KOCAELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
ÇEVRE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI
DOKTORA TEZĠ
KOCAELĠ ATMOSFERĠNDE UÇUCU ORGANĠK
BĠLEġĠKLERĠN VE ĠNORGANĠK GAZLARIN DAĞILIMLARI,
KAYNAKLARI VE SAĞLIK RĠSKLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
AHMET TÜRKÜM
ÖNSÖZ VE TEġEKKÜR
Tez çalışmamda desteğini esirgemeyen, çalışmalarıma yön veren, bana güvenen ve yüreklendiren danışmanım Prof. Dr. Aykan KARADEMİR‘e sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Doktora öğrenimim boyunca görüşleri ile çalışmalarıma katkıda bulunan, karşılaştığım her zorlukta desteğini ve zamanını esirgemeyen hocam Yrd.Doç.Dr. Mihriban Civan‘a teşekkürlerimi sunarım.
Tez çalışmamın tüm aşamalarında bilgi ve destekleriyle katkıda bulunan hocam Prof. Dr. Gürdal Tuncel, Doç. Dr. Beyhan Pekey ve Doktor Öğretim Üyesi Güray Doğan‘a teşekkür ediyorum.
Tez çalışmamda gösterdikleri anlayış ve destek için jüri üyelerim sayın Prof.Dr. Hakan Pekey‘a, Doç. Dr. Pınar Ergenekon‘a teşekkürlerimi sunarım.
Akademik çalışmalarım sırasında, birçok aşamada beni destekleyen iş arkadaşlarım Dr. Selen Filizgök, Cengiz Öztürk ve Güneş Ekşi‘ye teşekkür ediyorum.
Tüm saha çalışmalarında yanımda bana destek olan meslektaşım Yasemin Güler‘e teşekkürü borç bilirim.
Hayatım boyunca bana güç veren en büyük destekçilerim, her aşamada sıkıntılarımı ve mutluluklarımı paylaşan aileme teşekkürlerimi sunarım.
ĠÇĠNDEKĠLER
ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR ... i
İÇİNDEKİLER ... ii
ŞEKİLLER DİZİNİ ... iv
TABLOLAR DİZİNİ ... vii
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ... viii
ÖZET... x ABSTRACT ... xi GİRİŞ ... 1 1. GENEL BİLGİLER ... 3 1.1. Hava Kirliliği ... 3 1.2. Hava Kirleticileri ... 5
1.2.1. Uçucu organik bileşikler ... 5
1.2.2. Kükürt bileşikleri ... 7
1.2.3. Azot oksitler ... 8
1.2.4. Ozon ... 9
1.2.5. Hava kalitesi mevzuatı ... 11
1.3. Hava Kirleticilerinin Örnekleme Teknikleri ... 17
1.4. Hava Kirliliğinin Sağlık Etkileri ... 20
1.4.1. Sağlık riski hesaplaması ... 24
1.5. Hava Kirliliği Kaynak Belirleme Modellemesi ... 28
1.5.1. Faktör analizi (FA) ve kimyasal kütle dengesi (CMB) ... 29
1.5.2. Pozitif matriks faktorizasyonu ... 31
2. MALZEME VE YÖNTEM ... 35
2.1. Çalışma Alanı... 35
2.2. Örnek Alma Noktaları ... 37
2.3. Örnekleme Süresi ... 45
2.4. Kirleticilerin Örneklenmesi ... 45
2.5. Meteorolojik Veriler ... 46
2.6. Kirleticilerin Analizi ... 49
2.6.1. Pasif örnekleme tüplerin hazırlanması ... 49
2.6.2. Analitik teknikler ... 49
2.6.3. UOB seçimi ... 51
2.6.4. GC-FID sistem parametrelerinin optimizasyonu ... 54
2.7. Nicelendirme ... 59
2.8. Veri Seti Kalite Güvencesi ve Kalite Kontrolü... 60
2.9. Monte Carlo Similasyonu ... 67
3. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 69
3.1. Kocaeli İli Kirletici Konsantrasyonları ... 69
3.2. Kocaeli İli Kirletici Konsantrasyonlarının Literatür Karşılaştırması ... 80
3.3. Kocaeli İli Kirletici Konsantrasyonlarının Mekansal Dağılımı ... 83
3.3.1. Kirlilk haritaları ... 83
3.3.2. Bölgelere göre kirlilik dağılımı ... 92
3.5. PMF ... 112
3.6. Sağlık Riski Değerlendirmesi ... 130
3.6.1. Monte Carlo simülasyonu ... 134
3.6.1.1. Monre Carlo simülasyonu kanser riski tahmini ... 137
3.6.1.2. Monre Carlo simülasyonu kanser olmayan sağlık riski tahmini ... 139
3.6.2. Sağlık riski literatür karşılaştırması ... 141
4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 145
KAYNAKLAR ... 148
KİŞİSEL YAYIN VE ESERLER ... 161
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
Şekil 1.1. Triloji: Kaynak – Taşınım – Reseptör ... 4
Şekil 1.2. Troposferik ozonun olusum ve parçalanma mekanizması ... 10
Şekil 1.3. UOB pasif örnekleme tüp şeması ... 18
Şekil 1.4. İnorganik radyal pasif örnekleme tüp şeması ... 20
Şekil 1.5. Kanserojen ve kanserojen olmayan kimyasallar için elde edilen doz-etkilenme eğrileri ... 24
Şekil 2.1. Kocaeli haritası ... 36
Şekil 2.2. Kocaeli ili grid bölümleri ... 38
Şekil 2.3. Sanayi kaynaklı ölçüm noktaları ... 41
Şekil 2.4. Trafik kaynaklı ölçüm noktaları ... 42
Şekil 2.5. Kentsel kaynaklı ölçüm noktaları ... 44
Şekil 2.6. Kırsal kaynaklı ölçüm noktaları ... 44
Şekil 2.7. Örnekleme noktaları ... 45
Şekil 2.8. Rüzgar gülü (Kış) ... 48
Şekil 2.9. Rüzgar gülü (Yaz) ... 48
Şekil 2.10. Pasif örnekleme tüplerinin dolumu ... 50
Şekil 2.11. Desorpsiyon ısısında analit geri kazanım bağımlılığı ... 55
Şekil 2.12. Soğuk tuzak sıcaklığının seçilen hedef bileşiklerin geri kazanımına etkisi ... 56
Şekil 2.13. Desorpsiyon süresinde analit iyileşmesinin bağımlılığı ... 57
Şekil 2.14. Beş noktalı kalibrasyon pikleri ve toluen için kalibrasyon eğrisi ... 59
Şekil 2.15. Kalibrasyon kromatogramı ... 62
Şekil 2.16. Numune kromatogramı ... 63
Şekil 2.17. Stiren için yaz ve kış zaman serisi grafiği ... 65
Şekil 2.18. n-Oktan için yaz ve kış zaman serisi grafiği ... 65
Şekil 2.19. Etil benzen – Ksilen dağılım grafiği (Yaz) ... 66
Şekil 2.20. Stiren – Ksilen dağılım grafiği (Yaz) ... 66
Şekil 2.21. n-Oktan – Ksilen dağılım grafiği (Yaz) ... 67
Şekil 3.1. Kocaeli hava kirleticileri kış mevsimi UOB yüzdelik oranları ... 73
Şekil 3.2. Kocaeli hava kirleticileri yaz mevsimi UOB yüzdeli oranları ... 78
Şekil 3.3. Kış mevsimi için SO2 konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 84
Şekil 3.4. Kış mevsimi için NO2 konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 85
Şekil 3.5. Kış mevsimi için O3 konsantrasyonlarının mekansal dağılımı ... 85
Şekil 3.6. Kış mevsimi için Benzen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 86
Şekil 3.7. Kış mevsimi için Toluen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 87
Şekil 3.8. Kış mevsimi için Etil benzen konsantrasyonlarının mekansal
dağılımı... 87
Şekil 3.9. Kış mevsimi için o-Ksilen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 87
Şekil 3.10. Kış mevsimi için m&p Ksilen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 88
Şekil 3.11. Yaz mevsimi için SO2 konsantrasyonlarının mekansal dağılımı ... 88
Şekil 3.12. Yaz mevsimi için NO2 konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 89
Şekil 3.13. Yaz mevsimi için O3 konsantrasyonlarının mekansal dağılımı ... 90
Şekil 3.14. Yaz mevsimi için Benzen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 91
Şekil 3.15. Yaz mevsimi için Toluen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 91
Şekil 3.16. Yaz mevsimi için Etil benzen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 91
Şekil 3.17. Yaz mevsimi için o-Ksilen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 92
Şekil 3.18. Yaz mevsimi için m&p Ksilen konsantrasyonlarının mekansal dağılımı... 92
Şekil 3.19. Endüstriyel Marker UOB‘lerin bölgelere göre medyan konsantrasyonları ... 97
Şekil 3.20. Sanayi Kaynaklı UOB‘lerin bölgelere göre medyan konsantrasyonları ... 99
Şekil 3.21. Trafik Kaynaklı UOB‘lerin bölgelere göre medyan konsantrasyonları ... 100
Şekil 3.22. Karışık Kaynaklı UOB‘lerin bölgelere göre medyan konsantrasyonları ... 101
Şekil 3.23. UOB konsantrasyonlarının yıllık bölgesel dağılımı ... 102
Şekil 3.24. Kocaeli hava kirleticileri Kış/Yaz oranları... 106
Şekil 3.25. Kocaeli hava kirleticileri bölgesel bazda Kış/Yaz oranları ... 111
Şekil 3.26. PMF analizi sonucunda elde edilen faktörlerin kaynak katkısı... 113
Şekil 3.27. PMF analizi sonucunda elde edilen faktörlerin kaynak katkısı... 114
Şekil 3.28. Kocaeli‘de Faktör 1'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve yüzdesi ... 116
Şekil 3.29. Faktör 1‘in G-skor dağılımı ... 117
Şekil 3.30. Kocaeli‘de Faktör 2'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve yüzdesi ... 118
Şekil 3.31. Faktör 2‘in G-skor dağılımı ... 119
Şekil 3.32. Faktör 3‘in G-skor dağılımı ... 120
Şekil 3.33. Kocaeli‘de Faktör 3'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve yüzdesi ... 121
Şekil 3.34. Faktör 4‘in G-skor dağılımı ... 122
Şekil 3.35. Kocaeli‘de Faktör 4'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve yüzdesi ... 123
Şekil 3.36. Faktör 5‘in G-skor dağılımı ... 124
Şekil 3.37. Kocaeli‘de Faktör 5'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve yüzdesi ... 125
Şekil 3.39. Kocaeli‘de Faktör 6'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve
yüzdesi ... 127
Şekil 3.40. Faktör 7‘nin G-skor dağılımı... 128
Şekil 3.41. Kocaeli‘de Faktör 7'de açıklanan türlerin konsantrasyonu ve yüzdesi ... 129
Şekil 3.42. Vücut ağırlığı frekans dağılımı grafiği ... 131
Şekil 3.43. Vücut ağırlığı için olasılık dağılımı grafiği ... 132
Şekil 3.44. Ortalama günlük inhalasyon hacmi için frekans dağılımı grafiği ... 133
Şekil 3.45. Tüm katılımcılar için günlük inhalasyon hacmi için olasılık dağılımı grafiği ... 134
Şekil 3.46. Monte Carlo Simülasyonu Etil benzen maruziyet sonuçları ... 135
Şekil 3.47. Monte Carlo Simülasyonu İsopropil benzen maruziyet sonuçları ... 136
Şekil 3.48. Monte Carlo Simülasyonu Toluen maruziyet sonuçları ... 136
Şekil 3.49. Monte Carlo Simülasyonu toplam kontaminasyon alımı ... 136
Şekil 3.50. Monte Carlo Simülasyonu Benzen‘in kanser riski sonuçları ... 137
Şekil 3.51. Kanser riskinin bölgesel dağılımı ... 139
Şekil 3.52. Monte Carlo Simülasyonu toplam tehlike oranı ... 140
TABLOLAR DĠZĠNĠ
Tablo 1.1. Temiz ve kirli hava konsantrasyonları ... 3
Tablo 1.2. BTEX grubu bileşiklerinin kimyasal formülü, molekül ağırlığı ve buhar basınç değerleri ... 6
Tablo 1.3. Hava kalitesi sınır değerleri... 11
Tablo 1.4. Yıllara göre hava kalitesi sınır değer değişimleri... 13
Tablo 1.5. EPA Hava Kalitesi İndeksi ... 15
Tablo 1.6. EPA Hava Kalitesi İndeksi ... 16
Tablo 1.7. İndeks hesaplanan parametrelerin sınır değerleri ... 16
Tablo 1.8. İnorganik gazların (NO2, SO2, O3) insan sağlığı üzerine etkileri ... 20
Tablo 1.9. Kirleticilerin sağlık riski kategorileri ... 22
Tablo 1.10. Kirleticilerin kanser riski kategorileri ... 23
Tablo 1.11. Kocaeli için sağlık riski değerlendirmesi yapılacak kimyasallar için eğim faktörü, referans konsantrasyonu ve referans doz ... 25
Tablo 2.1. Pasif örnekleme yapılan ölçüm noktaları ... 38
Tablo 2.2. Kocaeli ılinde 2016 yılında evsel ısınmada kullanılan katı yakıtların cinsi ve bu yakıtların temin edildiği yerler ... 43
Tablo 2.3. Meteorolojik veriler (Kış) ... 47
Tablo 2.4. Meteorolojik veriler (Yaz) ... 47
Tablo 2.5. Hedef UOB‘ler ve fizikokimyasal özellikleri ... 52
Tablo 2.6. Termal desorpsiyon ve GC-FID sistemi için çalışma koşulları ... 57
Tablo 3.1. Kocaeli hava kirleticileri kış mevsimi konsantrasyonları ve verilerle ilgili istatistiki değerler (µg m-3 ) ... 70
Tablo 3.2. Kocaeli hava kirleticileri yaz mevsimi konsantrasyonları ve verilerle ilgili istatistiki değerler (µg m-3 ) ... 75
Tablo 3.3. Kocaeli hava kirleticileri yaz ve kış konsantrasyonlarının yıllara göre limit değerler ile karşılaştırılması (µg m-3 ) ... 80
Tablo 3.4. Ortalama UOB konsantrasyonlarının literatür ile karşılaştırması (µg m-3 )... 80
Tablo 3.5. Kocaeli hava kirleticileri sektör bazlı Kış mevsimi medyan ortalama konsantrasyonları (µg m-3 ) ... 94
Tablo 3.6. Kocaeli hava kirleticileri sektör bazlı Yaz mevsimi medyan ortalama konsantrasyonları (µg m-3 ) ... 95
Tablo 3.7. Kocaeli hava kirleticileri kış ve yaz mevsimi medyan ortalama konsantrasyonları (µg m-3) ve mevsimler oranları ... 104
Tablo 3.8. Kocaeli hava kirleticileri bölgesel bazda Yaz/Kış oranları ... 109
Tablo 3.9. T:B ve mpX: EB oranları ... 115
Tablo 3.10. Monte Carlo Simülasyonu Kontaminasyon alımı (µg kg-1day-1) sonuçları ... 135
Tablo 3.11. Monte Carlo Simülasyonu Benzen Kanser Riski sonuçları (10-6) ... 137
Tablo 3.12. Monte Carlo Simülasyonu bölgesel kanser risk sonuçları (10-6) ... 138
Tablo 3.13. Monte Carlo Simülasyonu Kanser Olmayan Risk sonuçları (Tehlike oranı) ... 139
SĠMGELER VE KISALTMALAR DĠZĠNĠ NOX : Azotoksit O3 : Ozon N2O : Nitrözoksit NO : Nitrik Oksit CO2 : Karbondioksit CO : Karbonmonoksit SO2 : Kükürt Dioksit Kısaltmalar
ADI : Avarege Daily Intake (Günlük Alım Miktarı) ARF : Absolute Response Factor (Mutlak Yanıt Faktörü)
BTEX : Benzen, Toluen, Etil Benzen Ve Meta-, Para- Ve Orto-, Ksilenler Cl-UOB : Klorlu UOB'ler
CMB : Chemical Mass Balance (Kimyasal Kütle Dengesi) ÇŞİM : Çevre ve Şehircilik İl Müdürlüğü
EPA : Environmental Protection Agency (ABD Çevre Koruma Ajansı) FA : Faktör Analizi
FID : Flame Ionization Detector (Alev İyonizasyon Detektörü) GC : Gas Chromatography (Gaz Kromatografisi)
GIS : Geographic Information System (Coğrafi Bilgi Sistemi) HAP : Hazardous Air Pollutant (Tehlikeli Hava Kirleticileri) HKDYY : Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği HKİ : Hava Kalitesi İndeksi
HR : Hazard Rate (Tehlike Oranı)
IR : Inhalation Rate (İnhalasyon Oranı)
IRIS : Integrated Risk Information System (Entegre Risk Bilgi Sistemi) KVS : Kısa Vadeli Sınır Değer
LOEL : Lowest Observed Effect Level (En Düşük Gözlenen Etki Seviyesi) MTHM : Marmara Temiz Hava Merkezi
mpX: EB : M & P Ksilen : Etil Benzen
NMHC : Non Methane Hydrocarbons (Metan Olmayan Hidrokarbonlar)
NOEL : No Response Occur Effect Level (Yanıt Vermeyen En Yüksek Doz, En Düşük Gözlemlenen Etki Seviyesi)
PCA : Principal Component Analysis (Ana Bileşen Analizi) PF : Potansiyel Faktör
PM : Partikül Madde
PMF : Pozitif Matriks Faktorizasyonu
RfC : Kanserojen Olmayan Etki İçin Kronik İnhalasyon Maruziyeti RfD : Referans Doz
SF : Slope Factor (Eğim Faktörü) SSA : Saptama Sınırı Altı
T:B : Toluen:Benzen THM : Temiz Hava Merkezi UOB : Uçucu Organik Bileşikler UVS : Uzun Vadeli Sınır Değer
KOCAELĠ ATMOSFERĠNDE UÇUCU ORGANĠK BĠLEġĠKLERĠN VE ĠNORGANĠK GAZLARIN DAĞILIMLARI, KAYNAKLARI VE SAĞLIK RĠSKLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
ÖZET
Bu çalışmanın amacı, Kocaeli‘nin kirlilik düzeyini ortaya koymak ve organik bileşikler ve inorganik gazlar için mevsimsel ve sektörel farklılıkları değerlendirmektir. Ayrıca kirletici dağılım haritalarının oluşturularak, kirliliğin dağılımı incelemek, hava kirliliği modellemesi yaparak kirlilik kaynağı olan faktörleri belirlemek ve kirletici konsantrasyonlarının insan sağlığına etkilerini ortaya koymak çalışmanın önemli parçalarını oluşturmaktadır. Çalışmanın amacına ulaşmak için, Kocaeli ilinde belirlenen 45 noktada yaz ve kış mevsimleri olmak üzere birer haftalık pasif ölçümler yapılmıştır. Örnekleme istasyonları 14 adet sanayi, 14 adet trafik, 14 adet kentsel ve 3 adet kırsal ölçüm noktası olarak belirlenmiştir. Her bir pasif örnekleme istasyonunda dört adet pasif örnekleyici ile uçucu organik bileşikler, NO2, SO2 ve O3 ölçümleri yapılmıştır. Kirletici dağılım haritaları interpolasyon tekniği kullanılarak ve GIS yazılımı MAPİNFO kullanılarak oluşturulmuştur. Böylece uçucu organik bileşikler, NO2, SO2 ve O3 ‘in bölgede ne şekilde dağıldığı gösterilmiştir. Kirlilik haritaları yaz ve kış mevsimleri için ayrı ayrı hazırlanmıştır. Pozitif Matriks Faktorizasyonu ile kirlilik kaynakları belirlenmiştir. Maruz kalma modeli yardımıyla söz konusu kirleticiler için sağlık riski tahminleri Monte Carlo Simulasyonu (@Risk yazılımı) kullanılarak yapılmıştır. PMF analizi sonucunda, Kocaeli için 7 kirlilik kaynak faktörü tespit edilmiştir. Kanser riski 13,97×10-6 olarak tahmin edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Hava Kirliliği, Kirlilik Haritası, Monte Carlo Simülasyonu, PMF, Sağlık Riski.
DETERMINATION OF DISTRIBUTION, SOURCES AND HEALTH RISKS OF INORGANIC GASES AND ORGANIC COMPOUNDS IN KOCAELI ATMOSPHERE
ABSTRACT
The purpose of this study is to demonstrate the level of pollution of Kocaeli and to evaluate the seasonal and sectoral differences for the inorganic gases and organic compounds. It is also important to examine the distribution of pollution by creating pollutant distribution maps, to determine the factors of pollution source by modeling air pollution and to show the effects of pollutant concentrations on human health. In order to reach the aim of the work, weekly passive measurements were made at previously determined 45 points in Kocaeli province, including summer and winter seasons. Sampling stations were identified as 14 industry, 14 traffic, 14 urban and 3 rural measurement points. Volatile organic compounds, NO2, SO2 and O3 measurements were made with four passive samplers at each passive sampling station. Pollutant distribution maps were constructed using interpolation technique and using GIS software MAPINFO. Thus, distribution of volatile organic compounds, NO2, SO2 and O3 have been shown in the region. Pollution maps are prepared separately for summer and winter seasons. Pollution sources were identified by Positive Matrix Factorization. With the help of the exposure model, health risk estimations for measured contaminants were made using Monte Carlo Simulation (@Risk software). As a result of PMF analysis, 7 pollution source factors were determined for Kocaeli. The risk of cancer was estimated to be 13,97 × 10-6.
Keywords: Air Pollution, Pollution Map, Monte Carlo Simulation, PMF, Health Risk.
GĠRĠġ
Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerdekent merkezlerinde yaşayan insanlar modern yaşamın konfor ve rahatlığının yanı sıra sağlıklı ve temiz bir yaşam alanı da isterler. Bu toplumsal talepler motorlu araç yoğunluğunun kent merkezlerinde ve sanayileşmenin belli bölgelerde toplanmasını beraberinde getirir. Bu durum insan sağlığı ve çevre için tehlike teşkil eder. Kocaeli ili; ülkemizin en küçük sekizinci ili olmasına rağmen İstanbul‘dan sonra ikinci en yoğun nüfusa sahip olması, Avrupa ve Asya‘yı birbirine bağlayan kara ve deniz yollarının üzerinde olması ve ülke imalat sanayinde %13‘lük paya sahip olması nedeniyle ciddi çevre sorunlarıyla yüzleşmesi muhtemeldir. Kocaeli ilinde önceki yıllarda yapılan çalışmalar, bu bölgede hava kirliliği probleminin önemli çevre sorunlarından biri olduğunu göstermektedir. Bölgede yaşayan halkın günlük aktiviteleri sırasında maruz kaldığı kirleticilerin olası miktarlarının önceden tahmin edilmesi gerek bölge halkının sağlık risklerinin gerekse gelecekte yapılacak olan planlamaların seyri açısından son derece önemlidir. Bu anlamda bölgede yapılacak hava kirliliği modelleme çalışmaları ilgili kurum yöneticilerine büyük kolaylıklar sağlayacaktır.
Bu hava kalitesi çalışması, ―Yaşayan ve Yaşatan bir Kocaeli için Çevresel Durum Analizi‖ projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Söz konusu proje, Kocaeli Üniversitesi ve Kocaeli Valiliği arasında yapılan ortak bir proje olması ve bilimsel çalışmaların Fizik Bölümü, Biyoloji Bölümü ve Çevre Mühendisliği Bölümleri tarafından gerçekleştirilmiş olması nedeniyle, kurumlararası çalışmaya, ayrıca Üniversitemizde Bölümler ve Anabilim dalları arası çalışmaya bir örnek teşkil etmiştir.
Bu çalışma kapsamında Kocaeli ilinde belirlenen 45 noktada iki (2014 ve 2015 yaz ayları) yaz ve bir kış (2015 kış ayları) dönemi olmak üzere birer haftalık süreler boyunca pasif ölçümler yapılmıştır. Örnekleme istasyonları 14 adet sanayi, 14 adet trafik, 14 adet kentsel, 3 adet kırsal ölçüm noktası olarak belirlenmiştir.
Her bir pasif örnekleme istasyonunda dört adet pasif örnekleyici yerleştirilmiş ve uçucu organik bileşikler, NO2, SO2 veO3 örneklemeleri gerçekleştirilmiştir. Örnekler, soğuk zincir göz önüne alınarak, toplamanın ertesi günü analizlerin yapılması için ODTÜ Çevre Mühendisliği bölümüne gönderilmiştir Tez kapsamında, analiz sonuçları öncelikli olarak çevre mevzuatı uyarınca değerlendirilmiş ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra kirlilik haritaları oluşturularak kirliliğin dağılımı gözlemlenmiştir. Kirleticilerin bölgelere göre dağılımı ve mevsimsel değişimleri karşılaştırıldıktan sonra kaynak belirleme modeli olan PMF ile kirleticilerin olası kaynakları belirlenmiştir. Son olarak kanser ve kanser olmayan sağlık riski hesaplamaları yapılmıştır.
1. GENEL BĠLGĠLER 1.1. Hava Kirliliği
Atmosfer, Dünya'nın yüzeyini kaplayan ince bir gaz karışımından oluşmaktadır. Su hariç, atmosferik hava %78,1 (hacimce) azot, %21 oksijen, %0,9 argon ve %0,03 karbondioksitten oluşmaktadır. Normalde havanın hacme göre %1–3‘ü su buharıdır. Buna ek olarak, hava, neon, helyum, metan, kripton, nitröz oksit, hidrojen, ksenon, kükürt dioksit, ozon, azot dioksit, amonyak ve karbon monoksit de dahil olmak üzere, %0,002'nin altındaki seviyelerde çok çeşitli iz seviye gazları içerir (Williamson, 1973). Dışarıdan herhamgı bir etki olmadığı sürece konsantrasyonlar neredeyse sabit kalır veya yavaşça değişir. Doğal ve antropojenik nedenlerle atmosferde bulunan gaz konsantrasyonlarında değişimler meydana gelebilmektedir.
İnsan, bitki ya da hayvan yaşamını olumsuz yönde etkileyen, doğayı kirleten ve çeşitli maddi zararlar meydana getirebilen bir ya da birden fazla yabancı maddenin, havada normalin üzerinde miktarlara ulaşmasına hava kirliliği denilmektedir (Boubel ve diğ., 1994). Bazı temel kirleticiler için temiz ve kirli hava konsantrasyonları Tablo 1.1‘de verilmektedir (Schnelle and Brown, 2002).
Tablo 1.1. Temiz ve kirli hava konsantrasyonları (Schnelle and Brown, 2002)
BileĢen Temiz Hava Hava Kirliliği
Partikül Madde 10–20 μg/m3 260–3200 μg/m3 SO2 0,001–0,01 ppm 0,02–3,2 ppm CO2 300–330 ppm 350–700 ppm CO 1 ppm 2–300 ppm NOX 0,001–0,01 ppm 0,30–3,5 ppm Toplam Hidrokarbon 1 ppm 1–20 ppm Toplam Yükseltgen Madde 0,01 ppm 0,01–1,0 ppm
Geleneksel kirletici örnekleri arasında kükürt dioksit, azot oksitler, karbon monoksit, hidrokarbonlar, uçucu organik bileşikler (UOB'ler), hidrojen sülfür ve partikül madde yer almaktadır.
Kükürt dioksit ve azot oksitler gibi gazlar, difüzyon özellikleri gösterirler ve normal olarak, sıvı veya katı haldeki halini, sadece artan basıncın ve azalan sıcaklığın birleşik etkisi ile değiştiren biçimsiz akışkanlardır. Partikül maddeler, bireysel agregatların tekli küçük moleküllerden (yaklaşık 0,0002 mm çapında) daha büyük, fakat yaklaşık 500 mikrometreden (μm) daha küçük olduğu herhangi bir dağılmış madde, katı veya sıvıyı temsil eder (Goldsmith, 1977). Epidemiyolojik çalışmalar, özellikle partikül çap boyutu 2,5 μm (PM2.5)‘nin altında olan partikül maddelerin ciddi sağlık etkileri olduğunu ortaya koymuştur (Englert, 2004).
Bir hava kirliliği olayının ortaya çıkması için ilk önce bir kirlilik kaynağının olması daha sonra bu kirliliğin bir taşıma ortamı ile alıcı ortama ulaşması gerekmektedir (Şekil 1.1) (Liu ve diğ., 1999). Alıcı ortam insanları, diğer hayvanları, materyalleri ve bitkileri içerir. Hava kirliliğinin görüş mesafesini etkileyebileceği ve karayollarında seyahat etmeyi ve uçakların inişini zorlaştırarak hayatı tehlikeye atabileceği de bilinen bir gerçektir (Sloane, 1984).
Şekil 1.1. Triloji: Kaynak – Taşınım – Reseptör (Liu ve diğ., 1999)
Kaynak
Taşınım
Alıcı
Klimatoloji Türbülans ve difüzyon Topografı İnsan Hayvan Bitki Maddi Varlıklar Görüş Mesafesi Kaynak Türü Doğal İnsan Yapımı Konum Kirlilik Çeşidi Gaz Partikül Madde DayanıklılıkKirleticiler atmosfere öncelikle doğal kaynaklardan ve insan faaliyetlerinden girerler. Bu kirlilik, atmosferdeki kimyasal değişimlerden kaynaklanan ikincil kirliliğin aksine, birincil kirlilik olarak adlandırılmaktadır. Sülfür dioksitler, azot oksitler ve hidrokarbonlar başlıca birincil gaz halindeki kirleticilerdir, oysa ozon, azot oksit ve hidrokarbonlar arasındaki atmosferik fotokimyanın bir sonucu olarak ikincil bir kirletici olmaktadır (Liu ve diğerleri, 1999). Yanma, volkanik patlamalar, toz fırtınaları ve deniz spreyi partikül madde yayan birkaç süreçtir. Havadaki birçok parçacık, ikincil ürünler olarak aerosol üretmek için hava veya gaz fazında ikincil reaksiyonları katalize eden metal bileşikleridir (Lantzy ve Mackenzie, 1979).
Kentsel hava kirliliği, birçok kentsel alanda Dünya Sağlık Örgütü'nün (WHO) yönergelerinin üstündeki düzeylere ulaşarak dünya çapında önemli bir soruna dönüşmüştür (Faiz, 1993). Motorlu taşıt taşımacılığı, kentsel hava kalitesinde gözlenen düşüşün temel nedenidir ve motorlu taşıt kullanımının önemi, birçok kentsel alanda (Anderson ve diğerleri, 1996) artan trafik hacimleriyle (Kirby, 1995), araç emisyon kontrollerine rağmen artmaktadır. Bu durum, kentleşmenin (White and Whitney, 1992) ve araç filosundaki büyümenin (Faiz, 1993) dünyanın en yüksek seviyesinde olması beklenen (Dünya Sağlık Örgütü / Birleşmiş Milletler Çevre Programı, 1992) gelişmekte olan ülkeler için özellikle önemlidir.
1.2. Hava Kirleticileri
1.2.1. Uçucu organik bileĢikler (UOB)
Uçucu organik bileşikler, atmosferde gaz halinde meydana gelen 500‘den fazla bileşenden oluşan geniş bir kirletici grubudur (Krol ve diğ., 2010). Bunlar arasında alkanlar, alkenler, aldehitler (doymuş ve doymamış), ketonlar, halojenlenmiş ve aromatik hidrokarbonlar, esterler ve alkoller bulunmaktadır. UOB'lerin davranışlarını etkileyen fiziksel ve kimyasal özellikleri, kaynama noktalarından, buhar basıncından (Krol ve diğerleri, 2010), polariteden (Wang ve Austin, 2006), ozon oluşturma potansiyelinden (Ras ve diğ., 2009) ve bunların ekosistem ve sağlık etkilerinden oluşmaktadır (USEPA, 2017).
UOB‘ler kentsel havadaki başlıca organik kirleticiler arasındadır, bu da insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle büyük bir endişe kaynağı oluşturmaktadır.
Kanserojen ve toksik oldukları için uzun süreli sağlık riskleri ile ilişkilendirilmektedirler (Dewulf ve Van Langenhove, 1999). Ayrıca fotokimyasal süreçte önemli bir rol oynarlar, fotokimyasal ozon ve bazı ikincil organik aerosol üretimi için hava kalitesini ve atmosferin kimyasını etkilemektedirler (Carter, 1994; Dumanoğlu ve diğ., 2014; Sawyer, 1997).
Uçucu organik bileşikler, metan olmayan hidrokarbonlar (NMHC'ler), klorlu UOB'ler (Cl-UOB'ler) ve benzen, toluen, etil benzen ve meta-, para- ve orto-, ksilenler (BTEX) gibi çok çeşitli türleri içermekte olup çok çeşitli doğal ve antropojenik kaynaklar tarafından atmosfere salınımları gerçekleşmektedir. UOB'lerin ana kaynağı ısınma, sanayi ve ulaşım gibi antropojenik kaynaklardır. Bunlara ek olarak, otomobil egzozları, fosil yakıtlar kullanan yanma süreçleri, petrol rafinasyonu, petrol ürünlerinin depolanması ve dağıtımı, endüstriyel emisyonlar ve çözücülerin kullanımı UOB oluşumuna katkı sağlar (İlgen ve diğ., 2001; Zhao ve diğ., 2004). UOB'ler arasındaki biyojenik (biyolojik kökenli) bileşiklerin bazıları, bitki örtüsü, okyanuslar ve topraklar gibi doğal kaynaklar tarafından yayılmaktadır (Öztürk ve diğ., 2015; Sahu ve diğ., 2016), ancak bu katkılar kentsel atmosferde genellikle küçüktür (Barletta ve diğ. 2005). Kentsel ortam havasında en çok gözlenen BTEX grubu bileşiklerinin kimyasal formülü, molekül ağırlığı ve buhar basınç değerleri (EPA, 2013) Tablo 1.2‘de verilmiştir.
Tablo 1.2. BTEX grubu bileşiklerinin kimyasal formülü, molekül ağırlığı ve buhar basınç değerleri (EPA, 2013)
Bileşikler Kimyasal Formül Molekül Ağırlığı (g/mol) Buhar Basıncı (mm Hg) (25 ̊C‘de) Benzen C6H6 78,11 95,2 Toluen C7H8 92,15 28,4 Etil benzen C8H10 106,16 9,53 Ksilenler C8H10 106,16 6,72
UOB'ların ortam havası konsantrasyonları, arazi kullanımı ve çeşitli antropojenik kaynakların varlığı nedeniyle farklı bölgeler arasında büyük farklılıklar göstermektedir. Çok sayıda UOB arasında, Cl-UOB ve BTEX hemen hemen tüm
kentsel alan çalışmalarında baskın türler olarak gözlenmiştir. Bunların çevre kirliliği düzeyleri, konsantrasyonları ve farklı kaynaklara yansıyan varyasyon modelleri ve potansiyel sağlık riskleri belirlenmiştir. Cl-UOB, son yıllarda çevre havası ortamında yaygın olarak tespit edilen bir grup herbisittir (Huang ve diğ., 2014). Bu halokarbonlar esas olarak antropojenik kaynaklardan gelir ve insan için kanserojen olarak kabul edilir (Ruoyu ve diğ., 2018). Cl-UOB'ler, pestisitler, soğutucular ve eczacılık ürünleri gibi birçok endüstriyel proses için çözücü olarak yaygın şekilde kullanılmakta olup, aynı zamanda kuru temizleme ve metal yağ giderme için de kullanımları mevcuttur; böylelikle günlük yaşamımızda ve endüstriyel gelişimde önemli bir rol oynamaktadırlar (Doherty, 2000; Huang ve diğ., 2014). BTEX grubunda en fazla görülen bileşikler sırasıyla ksilen, toluen, benzen ve etil benzendir. Ksilen ham petrol rafinasyonundan çıkmakta iken, toluen endüstriyel üretimde çözücü olarak kullanılan önemli bir bileşendir. Benzen ise fosil yakıtların (kömür, petrol ve odun) yanmasının bir sonucu olarak oluşmaktadır (Anderson ve diğ., 1974; Lee ve diğ., 2002).
UOB'lere maruz kalmak, astım, duyu irritasyonu ve sinir sistemi bozukluğu gibi çok çeşitli akut ve kronik sağlık etkilerine neden olabilir (Otto ve diğ., 1992; Tang ve diğ., 2005; Guieysse ve diğ., 2008; Petry ve diğ. 2014, Yuyang ve diğ., 2018). Diklorometan, trikloroetilen ve BTEX gibi bazı UOB'ler, mutajenler veya kanserojenler olarak tehlikeli hava kirleticileri (HAP'ler) arasında sınıflandırılır (EPA, 1990; EPA, 2003; Finlayson-Pitts ve Pitts, 1999). UOB'lerin insan sağlığı üzerindeki zararlı etkilerini değerlendirmek için, genellikle kanserojen ve kanserojen olmayan risk değerlendirmeleri etkin araçlar olarak kullanılmaktadır (Asante-Duah, 1993; EPA, 2005; Ruoyu ve diğ., 2018).
1.2.2. Kükürt bileĢikleri
Yılda yaklaşık 100 milyon metrik tonluk kükürt, küresel atmosfere antropojenik faaliyetler, özellikle de kömürün ve diğer fosil yakıtların yanması sonucu SO2 olarak girmektedir (Lantzy ve Mackenzie, 1979). Kükürt dioksit emisyonlarını kabul edilebilir seviyelerde tutmak için, kömür içinde bulunan kükürt bileşikleri giderildikten sonra kullanılmalıdır (Bertine ve Goldberg, 1971). Kömürdeki sülfürün yaklaşık yarısı bir çeşit pirit, FeS2 ve diğer yarısı organik sülfürdür (Maynard, 1998).
Kükürt dioksitin partikül sülfata oksidasyonu, asit yağmurlarının, küresel iklim değişikliğinin ve muhtemel insan ölüm hızının artmasıyla ilişkili olduğu için artan bir önem kazanmıştır. Sülfat aerosollerinin, bulutların radyasyon yönünden etkilerini belirleyen ve görünürlüğün bozulmasına neden olan önemli bir bulut yoğuşma çekirdeği kaynağı olduğu düşünülmektedir (Gebhart ve Malm, 1994; Malm, 1989; White, 1990). Parçacık sülfat ayrıca, kısa dalga güneş ışınlarını saçarak küresel güneş ışıması dengesini de etkilemektedir (Bolin ve Charlson, 1976; Shaw, 1983; Charlson ve diğ., 1990, 1992). Toplam güneş ışınımındaki azalma Stanhill ve Moreshet (1994) tarafından bildirilmiştir.
1.2.3. Azot oksitler
Troposferdeki başlıca reakif azot oksit türleri NO, NO2 ve HNO3‘tür. Kirlenmiş havada renksiz, kokusuz azot oksit (NO) ve keskin kırmızı-kahverengi azot dioksit (NO2) varlığı kirlilik bakımından çok önemlidir. NO ve NO2 (NOx), atmosfere salınan birincil form olmasına rağmen, NO'nun NO2'ye dönüşümü, troposferde nispeten hızlıdır (Manahan, 2001). Bu gazlar, atmosfere yıldırım ve biyolojik süreçler gibi doğal kaynaklardan ve antropojenik kaynaklardan girmektedir. NO2, bölgesel olarak yüksek NO2 konsantrasyonları nedeniyle, özellikle fotokimyasal duman oluşumu, ve hava kalitesinin aşırı derecede bozulmasına yol açması bakımından daha önemlidir. Genel anlamda tüm antropojenik NO2, hem durağan hem de hareketli kaynaklarda (motorlu araçlar) fosil yakıtların yanması sonucu atmosfere girmektedir (Stevens, 1998).
Mikrobiyel olarak üretilen nitröz oksit (N2O) troposferde reaktif değildir ve alt atmosferdeki önemli kimyasal reaksiyonları önemli ölçüde etkilemez. Fotokimyasal tepkime ve tekil atomik oksijen ile reaksiyona bağlı olarak stratosferdeki yüksekliğine bağlı olarak seviyeleri hızla düşer (Rogers ve William, 1991). Bu reaksiyonlar ozon tabakasının tükenmesi açısından önemlidir. Aynı zamanda N2O etkili bir sera gazıdır.
Benzinle çalışan motorlu taşıtların kentsel NOx seviyeleri üzerindeki katkısı, durağan kaynaklardan kaynaklanan emisyonlardan daha belirgindir. Atmosferik kimyasal reaksiyonlar NOx'i nitrik asidi, inorganik nitrat tuzlara, organik nitratlara
1.2.4. Ozon
Kokusuz ve renksiz bir gaz olan ozon, üç oksijen atomundan oluşmaktadır. Ozon (O3)atmosferin değişik kademelerinde oluşmakta ve bulunduğu yere göre zararlı etki gösterebilmektedir. Yer seviyesindeki (troposferik) ozon zararlı bir kirletici olarak adlandırılırken, atmosferin üst seviyelerinde (stratosferik) yer alan ozon yararlı bir gaz olarak kabul edilmektedir. Stratosferik ozon yaşamsal önem taşırken, troposferik ozon bir kirletici olarak çevreye zarar verir. (Müezzinoğlu, 2003; Özbay, 2012). Atmosferdeki stratosfer tabakasında, yeryüzünün 16 – 50 km üzerinde doğal olarak oluşan ozon, koruyucu bir tabaka görevi görerek yer yüzünü güneşin zararlı ultraviyole ışınlarından korur. Yer yüzeyine daha yakın seviyelerde; antropojenik kaynaklardan (ısınma, motorlu taşıtlar, termik santraller ve fabrikalar) atmosfere verilen NOx ve UOB kirleticileri, güneş ışınlarının etkisiyle kimyasal olarak reaksiyona girmekte ve bu reaksiyon sonucunda ozon oluşmaktadır. İnsan ve çevre sağlığına olumsuz etkileri olan troposferik ozon, özellikle yaz mevsiminde güneşli havalarda ve yüksek sıcaklıkta oluşmaktadır (MTHM, 2015). Troposferik ozonun oluşum ve parçalanma mekanizması Şekil 1.2‘de verilmiştir.
Troposferik O3 yüksek seviyelerde insan sağlığına ve bitki örtüsüne zarar veren önemli bir kirletici olmasından ötürü atmosferdeki konsantrasyonun azaltılması için öncelik verilen kirleticilerden biri olmuştur (Monks et al., 2015). Aynı zamanda iklim değişikliğine katkıda bulunan önemli bir radyal aktif iz gazıdır (IPCC, 2007). Bunun bir sonucu olarak, torposferik ozon konsantrasyonlarını azaltmak için çeşitli çalışmalar yürütülmekte ve , ozonun öncü emisyonlarını, yani azot oksitleri (NOx) ve uçucu organik bileşiklerin emisyonlarını kontrol ederek hava kalitesi standartlarını, veya kriterlerini sağlamak amaçlanmaktadır. bu bağlamda ileri düzey atmosferik kimya modelleri, O3'u içeren atmosferik süreçleri ele almak ve kentsel alandan küresel ölçeklere kadar politika üretmeye rehberlik etmek için kullanılmaktadır (Derwent ve diğ., 2018).
Şekil 1.2. Troposferik ozonun olusum ve parçalanma mekanizması (Hayman ve diğ.,2002)
Troposferik ozon kirliliğinin etkileri açısından çocuklar, dış ortamda uzun süre bulunan yetişkinler, astım gibi solunum hastalığı olan ve ozona karşı çok hassas olan kişiler en hassas olan gruplardır. Ozonun fiziksel aktivite esnasında, akciğerlerin derinliklerine kadar etki göstermesi nedeniyle, dışarıda aktif olan kişiler de riskli grubu oluşturmaktadır (Özbay, 2012).
Yüksek ozon seviyeleri, bitkiler üzerinde, çesitli ticari ve doğal ürünler üzerinde ve insan sağlığı (özellikle akciğerler) üzerinde olumsuz etkiler göstermektedir (Wang ve Georgopoulos, 2001). Ozonun atmosferik oluşumunda, dağılımında, taşınımında ve seyrelmesinde rüzgar yönü, rüzgar hızı, sıcaklık, bağıl nem, yağış gibi bölgesel meteorolojik koşulların etkili olduğu bilinmektedir (Duenas ve diğ., 2002; Satsangi ve diğ., 2004; Elminir, 2005).
06.06.2008 tarih ve 26898 sayılı Resmi Gazete‘de yayımlanan Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği (HKDYY) uyarınca ozon için ozon öncü
maddelerinin ölçümü tavsiye edilmiştir. Bu ölçüm azot oksitleri ve uygun UOB‘leri kapsamalıdır. Söz konusu yönetmelik uyarınca ölçülmesi önerilen bileşikler; 1-büten, izopiren, etil benzen, etan, trans-2-büten, n-hekzan, m+p-ksilen, etilen, cis-2-büten, i-hekzan, o-ksilen, asetilen, 1,3-bütadien, heptan, 1,2,4-trimetil benzen, propan, n-pentan, n-oktan, 1,2,3-trimetil benzen, propen, i-n-pentan, i-oktan, 1,3,5-trimetil benzen, n-bütan, 1-penten, benzen, formaldehit, i-bütan, 2-penten, toluen, ve toplam metan içermeyen hidrokarbonlardır.
1.2.5. Hava kalitesi mevzuatı
Ülkemizde hava kalitesi sınır değerleri HKDYY‘inde belirlenmiştir. Söz konusu yönetmelik uyarınca ülkemizde uygulanan 2018 yılı hava kalitesi sınır değerleri Tablo 1.3‘de verilmiştir.
Tablo 1.3. Hava kalitesi sınır değerleri
Kirletici Parametreler Ölçüm Periyodu Ülkemizde Uygulanan Limit Değerler (2018 Yılı) Kükürtdioksit SO2 (µg/m3) Saatlik 380 Günlük 150 Uyarı Eşiği (3 ardışık saat) 500
Saatlik Aşım Sayısı 24 /yıl (01.01.2019) Günlük Aşım Sayısı 3 / yıl (01.01.2019)
Yıllık (Ekosistem) 20
Partikül Madde PM10 (µg/m3)
Günlük 60
Yıllık 44
Tablo 1.3. (Devam) Hava kalitesi sınır değerleri Kirletici Parametreler Ölçüm Periyodu Ülkemizde Uygulanan Limit Değerler (2018 Yılı) Azotdioksit NO2 (µg/m3) Saatlik 260 Yıllık 44 Uyarı Eşiği (3 ardışık saat) 400
Saatlik Aşım Sayısı 18 / yıl (01.01.2024) Azotoksitler
NOx (µg/m3) Yıllık (Ekosistem) 30 Karbonmonoksit
CO (mg/m3) 8 saatlik Ortalama 10
Ozon O3 (µg/m3)
8 saatlik Ortalama 120
Bilgi Eşiği (saatlik) 180 (01.01.2022) Uyarı Eşiği (saatlik) 240 (01.01.2022) Benzen C6H6 (µg/m3 ) Yıllık 8 KurĢun Pb (µg/m3) Yıllık 0.6 Arsenik As (ng/m3) Yıllık 6 (01.01.2020) Kadmiyum Cd (ng/m3) Yıllık 5 (01.01.2020) Nikel Ni (ng/m3) Yıllık 20 (01.01.2020) Benzoapiren B(a)p (ng/m3) Yıllık 1 (01.01.2020)
Bu doktora çalışması uyarınca uçucu organik bileşikler, NO2, SO2 ve O3 ölçümleri yapılmış olmasına rağmen Çevre Mevzuatında NO2, SO2 ve O3 gazları için ve organik bileşik olarak sadece benzen için bir limit değer bulunmaktadır.
Söz konusu yönetmelik Avrupa Birliğinin 96/62/EC, 99/30/EC, 2000/69/EC, 2002/3/EC ve 2004/107/EC sayılı direktifleri dikkate alarak hazırlanmış ve 2024 yılı tarihi itibariyle tüm parametrelerde Avrupa Birliği limit değerlerini sağlayacak şekilde kademeli bir düşüş öngörülmüştür.
Saha ölçümlerinin 2015 yılında yapıldığı göz önüne alınarak ölçüm sonuçları ölçüm yılı olan 2015, tez tarihi olan 2018 ve hedeflenen Avrupa Birliği limit değerleri ile karşılaştırılmıştır. Yıllar için geçerli olaan limit değerler Tablo 1.4‘de verilmiştir. Tablo 1.4. Yıllara göre hava kalitesi sınır değer değişimleri
Parametre 2008 yılı 2015 yılı 2018 yılı
Avrupa Birliği Limit (Hedef) SO2 [µg/m³] 150 20 20 20 NO2 [µg/m³] 100 56 44 40 (2024) O3 [µg/m³] 120 120 120 120 Benzen [µg/m³] 10 10 8 5 (2021)
HKDYY 2008 yılında yürürlüğe girdiği zaman, NO2 için yıllık 100 μg/m3 olarak belirlenen sınır değer örneklemenin yapıldığı 2015 yılı için limit değer 56 μg/m3
ve 2018 yılı için 44 μg/m3
olarak belirlenmiştir. Söz konusu kirletici için Avrupa Birliği Limit değeri olan 40 μg/m3 ‗a 2024 yılında ulaşmak hedeflenmiştir.
HKDYY 2008 yılında yürürlüğe girdiği zaman, SO2 için yıllık 150 μg/m3 olarak belirlenen sınır değer 2014 yılı itibariyle Avrupa Birliği Limit değeri olan 20 μg/m3‗e düşürülmüştür.
HKDYY 2008 yılında yürürlüğe girdiği zaman, O3 için günlük, haftalık ya da yıllık değer belirlenmemiştir. Bir yılda maksimum günlük 8 saat ortala değer 120 μg/m3 olarak belirlenmiştir. Söz konusu kirletici için Avrupa Birliği Limit değeri olan ‗üç yıllık ortalama alındığında bir yılda 25 günden daha fazla süre boyunca 120 μg/m3 aşılmayacak‘ kriterine 2022 yılı itibariyle ulaşmak hedeflenmiştir.
UOB‘ler arasında sadece benzen için limit değer tanımlanmıştır. HKDYY uyarınca, örneklemenin yapıldığı 2015 yılı için limit değer 10 μg/m3
ve 2018 yılı için 8 μg/m3 olarak belirlenmiştir. Söz konusu kirletici için Avrupa Birliği Limit değeri olan 5 μg/m3‘a 2021 yılında ulaşmak hedeflenmiştir.
Pek çok parametre ve birçok kirletici içermesinden ötürü, hava kirliliği hakkında değerlendirme yapmak için belli bir bilgi birikimi ve deneyim gerekir. Bu bilgi ve birikim tüm toplum tarafından bilinmesi mümkün olmadığı için toplumun kirliliği daha rahat anlayabilmesi için tüm dünyada hava kalitesi indeksleri (HKİ) oluşturulmuştur.
Bu indekse göre hava kalitesi iyi, orta, hassas, sağlıksız, kötü ve tehlikeli olacak şeklinde derecelendirme yapılmaktadır. HKİ kullanılan yöntem, kriter ve limitlere göre tüm dünyada farklılıklar gösterebilmektedir. Türkiye‘nin Ulusal Hava Kalitesi İndeksi, EPA Hava Kalitesi İndeksinin, 5 temel kirletici için, Türkiye‘nin mevzuatına ve limit değerlerine uyarlanmasıyla oluşturulmuştur. Bunlar; partikül maddeler, karbon monoksit, kükürt dioksit, azot dioksit ve ozondur.
HKİ değeri, bölgedeki her bir kirletici için ayrı ayrı hesaplanır. Her bir kirletici için hesaplanan en yüksek HKİ, o güne ait HKİ değerini oluşturur. EPA hava kalitesi indeksi Tablo 1.5 ve Tablo 1.6‘da, İndeks Hesaplanan Parametrelerin Sınır Değerleri ise Tablo 1.7‘de verilmiştir (Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, 2018).
Tablo 1.5. EPA hava kalitesi indeksi değerleri Hava Kalitesi Ġndeksi (HKI) Sağlık EndiĢe Seviyeleri Renkler Anlamı Hava Kalitesi İndeksi bu aralıkta olduğunda Hava kalitesi koşulları Bu renkler ile sembolize edilir
ve renkler bu anlama gelir
0 – 50 İyi Yeşil
Hava kalitesi memnun edici ve hava kirliliği az riskli veya hiç risk teşkil etmiyor.
51 – 100 Orta Sarı
Hava kalitesi uygun fakat alışılmadık şekilde hava kirliliğine hassas olan çok az sayıdaki insanlar için bazı kirleticiler açısından orta düzeyde sağlık endişesi oluşabilir.
101- 150 Hassas Turuncu
Hassas gruplar için sağlık etkileri oluşabilir. Genel olarak kamunun etkilenmesi olası değildir.
151 - 200 Sağlıksız Kırmızı
Herkes sağlık etkileri yaşamaya başlayabilir, hassas gruplar için ciddi sağlık etkileri söz konusu olabilir.
201 - 300 Kötü Mor
Sağlık açısından acil durum oluşturabilir. Nüfusun tamamının etkilenme olasılığı yüksektir.
Tablo 1.6. EPA hava kalitesi indeksi sınır değerleri Ġndeks HKĠ SO2 [µg/m³] NO2 [µg/m³] CO [µg/m³] O3 [µg/m³] PM10 [µg/m³] 1 Sa. Ort. 1 Sa. Ort. 8 Sa.
Ort. 8 Sa. Ort.
24 Sa. Ort. Ġyi 0 – 50 0-100 0-100 0-5500 0-120 0-50 Orta 51 – 100 101-250 101-200 5501-10000 121-160 51-100 Hassas 101 – 150 251-500 201-500 10001-16000 161-180 101-260 Sağlıksız 151 – 200 501-850 501-1000 16001-24000 181-240 261-400 Kötü 201 – 300 851-1100 1001-2000 24001-32000 241-700 401-520 Tehlikeli 301 – 500 >1101 >2001 >32001 >701 >521
Tablo 1.7. İndeksi hesaplanan parametrelerin sınır değerleri
Parametre Ulusal Sınır Değer
AB Üye Ülkeleri Sınır Değeri SO2 [µg/m³] 1 Sa. Ort. 380 350 NO2 [µg/m³] 1 Sa. Ort. 260 200 CO [µg/m³] 8 Sa. Ort. 10 10 O3 [µg/m³] 8 Sa. Ort. 120 120 PM10 [µg/m³] 24 Sa. Ort. 60 50
1.3. Hava Kirleticilerinin Örnekleme Teknikleri
Kentsel alanda ısınma, trafik ve sanayi kaynaklı çok sayıda antropojenik UOB rutin olarak çevre ortamına yayılmaktadır. Bu UOB'nin atmosferik konsantrasyonları ppb veya daha düşük seviyelerde olabilmektedir. Havadaki UOB konsantrasyonunun ölçülmesi, kirliliğin kaynak ve ulaşım mekanizmalarını belirlemek, sağlık etki çalışmaları için, ozon oluşumunun tespiti için ve yasal sınırlara uyumu belirlemek gibi birçok nedenden dolayı gereklidir. Havadaki UOB konsantrasyonları zaman içerisinde dalgalanma gösterebilmekte olup bu dalgalanmaları karşılamak için pek çok ölçüm teknikleri tasarlanmıştır. UOB ölçümleri, atmosferde bulunabilen hidrokarbon karışımlarının ve düşük seviyedeki konsantrasyonlarının aşırı karmaşıklığı nedeniyle zor olmasına rağmen doğru, hassas ve basit teknikler son yıllarda oldukça fazla artmıştır. UOB konsantrasyonunun belirlenebilmesi için birkaç farklı yöntem vardır. İlk yöntem, kızıl ötesi spektrometreler ya da portatif gaz kromatografisi ya da detektörleri gibi yakın gerçek zamanlı aletlerin kullanılmasıdır. Bununla birlikte, bu aletlerin kullanımında maliyet, stabilite, alan kalibrasyonu ve güç kaynağı sınırlamaları vardır (Harper, 2000).
Diğer ve daha yaygın olarak kullanılan yöntem ise sahada örnek almak ve analiz için bir laboratuvara göndermektir. Bu amaçla, seçici sorbentler üzerinde tüpler veya adsorpsiyon kullanılarak bütün hava örneklemesi yapılmaktadır. Seçici sorbentlerde hava örneklemesini adsorbe etmek için aktif (pompalanmış) örnekleme veya pasif (difüzyon) örnekleme yöntemleri kullanılabilmektedir. Seçici sorbentin desorpsiyonu, termal desorpsiyon veya çözücü desorpsiyonu ile sağlanabilmektedir (Civan, 2010). Aktif örnekleme teknikleri güvenilir konsantrasyon verileri ve yüksek zamansal çözünürlük sağlamaktadır (Hayward ve diğ., 2010).
Bununla birlikte, bu teknikler sadece meteorolojik varyasyonlarla ve kısa süreli bir seyir boyunca anlık emisyonlarla kolayca modifiye edilen günlük kirletici konsantrasyonlarını belirlemektedir (Mari ve diğ., 2008). Ayrıca, nispeten yüksek maliyeti, elektrik gereksinimi, uzman personelin düzenli olarak ölçüm noktalarını ziyaret etme mecburiyeti, kalibrasyon ve aktif örnekleyicilerin bakımı aktif örneklemenin kullanımını sınırlamaktadır (Beamer ve diğ., 2014).
Bunun aksine, pasif hava örnekleyicileri nispeten uzun bir süre boyunca kirleticileri toplayabilmektedir ve bunun yanı sıra basit, düşük maliyetli ve enerji girişi gerektirmezler. Bu özellikler, pasif örnekleyicileri büyük ölçekli izleme ve veri sağlamak için daha uygun hale getirmektedir (Seethapathy ve diğ., 2008; Li ve diğ., 20018). Bu nedenlerden ötürü pasif örnekleme yöntemi seçilmiştir. Eksenel UOB pasif örnekleme tüp şeması Şekil 1.3‘te verilmiştir.
Şekil 1.3. UOB pasif örnekleme tüp şeması (Roche ve diğ., 1999)
Pasif difüzif örneklemede, statik bir katmandan difüzyon veya bir membran yoluyla geçirgenlik gibi fiziksel bir işlem tarafından kontrol edilen bir hızda atmosferden gaz ve buhar kirleticileri örneklerini alabilen bir bir örnekleyici kullanılır (Brown, 1993).
Gaz fazı kirleticilerinin hava hareketiyle adsorban yüzeyine adsorpsiyonu, Fick‘in Birinci Yasasına dayanmaktadır. Derişim farkı ile taşınan analitin M (µg) miktarı, konsantrasyon gradyanı doğrusal olduğunda ve toplama verimliliği %100 olduğunda Denklem (1.1) ile açıklanmıştır (Gorecki ve Namiesnik, 2002, Civan, 2010),
M=U×t = DA
L (C0- Ca)×t (1.1)
U : Tutma Sabiti (l/sn)
t : Zaman (sn)
D : Analitin moleküler difüzyon katsayıları (cm2/s)
A : Difüzyon yolunun kesiti (cm2)
L : difüzyon yolunun toplam uzunluğu (cm) C0: incelenen ortamın analit konsantrasyonu (g/cm3) Ca: kirliliğin başlangıçta tüp üzerindeki konsantrasyonu (g /cm3) Pasif örneklemede tüpün üzerindeki kirliliğin konsantrasyonu sıfır kabul edilir. Denklem 1.1‘de konsantrasyon yalnız bırakılarak Denklem (1.2) elde edilir,
C0 = t ×D ×AM × L
(1.2)
Tutma sabiti terimini (D x A / L) Denklem (1.2)‘de yazdığımızda kirleticinin havadaki derişişimi Denklem (1.3) ile hesaplanır,
Konsantrasyon (µg/m³)= M (ng)
U snl ×t (sn) (1.3) İnorganik pasif örnekleme yöntemi teorisi, organiklerden farklıdır. Kirletici maddelere dayanarak, kimyasal olarak seçilen kimyasallarla kaplanmış filtre yüzeyine emilir. Manning ve diğ., (1996) 'ya kadar yapılan inorganik kirleticilerin belirlenmesine dayanan çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Glasius ve diğ., (1999); Sickles, (1990); Gair ve Penket (1991), pasif örnekleyiciler tarafından elde edilen değerlerin ilgili sürekli veya aktif ölçüm yöntemleriyle iyi korelasyonunu belirlemiştir (Civan, 2010).
İnorganik radyal pasif örnekleme tüpleri polietilen silindirden oluşmaktadır ve iki yanında da selüloz kapak bulunmaktadır. NO2 ve SO2 pasif örneklemesinde Trietanolamin (TEA) emdirilmiş absorblayıcı kartuş, O3 örneklemesinde de 1,2-bis 4-piridiletilen (DPE) emdirilmis silika jel silindirin içine konulmaktadır. İnorganik pasif örnekleme tüp şeması Şekil 1.4‘te verilmiştir.
Şekil 1.4. İnorganik radyal pasif örnekleme tüp şeması (Özaslan, 2008)
1.4. Hava Kirliliğinin Sağlık Etkileri
Son yıllarda trafik, ısınma ve sanayi kaynaklı antropojenik hava kirliliğinin artmasına paralel olarak bu kirlilk türüyle ilişkili sağlık problemlerinde artış gözlenmeye başlamıştır. EPA (2018a) NO2, SO2, O3‘ü değerlendirirken söz konusu inorganik gazları sağlık etkileri olan hava kirleticileri olarak belirtmiş ve UOB‘leri ise toksik hava kirleticisi olarak değerlendirmiştir. İnorganik gazların (NO2, SO2, O3) insan sağlığı üzerine etkileri Tablo 1.8‘de verilmiştir.
Tablo 1.8. İnorganik gazların (NO2, SO2, O3) insan sağlığı üzerine etkileri (EPA, 2018)
Ġnorganik
Gaz Sağlık Etkisi
NO2
Yüksek NO2 konsantrasyonuna sahip hava, insan solunum sisteminde
hava yollarını tahriş edebilir.
Kısa dönemlerdeki bu gibi maruziyetler solunum yolu hastalıklarını, özellikle astımı, solunum semptomlarını (öksürme, hırıltılı solunum veya nefes alma zorluğu gibi), hastane yatışlarını ve acil servislere yapılan ziyaretleri şiddetlendirebilir.
Yüksek NO2 konsantrasyonlarına daha uzun maruziyet, astım
gelişimine katkıda bulunabilir ve potansiyel olarak solunum yolu enfeksiyonlarına karşı duyarlılığı artırabilir.
Astımı olan insanlar, hem de çocuklar ve yaşlılar genellikle NO2'nin
Tablo 1.8. (Devamı) İnorganik gazların (NO2, SO2, O3) insan sağlığı üzerine etkileri
(EPA,2018) Ġnorganik
Gaz Sağlık Etkisi
SO2
SO2'ye kısa süreli maruziyet, insan solunum sistemine zarar
verebilir ve nefes almayı zorlaştırabilir. Çocuklar, yaşlılar ve astım hastası olanlar SO2'nin etkilerine özellikle duyarlıdır.
Havadaki yüksek SO2 konsantrasyonlarına yol açan SO2
emisyonları genellikle diğer kükürt oksitlerin (SOx) oluşumuna da yol açar. SOx, atmosferdeki diğer bileşiklerle reaksiyona girerek küçük parçacıklar oluşturabilir. Bu parçacıklar, partikül madde (PM) kirliliğine katkıda bulunur: parçacıklar, akciğerlerin hassas kısımlarına derinden nüfuz edebilir ve ek sağlık sorunlarına neden olabilir.
O3
Ozon, hava yollarındaki kasların alveollerde havayı hapsetmesine neden olabilir. Bu, hırıltıya ve nefes darlığına yol açar.
Derin ve kuvvetli nefes almayı daha da zorlaştırır.
Derin nefes alırken nefes darlığı ve ağrıya neden olur.
Öksürük, boğaz veya kaşıntılı boğaz neden olur.
Hava yollarına zarar verir.
Astım, amfizem ve kronik bronşit gibi ağır akciğer hastalıklarına neden olabilir.
Astım ataklarının sıklığını artırır.
Akciğerleri enfeksiyona karşı daha duyarlı hale getirir.
Semptomlar ortadan kalktığında bile akciğerlere zarar vermeye devam eder.
Kronik obstrüktif akciğer hastalığına (KOAH) neden olabilir.
EPA'nın yönergeleri üç geniş veri kategorisini tanır: (1) insan verileri (birincil olarak epidemiyolojik); (2) uzun süreli deney hayvan dirim-etki deneyi sonuçları ve (3) genotoksisite ve diğer ilgili özellikler, farmakokinetik ve metabolik çalışmalar ve yapı-aktivite ilişkileri için çeşitli kısa süreli testler de dahil olmak üzere destekleyici veriler. Kılavuzlar altında kanserojenlerin tehlike tanımlamasında insan verileri, hayvan verileri ve destekleyici kanıtlar, insanın kanserojen maddesi olarak maddenin potansiyeliyle ilgili kanıt ağırlığını karakterize etmek için birleştirilir. 2005 yılında mevcut yönergeler sonuçlandırılmıştır (EPA, 2015). Kirleticilerin sağlık riskine göre kategorileri Tablo 1.9‘da verilmiştir (EPA, 1986).
Tablo 1.9. Kirleticilerin sağlık riski kategorileri (EPA,1986)
Grup Tanım Açıklama
A İnsanlara kanserojen
İnsan kanseri ile nedensel ilişkisini göstermek için yeterli insan verisi olan etken maddeler (tipik olarak epidemiyolojik veriler)
B Muhtemelen insanlara
kanserojen
Hayvan biyo-tahlil verisinden yeterli kanıtı olan fakat sınırlı insan kanıtları olan (yani olası bir nedensel ilişkinin göstergesi olan fakat alternatif açıklamaları hariç tutmayanlar; Grup B1) veya çok az veya hiç insan verisi olmayan etken maddeler (Grup B2)
C İnsanlara kanserojen
olma ihtimali
Sınırlı hayvan kanıtı olan ve az ya da hiç insan verisi olmayan etken maddeler
D
İnsanlara karşı kanserojen olarak sınıflandırılmamalıdır
İnsan kanserini desteklemek veya reddetmek için yeterli veriye sahip olmayan etken maddeler
E
İnsanlara karşı kanserojen olmadığı kanıtlanmış
Farklı türlerde veya yeterli epidemiyolojik ve hayvan çalışmalarında en az iki yeterli hayvan testinde kanserojen etki için kanıt göstermeyen etken maddeler
UOB‘ler içeriklerine, maruziyet süre ve miktarlarına göre insan sağlığı için toksik ve kanserojen olma ihtimalleri bulunmaktadır. EPA 187 adet kimyasalı tehlikeli hava kirleticisi olarak belirlemiş ve bunlardan 30 tanesini toksik hava kirleticisi olarak kabul etmiştir. Bu kirleticiler sırasıyla; asetaldehit, dioksin, cıva bileşikleri, akrolein, propilen diklorür, metilen klorür (diklorometan), akrilonitril 1,3-dikloropropen nikel bileşikleri, arsenik bileşikleri, etilen diklorür (1,2-dikloroetan), poliklorlu bifeniller (PCB'ler), benzen, etilen oksit, poliesiklik organik madde (POM), berilyum bileşikleri, formaldehit, Kinolin, 1,3-bütadien, heksaklorbenzen,
1,1,2,2-tetrakloroetan, kadmiyum bileşikleri, hidrazin, tetrakloretilen (perkloretilen), kloroform, kurşun bileşikleri, trikloroetilen, krom bileşikleri, manganez bileşikleri, vinil klorürdür (EPA, 2018b).
Tez kapsamında, kış döneminde 24 adet uçucu organik bileşik örneklemesi yapılarak konsantrasyonları belirlenmiştir. Ölçümü yapılan bazı UOB‘lerin kanser riskine göre kategorileri Tablo 1.10‘da verilmiştir (EPA, 2018c).
Tablo 1.10. (Kirleticilerin kanser riski kategorileri (EPA,2018c) Uçucu Organik BileĢik Risk Kategorisi
Benzen A Toluen D Etil benzen D İsopropil benzen D Ksilen D Stiren B2
Bu çalışmada ölçümü yapılan UOB bileşiklerinden benzen, toluen, isopropil benzen, etil benzen, ksilen ve stiren için EPA risk kategorisi belirlemiştir. Bunlardan toluen, etil benzen, isopropil benzen, ksilen ‗D‘ kategorisinde yani insanlar için kanserojen olarak sınıflandırılmaması gereken bileşikler arasında yer almıştır. Bu bileşikler için kanseri desteklemek veya reddetmek için yeterli veri olmadığı görülmektedir. Stiren ise ‗B2‘ kategorisinde yani muhtemelen insanlar için kanserojen bileşikler içinde yer almaktadır. Stiren için hayvan biyo-tahlil verisinden yeterli kanıt bulunmasına rağmen insanlara yönelik veri çok azdır veya bulunmamaktadır. Birleşiklerden en göze çarpan kirletici benzendir. Çevre mevzuatında tek limit değer olan UOB olmasının muhtemel nedeni benzenin ‗A‘ kategorisinde yani insanlar için kanserojen bileşikler arasında yer almasıdır. Benzen kanser ile nedensel ilişkisini göstermek için yeterli epidemiyolojik insan verisi olan bileşiklerdendir. Onun için benzen kirliliği için mevzuat uyarınca konulan limit değerlerin korunması çok önem kazanmaktadır.
1.4.1. Sağlık riski hesaplaması
Hava kirliliğinin sağlık etkisinin hesaplanması için sıklıkla matematiksel modellere başvurulmaktadır. Doz ve kirleticiden etkilenme arasındaki matematiksel ilişki şematik olarak kanserojen ve kanserojen olmayan kimyasal maddeler için temsil edilmektedir. Kanserojen bir etkilenme ile sonuçlanan kimyasallara maruz kalma, bazı kanser olasılığına neden olabilmektedir. Bu nedenle, kanserojen kimyasalların etkisini değerlendirmek için doza karşı bir etkilenme grafiği gereklidir. Genel olarak, kimyasalların dozunun arttırılması, hem olumsuz bir etki görülme sıklığında hem de etkinin ciddiyetinde orantılı bir artışa neden olmaktadır. Kanserojen olmayan etkilenme için, genellikle, hiçbir etkinin olmadığı bir eşik dozu-bir doz olduğu varsayılır. Bu varsayımların bir sonucu olarak, kanserojen ve kanserojen olmayan kimyasallar için elde edilen doz-etkilenme eğrileri Şekil 1.5'de gösterildiği gibi oldukça farklıdır. Bazı kimyasalların her iki türden etkilenmeye yol açtığı dikkate alınmalıdır (Master, 1991).
Şekil 1.5. Kanserojen ve kanserojen olmayan kimyasallar için elde edilen doz-etkilenme eğrileri (Master, 1991)
Kanserojen bir etkiye yol açabilen kimyasallara maruz kalma, kansere yakalanma ihtimaline neden olabilmektedir. Şekil 1.5'de gösterildiği gibi, doz-etki eğrisinin eğimi, potansiyel faktör (PF) veya eğim faktörü (SF) olarak adlandırılır ve USEPA (1992) tarafından doz birimi başına kanser riski olarak tanımlanır. USEPA, Entegre Risk Bilgi Sistemi (IRIS) olarak adlandırılan toksik kimyasallar hakkında bilgi veri
tabanı oluşturmuştur. Web sitesinde eğim faktörü ve her bir toksik kimyasal için kanıt kategorisinin ağırlığı hakkında bilgi bulunmaktadır (EPA, IRIS 2018).
Kanserojen olmayan kimyasalların en önemli noktası, bir maruz kalma eşiğinin bulunmasıdır. Eşik değerinden daha az maruz kalmanın olumsuz etkilerde artış göstermemesi beklenir. Eşiklerin deneysel olarak belirlenmesi için hayvanlar çeşitli kimyasal dozlarına maruz kalmaktadır. Toksik testler, eşiğin altındaki dozların hiçbir etkilenme olmadığını gösterirken, eşiğin üzerindeki dozlar etkilenme belirtileri gösterecektir. Bir etkilenmenin meydana geldiği en düşük doz, en düşük gözlemlenen etki seviyesi (LOEL) olarak adlandırılır. Diğer taraftan, yanıt vermeyen en yüksek doz, en düşük gözlemlenen etki seviyesi (NOEL)‘dir. İstatistiksel belirsizlikler içinde, gerçek eşik LOEL ve NOEL arasında bir yerde yatmaktadır(Robson ve Toscana, 2007). Bu seviyeler Şekil 1.5'te gösterilmiştir. Şekilde gösterilen diğer terimler referans doz (RfD) ve kanserojen olmayan etki için kronik inhalasyon maruziyeti (RfC) referans konsantrasyonudur. RfD veya kabul edilebilir günlük alım miktarı (ADI), kayda değer riskler olmadan ortaya çıkması muhtemel olan insan maruziyet düzeyini göstermektedir. RfD birimleri, ömür boyu ortalama mg/kg/gündür. RfD değeri, belirsizlik faktörleri alınarak NOEL değerinden elde edilir.
Eğim faktörü (SF), referans konsantrasyonu (RfC) ve kanser olmayan referans dozu (RfD) her kimyasal için benzersizdir. Kocaeli için sağlık riski değerlendirmesi yapılacak kimyasallar için değerler Tablo 1.11‘de gösterilmektedir (USEPA, 2018) Tablo 1.11. Kocaeli için sağlık riski değerlendirmesi yapılacak kimyasallar için eğim faktörü, referans konsantrasyonu ve referans doz (EPA, IRIS 2018)
BileĢikler Eğim faktörü (SF) (mg/kg-day)-1 Referans konsantrasyonu (RfC) (μg/m3 ) Kanser olmayan referans dozu (RfD) (μg/kg-day) Benzen 0.035 30 0,004
Toluen Kanser riski mevcut değil 5000 0,08
Etil
benzen Kanser riski mevcut değil 1000 0,1
Tablo 1.11. (Devam) Kocaeli için sağlık riski değerlendirmesi yapılacak kimyasallar için eğim faktörü, referans konsantrasyonu ve referans doz (EPA, IRIS 2018)
BileĢikler Eğim faktörü (SF) (mg/kg-day)-1 Referans konsantrasyonu (RfC) (μg/m3 ) Kanser olmayan referans dozu (RfD) (μg/kg-day) İsopropil
Benzen Kanser riski mevcut değil 400 0,1
Stiren Kanser riski mevcut değil 1000 0,2
İnsan maruziyeti değerlendirmesi, insanlar ve toksik kimyasallar arasında meydana gelebilecek temas miktarının tahmini ile ilgilidir. Maruziyet değerlendirmesi, şu anda çevrede mevcut olan bir kimyasala insan maruziyetinin büyüklüğünü, sıklığını ve süresini ölçme veya tahmin etme işlemidir. Maruziyet üç ana yolla meydana gelebilir; yutma, inhalasyon ve dermal emilim. Bu çalışmada, ortam havasındaki UOB'lerle ilişkili maruziyeti değerlendirmek için sadece inhalasyon yolu dikkate alınacaktır. Diğer yollar çalışmanın kapsamı dışındadır. Denklem (1.4), inhalasyon yolu ile kontaminasyon alımını (I) tahmin etmek için USEPA (2009) tarafından tavsiye edilmektedir. Denklem (1.5) ise yaşam boyu kanser etkisi ve kanserojen olmayan etkiyi değerlendirmek için kullanılmaktadır. Denklem (1.4)‘ün farklı olmasının nedeni AT (ortalama süre) ve ED (etkiye maruz kalma süresi)‘nin yaşamın belirli bir zamanıyla kısıtlı olmaması ve tüm yaşamın değerlendirmeye alınmasından ötürü eşit kabul edilmeleri sonucu ortaya çıkmıştır,
I=C ×CU ×IR ×ED
BW ×AT (1.4)
I= C ×CU ×IR
BW (1.5)
I: Kontaminasyon alımı (mg kg-1day-1)
CU: dönüşüm ünitesi (10-3 mg μg-1)
IR: Soluma oranı (m3
day-1)
ED: Maruziyet süresi (yıl)
BW: Anketten elde edilen vücut ağırlığı (kg) AT: ortalama süre (yıl)
Aktivite seviyeleri, istirahat, oturularak geçirilen, hafif, orta ve ağır iş aktivitesi olarak kategorize edilmiştir. Soluma oranları da yaş, cinsiyet, kilo ve sağlık durumu gibi birçok bireysel özellikten etkilenir. Yetişkinler ve çocuklar (bebekler dahil) için literatürde çeşitli aktiviteler ve açık çalışanlar / sporcular ayrımları uygulanarak inhalasyon oranları (IR) bildirilmiştir. Bu çalışmada sağlık etkilerini hesaplamak için kullanılan inhalasyon oranları, literatürden tek bir veri almak yerine, Kocaeli ile benzer özellikler gösteren Bursa'da yaşayan katılımcılara uygulanan anketten elde edilen veriler kullanılmıştır (Civan, 2010).
Kanser riski hesabı yapılırken Kontaminasyon Alımı (I) ve Eğim faktörünün çarpımı kullanılır (Denklem (1.6). Sonucun 1 x 10-6
üzerinde çıkması durumunda potansiyel sağlık etkisi olduğu varsayımı yapılır (USEPA, 2009),
R = I x SF (1.6)
R: Kanser Riski (birimsiz)
I: Kontaminasyon alımı (mg kg-1
day-1)
SF: Eğim faktörü (mg/kg-day)-1
Kanserojen olmayan kimyasallar için tehlike oranları, kıyaslama konsantrasyonları (RfC, RfDL, vb.) kullanılarak hesaplanır. Kirletici konsantrasyonu, karşılık gelen Referans Konsantrasyonuna (RfC) bölünür veya kirletici maddelerin kontaminasyon alım oranı değeri, bir tehlike oranı elde etmek için Referans Doz (RfD) ile bölünür. Her bir kirletici için tehlike oranı aşağıdaki formüller (Denklem (1.7) veya Denklem (1.8)) kullanılarak hesaplanır. Her bileşik için hesaplanan tehlike oranları toplam tehlike indeksini hesaplamak için toplanır. 1'den büyük tehlike oranına sahip olan kirletici maddelerin potansiyel bir insan sağlığı sorunu teşkil ettiği düşünülmektedir (USEPA, 2009), HR = I RfD (1.7) HR = C RfC (1.8) HR: Tehlike Oranı
RfC: Referans konsantrasyonu (μg/m3)
RfD: Kanser olmayan referans dozu (μg/kg-day) 1.5. Hava Kirliliği Kaynak Belirleme Modellemesi
İstatistiksel veri değerlendirmesi bu çalışmanın en önemli parçalarından biri olduğu için, bu bölümde veri değerlendirmesi için kullanılan istatistiksel araçlar kısaca değerlendirilmiştir.
Farklı kaynaklardan gelen emisyonlar atmosferdeki farklı yüksekliklerde meydana geldiğinden, havadaki konsantrasyonlar üzerindeki etkileri, bunların göreceli kaynak değerleriyle doğrudan doğruya orantılı değildir. Sayısal yöntemler, literatürde belirli bir reseptöre yapılan katkı değerlerini belirlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. Reseptörde ölçülen konsantrasyonlara istatistiksel araçların uygulanmasına dayanan ve ortam havası kirletici konsantrasyonları üzerine bireysel kaynak türlerinin etkisinin ölçülmesi reseptör modellemesi olarak adlandırılır (Hopke ve diğ, 1991; Thurston ve Spengler, 1985; Watson, 1979; Harrison ve diğ.1997).
Potansiyel kirlilik kaynaklarını belirlemek, kaynakların temel bileşimini çözmek ve her kaynağın ölçülen kirlilik düzeyine olan katkılarını belirlemek için reseptör odaklı modeller kullanılmıştır (Cooper ve Watson, 1980, Hopke, 1985). Hava kirliliği çalışmalarında, tüm çok değişkenli istatistiksel yaklaşımlar arasında, Faktör Analizi (FA) (Hopke, 1985), Kimyasal Kütle Dengesi (CMB) (Miller ve diğerleri, 1972), Ana Bileşen Analizi (PCA) (Thurston ve Spengler, 1985) Pozitif Matriks Faktorizasyonu (PMF) (Paatero ve Tapper, 1994) en çok kirlilik değişkenleri dizilerine, aerosol ve yağmur kompozisyonu verilerine ya da mekansal kirlilik dağılımlarına etki eden kirlilik kaynakları hakkında bilgi elde etmek amacıyla kullanılmıştır.
Genel olarak, reseptör modelleri, ortamdaki gazların ve partiküllerin kimyasal ve fiziki özelliklerini hem reseptör bölgesine kaynak katkısının mevcudiyetini belirlemek ve ölçmek için kullanırlar. Bu modellemede, kimyasal ve fiziksel özellikler şöyle olmalıdır:
