikleridir.

Pek çok atmosferik reaksiyonun hammaddesi, ürünü veya kolaylaştırıcısı olarak görev alır.

Yerden türbülanslı hareketlerle ve rüzgârlarla kalkan iri tozlardan, volkan püskürmelerinden, insan faaliyetlerinden, havada süren bazı reaksiyonlar sonunda yoğuşan maddelerden (ikincil aerosoller) ve polen, bitki parçaları gibi biyojenik parçalardan meydana gelebilir.

Havada gazlardan yoğuşan ince partikül maddeler kadar, iri tozların rüzgâr etkisiyle çarpışmalar sonunda ufalanarak havada kalış süresi uzayan irili ufaklı çeşitli tane iriliklerinde tozlar da bulunabilir.

Partikül maddeler

Ağır metaller (iz elementler)

Zararlı etkileri ile tanıdığımız kurşun (Pb), kadmiyum (Cd), civa (Hg) başta olmak üzere toksik ağır metal türevleri bu sınıfta yer alırlar.

Ağır metallerden başka arsenik, selenyum gibi bazı ametallerin organik türleri de hava kirletici maddeler arasında sayılmaktadır.

Ozon Ozon oksijenin yüksek enerji düzeyindeki bir halidir. Bu

nedenle O3 O2 dönüşümü dışarıya enerji verir, O2 O3

dönüşümü ise dışarıdan enerji alır.

Troposferde ozonun başlıca iki kaynağı vardır.

Bunlardan birincisi ortamdaki diğer ilgili moleküllerin (ki bunların oluşumu fotokimyasal adımlar da içerir) etkisiyle NO2’den NO’ya dönüşüm gerçekleşirken ozonun ortaya çıkmasıdır.

Diğeri ise atmosferin yerden 15-20’nci kilometresinde maksimum değere ulaşan ve uzaydan (güneşten) gelen öldürücü morötesi ışımayı engelleme görevini üstlenmiş olan, yani doğal bir koruyucu kalkan olan ozon tabakasından aşağılara doğru difüzyondur.

Ozon Benzinli taşıtların ve güneş ışınlarının bol

olduğu kentlerde yaz aylarında fotokimyasal sis görülür. Bu olayda gösterge parametre ozon konsantrasyonlarının artışıdır.

Ancak kentin işlek trafiğe sahip kısımlarında ozon oluşur oluşmaz NO tarafından hızla tüketildiği için, fotokimyasal sis mevcut olduğu halde buralardaki ozon konsantrasyonu artışı fazla olmayabilir.

Bu yüzden yüksek ozon seviyeleri, trafiğin yoğun olduğu kent merkezlerinden çok, kent çevresindeki tarım ve orman alanlarında görülebilir.