Advanced Engineering Technologies
HAVA KALİTESİ MODELLEME ÇALIŞMASINA BİR ÖRNEK:
BAHÇEKÖY/OSMANİYE
Nil Yapıcı
1*
, Mustafa Yıldızeli
21Ç.Ü. Maden Mühendisliği Böümü, Adana/ Türkiye
2Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana/ Türkiye *Corresponding Author: [email protected]
ÖZET
Bu çalışmada, Osmaniye iline bağlı, Bahçeköy İlçesindeki faaliyetin etki alanında bulunan yerleşim yerlerine ait hava kirliliğinin kümülatif etkilerinin AERMOD hava kirliliği dağılımı programı kullanılarak modelle yapılması ve planlamada olan ocaklara ait farklı senaryolar dahilinde incelenerek çevre ve insan sağlığıyla ilgili mevcut durumun ve gelecekte oluşabilecek problemlerin değerlendirilmesi amaçlanmaktadır.
AERMOD modeli, emisyon envanterinde kirletici konsantrasyonlarını oluşturmak için emisyonlara ve meteorolojik girdi verilerine ihtiyaç duymaktadır. Bu amaçla ocakta oluşacak tüm toz emisyonları hesaplanmış, modelleme çalışmaları için gerekli olan uzun dönemli meteorolojik veriler, yöredeki mevcut meteoroloji istasyonlarından sağlanmıştır.
Modelleme çalışması sonucunda, oluşabilecek hava kirliliğinin farklı durumlar altında incelenmesi amaçlanmıştır. Birinci senaryoda arazi hazırlık, yol, açık ocak işletmeciliği ve kapalı işletme faaliyetine bağlı emisyonlar, ikinci senaryoda patlatmaya bağlı emisyonlar, üçüncü senaryoda ise “Kümülatif Toz Emisyonu” kapsamında toz emisyonuna sebebiyet verebilecek her tür emisyon kaynağı modellenmiştir.
Anahtar Kelime: Hava Kirliliği, Hava Kalitesi Dağılım Modeli, SKHKKY
A CASE STUDY ON AIR QUALITY MODELING: II-A GROUP STONE
QUARRY, BAHÇEKÖY/OSMANİYE REGION
ABSTRACT
In this study, cumulative influences of air pollution caused by a limestone quarry and crushing-screening plant located in Bahçeköy district of Osmaniye city was modelled using the software of AERMOD air pollution distribution. It was aimed to evaluate the current situation relating to the environment and human health through examining the quarries for different scenarios, under planning.
AERMOD View program was used to calculate the dust distribution in the research. As a result of the modelling study, it was targeted to investigate air pollution for various situations. In the first scenario, the field preparation, roads, open quarry processing and emissions based on the activities of the crushing-screening plant; in the second scenario, the emissions based on blasting; and in the third scenario, all the emission sources that may cause dust emission under “Cumulative Dust Emission” were modelled.
The software AERMOD uses Gauss Distribution Model in the Emission Model. The software of AERMOD, AERMET and AERMAP were used to evaluate the data of emission, meteorological and topographical.
Keywords: Air Pollution, Air Quality Dispersion (Distribution) Model, SKHKKY
1. GİRİŞ
Hava kirliliği; Ekolojik dengeyi bozan, insan sağlığını ve canlı hayatını olumsuz bir şekilde etkileyen insanların çeşitli tüketim aktiviteleri ve ekonomik faaliyetler sonucu, yapay yollarla havanın bileşimindeki maddelerin normalin üzerinde yoğunluğa ve miktara ulaşması ile havanın doğal bileşiminin bozulmasıdır (Ay vd., 2010).
Endüstriyel veya diğer kaynaklardan meydana gelen kirleticilerin sağlık ve çevre üzerindeki etkilerini ölçebilmek ve tanımlayabilmek için hava kirliliği modelleme sistemleri kullanılabilmektedir. Birçok özelleşmiş dağılım modeli bulunmakta olup bu modeller emisyonların kaynağından kilometrelerce uzaklığa kadar değişimlerini modelleyebilmektedir. Dağılım
modelleri, atmosfer olaylarını, hava kirleticilerinin atmosferdeki fiziksel ve kimyasal hareketlerini, reaksiyonlarını, bozunmalarını ve konsantrasyonlarını matematiksel olarak hesaplayabilmektedirler. Hava kirliliği dağılım modellemeleri uygulanırken, hava kirleticilerinin atmosfer içerisinde dağılımının nasıl olduğu, matematiksel olarak simüle edilebilmektedir. Burada yapılan işlem, geliştirilen bilgisayar programları ile kirleticilerin matematiksel eşitliklerinin ve algoritmaların çözülmesidir. Tüm bunları yaparken kaynak bilgiler, tüm emisyon bilgileri, meteorolojik, yeryüzü şekilleri gibi parametreler de kullanılmaktadır (Demirarslan vd., 2008).
Yapılan çalışma ile Osmaniye İli, Bahçeköy mevkii, II(a) Grup sahada yapılması planlanan “Kalker Ocağı ve Kırma- Eleme Tesisi” projesinden kaynaklı hava kirliliğinin kümülatif etkileri AERMOD hava kirliliği dağılımı programı kullanılarak modellenmiştir.
Planlamada olan ocaklar farklı senaryolar dahilinde incelenerek çevre ve insan sağlığıyla ilgili mevcut durumun ve gelecekte oluşabilecek problemlerin değerlendirilmesi amaçlanmaktadır.
2. MALZEME VE YÖNTEM
Hava kalitesi modelleme çalışmaları, lisanslı olarak kullanılmakta olan “Lakes Environmental AERMOD View” dağılım modeli vasıtasıyla yürütülmüştür. Model, zaman içerisinde değişen gerçek zaman verilerini baz alarak saatlik, günlük ve yıllık YSK değerlerini tahmin edebilen en gelişmiş bilgisayar modellerinden birisidir. İzole bacalardan kaçak kirleticilere kadar değişik (nokta, hacim, alan) pek çok farklı yayılım modeli hesaplamasını bünyesinde barındırmakta, ayrıca herhangi bir endüstri bölgesindeki kaynaklardan çıkan kirleticilerin uğrayabileceği aerodinamik dalgalar, türbülans ve benzeri olayları da göz önüne almaktadır.
AERMOD View modeli, kullanıcı tarafından tanımlanan bir ağ sisteminde çalışmakta, hesaplar ağ sistemini oluşturan her bir alıcı ortam elemanının köşe noktaları için yapılmaktadır. AERMOD View modeli aşağıda belirtilen dört değişik veri türünü kullanmaktadır;
*Rüzgâr yönü, rüzgâr hızı, sıcaklık, Pasquill kararlılık sınıfı, karışma yüksekliği, (kullanıcının seçimine bağlı) rüzgâr profili eksponenti ile potansiyel dikey sıcaklık farkını içeren saatlik meteorolojik veri seti,
* Kullanıcı tarafından tespit edilen bir başlangıç noktasına göre belirlenen kaynak koordinatları, kaynak yüksekliği, çapı, kirletici hızı, sıcaklığı ve debisini içeren kaynak verileri,
* Kullanıcının opsiyonuna bağlı birçok program kontrol parametresi,
* Alıcı ortam olarak tanımlanan ağ sistemindeki her bir elemanın koordinatları ve yüksekliği.
Model çıktıları, inceleme alanının bütünü için dağılım haritaları hazırlanmasına olanak tanıyacak yapıdadır. Böylelikle, yörenin hava kalitesini değişik senaryolar (ör. değişik arıtma koşulları, farklı kirletici kaynaklar veya değişen mevsimsel şartlar) altında değerlendirmek mümkün olmaktadır. Gaz ve toz halindeki kirleticilerin ortam havasındaki konsantrasyonlarının matematiksel hesaplamalar yoluyla tahmin edilmesini sağlayan modelleme çalışması aşağıdaki basamaklardan oluşmaktadır:
*Kontrol Bölümü (CO), modelleme senaryosunun oluşturulduğu ve modelin çalıştırılmasında tüm kontrolün yapıldığı kısım
*Kaynak Bölümü (SO), Hava kirletici emisyonların tanımının yapıldığı kısım
*Reseptör Bölümü (RE), Hava kalitesi etkisinin görülmek istendiği spesifik noktaların tanımlandığı kısım *Meteoroloji Bölümü (ME), Atmosferik koşulların tanımlandığı kısım
*Topografik Bölüm (AERMAP), Arazi özelliklerinin tanımının yapıldığı kısım
*Çıktı Bölümü (OU), Modelin analizi için model çıktısı özelliklerinin tanımlandığı kısım Hava dağılım modeli akış diyagramı Şekil 1’de verilmiştir.
Şekil 1. Hava Dağılım Modeli Akış Diyagramı
Çalışma yeri, Osmaniye İli, Bahçeköy mevkiinde bulunan “Kalker Ocağı ve Kırma-Eleme Tesisi” II (a) grubu hammadde alanıdır (Şekil 2). Çalışma kapsamında, tozun yayılımının hesaplanmasında AERMOD View programından yararlanılmıştır. Modelleme çalışması sonucunda, oluşabilecek hava kirliliğinin farklı durumlar altında incelenmesi amaçlanmıştır. Birinci senaryoda arazide hazırlık, yol, açık ocak işletmeciliği ve kırma-eleme tesisi faaliyetine bağlı emisyonlar; ikinci senaryoda patlatmaya bağlı emisyonlar; üçüncü senaryoda ise “Kümülatif Toz Emisyonu” kapsamında toz emisyonuna neden olabilecek her tür emisyon kaynağı modellenmiştir.
Şekil 2. Çalışma alanı yer bulduru haritası
3. BULGULAR
3.1. Modellemede Kullanılan Emisyon Kaynakları ve Emisyon Miktarları
İşletmede üretim boyunca üretim, yükleme, stok sahasına taşıma, stok sahasına boşaltma, stok sahasında depolama, stok sahasından kamyonlara yükleme, kırma-eleme tesisine taşıma, bunkere boşaltma, çeneli kırıcıda kırma işlemleri yapılacaktır. Ocaktan malzemenin yüklenmesi, nakliyesi ve boşaltılması sırasında oluşabilecek toz emisyonu için aşağıdaki hesaplar
yapılmıştır. Bu aşamalarda oluşabilecek toz emisyonları; üretim miktarı, çalışma alanının genişliği ve işin boyutu ile doğru orantılıdır. Proje kapsamında üretim, yükleme, stok sahasına taşıma, stok sahasına boşaltma, stok sahasında depolama, stok sahasından kamyonlara yükleme, kırma-eleme tesisine taşıma, bunkere boşaltma, çeneli kırıcıda kırma işlemleri için, emisyon faktörleri kullanılarak yapılan kütlesel debi hesaplamaları Çizelge 1’de, faaliyetlere ait emisyon ölçüm bilgileri ise Çizelge 2’de verilmiştir.
Çizelge 1. Oluşacak Toz Emisyonunun Hesaplanmasında Kullanılan Emisyon Faktörleri
İŞLEM EMİSYON FAKTÖRÜ KONTROLSÜZ KONTROLLÜ
Patlatma 0,080 kg/ton -
Sökme 0,025 kg/ton 0,0125 kg/ton
Yükleme 0,010 kg/ton 0,005 kg/ton
Nakliye 0,7 kg/(km-sefer) 0,35 kg/(km-sefer)
Boşaltma 0,010 kg/ton 0,005 kg/ton
Depolama 5,8 kg/(ha-gün) 2,9 kg/(ha-gün)
Birincil Kırıcı 0,243 kg/ton 0,0243 kg/ton
İkincil Kırıcı 0,585 kg/ton 0,0585 kg/ton
Kaynak: Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği, Ek 12, Tablo 12.6
Çizelge 2. Modellemede Kullanılan Emisyon Kaynakları ve Emisyon Miktarları BİTKİSEL TOPRAK SIYIRMA VE DEPOLAMA KONTROLSÜZ DURUM (Toz Emisyonu) KONTROLLÜ DURUM (Toz Emisyonu) Bitkisel Toprağın
Sökülmesi 0.00675kg/saat 0.003375 kg/saat Bitkisel Toprağın Lodere
Yüklenmesi 0.0027 kg/saat 0.00135 kg/saat Bitkisel Toprağın Stok
Sahasına Nakliyesi 0,00875 kg/saat 0,004375 kg/saat Bitkisel Toprağın Stok
Sahasına Boşaltılması 0.0027 kg/saat 0.00135 kg/saat Bitkisel Toprağın Stok
Sahasında Depolanması 0.115855 kg/saat 0.0579275 kg/saat TOPLAM 0.140775 kg/saat 0.0703875 kg/saat PATLATMA KONTROLSÜZ DURUM
(Toz Emisyonu)
KONTROLLÜ DURUM (Toz Emisyonu)
TOPLAM 2,052 kg/(patlatma-saat) -
AÇIK OCAK ÜRETİM KONTROLSÜZ DURUM (Toz Emisyonu)
KONTROLLÜ DURUM (Toz Emisyonu) Cevherin Sökülmesi 8 kg/saat 4 kg/saat
Üretilen Cevherin
Kamyona Yüklenmesi 3,2 kg/saat 1,6 kg/saat Üretilen Cevherin
Nakliyesi
2,2575 kg/saat 1,12875 kg/saat Pasanın Sökülmesi 0,08 kg/saat 0,04 kg/saat
Pasanın Lodere
Yüklenmesi 0,032 kg/saat 0,016 kg/saat Pasanın Stok Sahasına
Nakliyesi
0,0525kg/saat 0,02625 kg/saat Pasanın Stok Sahasına
Boşaltılması 0,032 kg/saat 0,016 kg/saat Pasanın Stok Sahasında
Depolanması 0,1558 kg/saat 0,0779375 kg/saat TOPLAM 13,809875 kg/saat 6,9049375 kg/saat
KIRMA-ELEME TESİSİ KONTROLSÜZ DURUM (Toz Emisyonu) KONTROLLÜ DURUM (Toz Emisyonu) Cevherin Bunkere
Boşaltılması 3,2 kg/saat 1,6 kg/saat
Birincil Kırıcı - -
İkincil Kırıcı - -
Boyutlandırılan Cevherin
Kamyonlara Yüklenmesi 3,2 kg/saat 1,6 kg/saat Boyutlandırılan Cevherin
Stok Sahasına Nakliyesi 4,515 kg/saat 2,2575 kg/saat Boyutlandırılan Cevherin Stok Sahasına Boşaltılması 3,2 kg/saat 1,6 kg/saat Boyutlandırılan Cevherin Stok Sahasında Depolanması 0,8168kg/saat 0,4084 kg/saat Nihai Ürünün Satış İçin
Nakliyesi
0,37625 0,188125
Kalkerin Stok Sahasından Satış İçin Kamyona Yüklenmesi
3,2 kg/saat 1,6 kg/saat
TOPLAM 234.30735 kg/saat 28.822635 kg/saat
3.2. Arazi Modelinin Oluşturulması
Emisyonların çevre arazilerde dağılımı incelenirken, topoğrafyanın emisyon dağılımındaki rolü büyük bir öneme sahiptir. Çalışma alanının topoğrafya bilgileri, NASA’ya ait SRTM V2 (Shuttle Radar Topography Mission) verileri kullanılarak kullanılan modelin ön işlemcisi olan AERMAP modülü ile içe aktarılmıştır.
3.3.Meteorolojik Çalışma
Model dahilinde 365 günlük durum modellenmiştir. Bunun için her güne ait saatlik meteorolojik verilerin temin edilmesi gerekmektedir. Ancak yıllar bazında hakim rüzgar yönünde değişiklikler görülebilmektedir. Bu sebeple, modellemede kullanılacak temsili bir yılın belirlenmesi ve o yılın verilerinin kullanılması gerekmektedir.
Uzun yıllar rüzgâr diyagramı Şekil 2’de verilmiştir.
3.4. Yayılım Modeli ve Modelleme Senaryoları
AERMOD, emisyon dağılımında Gauss dağılım modeli, Gauss dağılım modelini kullanmakta olup, modelin çalışabilmesi için Emisyon Bilgileri, Meteorolojik Veriler ve Topoğrafya bilgileri sisteme yüklenmiştir.
Senaryo 1; Birinci senaryoda arazi hazırlık, yol ve açık ocak işletmeciliğine bağlı madencilik faaliyetinden kaynaklı oluşacak toz emisyonları ile kırma-eleme tesisi faaliyetinden kaynaklı oluşacak toz emisyonları modellenmiştir.
Senaryo 2; İkinci senaryoda patlatmaya bağlı emisyonlar tek başına modellenmiştir.
Senaryo 3; Üçüncü senaryoda “Kümülatif Toz Emisyonu” kapsamında arazi hazırlık, yol ve açık ocak işletmeciliğine bağlı madencilik faaliyeti, patlatma ve kırma-eleme tesisi faaliyeti dahil toz emisyonuna sebebiyet verebilecek her tür emisyon kaynağı modellenmiştir.
Şekil 2. Esme Hızlarına Göre 2018 Yılı Rüzgar Diyagramı (Osmaniye Meteoroloji İstasyonu verisi)
Tüm seneryolara göre, günlük-yıllık Pm10 ve Çöken toz değerleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir (Çizelge 3).
3.4.1. PM
10(Toz) Konsantrasyonları
Hava kalitesi modelleme çalışmasından elde edilen sonuçlar aşağıda sunulmuştur (Çizelge 3,4, Şekil 3).
Çizelge 3. Tüm seneryolara göre, günlük-yıllık PM10 ve Çöken toz değerleri karşılaştırması
SKHKK Yönetmeliği EK-2; Tablo 2.2 Tesis Etki Alanında
Hava Kalitesi Sınır Değerleri 24 saatlik (bir yılda 35 defadan fazla aşılmaz) 50 μg/m3 Yıllık 40 μg/m3 24 saatlik (bir yılda 35 defadan fazla aşılmaz) 50 μg/m3 Yıllık 40μg/m3 24 saatlik (bir yılda 35 defadan fazla aşılmaz) 50 μg/m3 Yıllık 40μg/m3
SENARYO 1: Arazi Hazırlık Aşaması, Yol, Açık Ocak İşletmeciliği, Kırma-Eleme Tesisi SENARYO 2: Patlatma
SENARYO 3: Arazi Hazırlık Aşaması, Yol, Açık Ocak İşletmeciliği, Kırma-Eleme Tesisi, Patlatma, Kömür Yakıtı, Stabilize Yollar, Diğer Tesisler
YER Kontrollü Şartlar (Senaryo 1) Patlatma (Senaryo 2) Kümülatif (Senaryo 3) PM10 PM10 PM10 Günlük
(%90,41) Yillik (%90,41)Günlük Yillik (%90,41)Günlük Yillik Bahçe Köyü 5.78167 0.6682 97.29182 0.96937 98.33294 1.68599 Bahçe Köyü Merkezi 2.07493 0.14185 21.4888 0.16267 21.74978 0.33305 Kırmacılı Köyü 0.28434 0.02472 4.99405 0.01594 5.15698 0.07614
Senaryo 1’e göre Günlük-Yıllık Pm10 (Toz) Konsantrasyonları - KVS –UVS Ölçüm değerine göre çizilen haritalar Şekil 3’de verilmiştir.
Günlük-KVS Yıllık-UVS
Şekil 3. Senaryo 1 Üretim Faaliyetlerinden Kaynaklı En Yüksek Toz Emisyonu Değerleri (μg/m3)
Senaryo 2’e göre Günlük-Yıllık PM10 (Toz) Konsantrasyonları - KVS –UVS
Senaryo 2’e göre Günlük-Yıllık PM10 (Toz) - KVS –UVS haritaları Şekil 4’de verilmiştir.
<
<<
Şekil 4. Senaryo 2 Kaynaklı En Yüksek Toz Emisyonu Değerleri (μg/m3
)
Senaryo 3’e göre Günlük-Yıllık PM10 (Toz) Konsantrasyonları - KVS –UVS
Senaryo 3’e göre Günlük-Yıllık PM10 (Toz) - KVS –UVS haritaları Şekil 5’ de verilmiştir.
Günlük - KVS Yıllık-UVS
Şekil 5. Senaryo 2 Kaynaklı En Yüksek Toz Emisyonu Değerleri (μg/m3)
3. SONUÇ
06.06.2008 tarih ve 26898 sayılı Resmi Gazetede yayımlanarak yürürlüğe giren “Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği” (05.05.2009 tarih ve 27219 sayılı Resmi Gazetede yayımlanarak yürürlüğe giren “Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılmasına Dair Yönetmelik”) Ek-1 Limit Değerler,Hedef Değerler, Uzun Vadeli Hedefler, Değerlendirme Eşikleri, Bilgilendirme ve Uyarı Eşikleri, B) Limit değerler, değerlendirme ve uyarı eşikleri tablosunda “bir yılda 35 defadan fazla aşılamaz” denilmekte olup bu kapsamda ilgili yönetmelikte belirtilen limit değerlerin sağlandığı görülmektedir.
KAYNAKÇA
Ay, E. F., Balta, M., Çolak, M.., Semercioğlu, H. (2010). Hava Kirliliği ve Modellemesi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Bölümü, Sakarya
Demirarslan, O., Çetin, Ş., Savaş, A. (2008). Hava Kirliliği Belirlemelerinde Modelleme Yaklaşimi ve Modelleme Aşamasinda Karşilaşilabilecek Sorunlar, Çevre Sorunları Sempozyumu,322-334, Kocaeli
Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği (2014). Ankara
