T.C Sağlık Bakanlığı Refik Saydam Hıfzıssıhha Merkezi Başkanlığı Çevre Sağlığı Araştırma Müdürlüğü HAVA KALİTESİ İZLEME METODOLOJİLERİ VE ÖRNEKLEM KRİTERLERİ ISBN 975-590-032-2 Hazırlayanlar Canan YEŞİLYURT Niyazi AKCAN Uzm.Kimya Mühendisi Kimya Mühendisi II ÖNSÖZ Çeşitli uluslararası kuruluşlar tarafından “20. yüzyılın kanseri” olarak tanımlanan ve 21. yüzyılda da dünyadaki sorunların belki de ilk sırasında yer alabileceği tahmin edilen çevre ve çevre sağlığı sorunları, kalkınma ve yaşam standartlarını geliştirme gayreti içinde olan insanlığın yarattığı ve sonucunda da yine kendisinin etkilendiği bir sorundur. Yenilenebilir kaynaklar da dahil olmak üzere dünyamızdaki hiç bir kaynak sınırsız değildir. Tam tersine, en bol olduğu sanılan havanın bile kirlenmesi bize, kaynaklarımızın kıt olduğu ve bilinçli kullanılmamaları durumunda doğabilecek sorunların geleceğimizi ne ölçüde tehdit edebileceğini gösteren anlamlı bir uyarıdır. Endüstriyel devrim ile birlikte, dünya çapında şehirlerin büyümesi, araç kullanımının artması, hızlı endüstrileşme ve buna karşılık planlama ve çevresel düzenlemelerdeki eksiklikler sonucu gittikçe artan hava kirliliği pek çok ülkede sağlık ve çevre sorunlarına yol açmıştır. 50 ülkedeki kriter hava kirleticilerin tayini sonucu elde edilen veriler, pek çok şehirde Dünya Sağlık Teşkilatı rehber değerlerini aşan konsantrasyonlara maruz kalındığını göstermektedir. Bazı ülkelerde, kükürtdioksit (SO ), partiküler madde ve kurşun (Pb) gibi belli hava 2 kirleticileri konsantrasyonlarında azalma olmasına rağmen diğer kirletici seviyelerinde artış gözlenmektedir. 2000’li yıllarda, gezegenimizde 6 milyardan fazla insanın yaşayacağı ve bu nüfusun yarısından fazlasının kentsel alanlarda bulunacağı tahmin edilmektedir. 1992 yılında gerçekleştirilen Birleşmiş Milletler Kalkınma Konferansı (UNCED)’nda; şehirlerdeki çevresel bozunmaya dikkat çekilerek, acil tedbirlerin alınması gerektiği ifade edilmiş ve kentsel hava kirliliğinin önemine işaret edilerek; 21. yüzyıl için sürdürülebilir bir eylem planının oluşturulması, kirletici konsantrasyonları, kaynakları, ve etkilerine yönelik güvenilir ve kabul edilebilir verilerin üretilebilmesi konusunda çaba gösterilmesi gereği vurgulanmıştır. Özellikle nüfusu yoğun olan büyük şehirlerde, geniş kapsamlı hava kalitesi yönetim planları ve etkin kontrol tedbirlerinin geliştirilmesi ihtiyacı bulunmaktadır. Hava kalitesi izleme çalışmaları; kirlilik kaynakları ve dağılımını belirlemek, uygun kontrol stratejilerinin geliştirilmesi ve bu stratejilerin etkinliğini kontrol etmek açısından büyük önem taşımaktadır. Farklı kaynaklardan elde edilen verilerin optimum düzeyde kullanımını sağlamak için, verilerin karşılaştırılabilir ve birbirleriyle uyumlu olması gerekmektedir. Bir izleme ağından elde edilen veriler, ancak harmonize edildiği takdirde optimum fayda sağlayabilir. III Verilerin uluslararası ölçekte karşılaştırılabilirliği ve uyumun sağlanması; standart yöntemler, standart cihazların kullanılması ve etkin bir kalite güvenilirliği ve kalite kontrol programının uygulanması ile mümkün olabilir. Bu kitapda yer alan bölümler, yukarıda belirtilen ihtiyaçlar göz önüne alınarak seçilmiştir. Temel kirletici parametreler ve hava kalitesi ölçümleri için kullanılan aktif ve pasif örneklem ve otomatik izleme metodolojileri ve örneklem kriterlerine ayrıntılı olarak yer verilmiştir. İlave bilgilere ihtiyaç duyulabileceği düşüncesiyle, bölümlere ait referanslar da ilgili eklere ilave edilmiştir. Hava kalitesi izleme çalışmaları için gerekli olan teknik alt yapının oluşturulması ve ülke çapında çeşitli kuruluşlar tarafından gerçekleştirilen hava kalitesi ölçümlerini gerçekleştiren teknik kadro ve teknik alt yapının oluşturulmasından sorumlu yönetim kademelerine katkı sağlaması amacıyla hazırlanan bu kitabın, kullanıcılara faydalı olmasını dilerim. Bu kitabın yazımında tüm emeği geçenlere, özellikle görüş ve katkılarından yararlandığımız ODTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Gürdal TUNCEL‘e, kitabı hazırlayan Başkanlığımız Hava Kirliliği Kontrol ve Araştırma Laboratuvarı sorumlusu Uzm. Kim.Müh. Canan YEŞİLYURT ve Kim. Müh. Niyazi AKCAN‘a, kitap içinde yer alan şekillerin bilgisayar ortamında çizimlerini gerçekleştiren Kim. Tek. Fatih ŞEKERCİ‘ye ve kitabın basımını gerçekleştiren Yayın ve Dökümantasyon Müdürü Nevzat IŞIK ve personeline teşekkür ederim. Daha temiz ve yaşanabilir bir çevre dileği ile… Ocak 2001 – ANKARA Prof. Dr. Halil KURT Refik Saydam Hıfzıssıhha Merkezi Başkanı IV İÇİNDEKİLER Bölüm I KENTSEL HAVA KALİTESİ İZLEME PROGRAMI Sayfa No 1. GİRİŞ 3 2. İZLEME AMAÇLARININ BELİRLENMESİ 4 3. VERİLERİN HARMONİZASYONUNDA KALİTE GÜVENİLİRLİĞİNİN ROLÜ 5 4. ÖNCELİKLİ KENTSEL HAVA KİRLETİCİLERİ 6 4.1 Kükürt Dioksit 6 4.2 Asılı Partiküler Madde 6 4.3 Azot Oksitleri 7 4.4 Karbon Monoksit 7 4.5 Kurşun 8 4.6 Ozon 8 4.7 Diğer Dış Ortam Hava Kirleticileri 8 4.8 İç Ortam Hava Kirleticileri 9 5. HAVA KALİTESİ İZLEME METODOLOJİLERİ 10 5.1 Gaz Halindeki Kirleticiler İçin Pasif Örnekleyiciler 10 5.2 Aktif Örnekleyiciler 10 5.3 Otomatik Analizörler 11 5.4 Uzaktan Algılayıcılar 11 5.5 Biyoindikatörler 12 6. KALİTE KONTROL / KALİTE GÜVENİLİRLİK METODOLOJİLERİ 14 6.1 Kalite Kontrol / Kalite Güvenilirlik Programlarının Amaçları 14 6.2 Kalite Kontrol / Kalite Güvenilirlik Programlarının Kurumsal Özellikleri 14 6.3 Kalite Kontrol / Kalite Güvenilirlik Programlarının İşletimsel Özellikleri 15 7. VERİ KULLANIMI 25 Bölüm II DIŞ ORTAM HAVASINDA ASILI PARTİKÜLER MADDE ÖLÇÜMÜ 1 ASILI PARTİKÜLER MADDE (APM) ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ 29 1.1 İzleme Amaçları 29 1.2 Örneklem Sistemleri 31 1.3 Analiz Sistemleri 35 V 2. KALİTE GÜVENİLİRLİĞİ 42 2.1 Kalite Güvenilirliği Programının İşletimsel Özellikleri 42 2.2 İzleme Ağı Tasarımı 42 2.3 Ölçüm Noktasının Seçimi 43 2.4 İzleme İstasyonu Tasarımı 44 2.5 Ekipman Seçimi 44 2.6 Ölçüm Noktası Alt Yapısı ve Rutin İşletme 44 2.7 Ekipman Kalibrasyonu ve Bakımı 45 3. ÖNERİLER 45 Bölüm III HAVA KALİTESİ ÖLÇÜMLERİ İÇİN PASİF VE AKTİF ÖRNEKLEM METODOLOJİLERİ A. PASİF ÖRNEKLEM METODOLOJİLERİ 49 1. PASİF ÖRNEKLEYİCİLERİN GENEL PRENSİBLERİ 49 1.1 Pasif Örnekleyicilerin Geçerliliğinin Onaylanması 51 1.2 Seçilen Kirleticiler İçin Pasif Örnekleyiciler 52 1.2.1 Azot Dioksit 53 1.2.2 Karbon Monoksit 57 1.2.3 Ozon 58 1.2.4 Kükürt dioksit 58 1.2.5 Hidrokarbonlar 59 B. AKTİF ÖRNEKLEM METODOLOJİLERİ 61 2. AKTİF SİSTEMLERİN TEMEL PRENSİPLERİ 61 2.1 Absorbsiyon Örneklemi 61 2.2 İmpregne Filtre Örneklemi 62 3. ÖRNEKLEM APARATLARI 62 4. SEÇİLMİŞ PARAMETRELER İÇİN AKTİF ÖRNEKLEM METODOLOJİLERİ 66 4.1 Kükürt Dioksit 66 4.2 Azot Oksitleri 70 4.3 Ozon 74 4.4 Karbon Monoksit 74 5. SEÇİLMİŞ BAZI OTOMATİK ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ 75 5.1 Kükürt dioksit 75 5.2 Azot oksitleri 77 5.3 Karbon monoksit 81 5.4 Ozon 82 5.5 Hidrokarbonlar 85 5.6 Amonyak 87 5.7 Hidrojen florür 88 5.8 Hidrojen Sülfür 89 5.9 Yağış miktarı ölçü aleti 90 5.10 Meteoroljik parametreler 91 VI C. ÖRNEKLEYİCİ BAZLI İZLEME AĞLARINDA KALİTE KONTROL VE 96 KALİTE GÜVENİLİRLİĞİ 6. ÖRNEKLEYİCİ BAZLI İZLEME AĞLARINDA KALİTE GÜVENİLİRLİK / KALİTE 96 KONTROLÜ 6.1 İzleme Ağı Tasarımı 96 6.2 Örneklem Noktası Seçimi 97 6.3 Örneklem Ekipmanının Seçimi ve Ekipmanın Değerlendirilmesi 99 6.4 Örneklem Noktası Altyapısı ve Rutin İşletme 99 6.5 Analitik İşlemler 100 6.6 Örneklem Sisteminin Kalibrasyonu 100 6.7 Analitik Laboratuvarların Harmonizasyonu 101 6.8 Diğer Ölçüm Teknikleri veya Örneklem Sistemleri ile Karşılaştırma 101 6.9 Verilerin Gözden Geçirilmesi ve Geçerlik Kontrolü 101 D. ÖNERİLER 102 7. ÖNERİLER 102 Bölüm IV BİRİNCİL STANDART KALİBRASYON YÖNTEMLERİ A. BİRİNCİL STANDART KALİBRASYON YÖNTEMLERİ 107 1. BİRİNCİL STANDARTLARIN HAZIRLANMA TEKNİKLERİ 107 2. ULUSAL GAZ STANDARTLARI LABORATUVARLARININ KURULMASI 117 3. KALİTE KONTROLÜ 117 B. HAVA İZLEME AĞI İNTERKALİBRASYONLARI 119 4. İZLEME AĞI İNTERKALİBRASYON TEKNİKLERİ 119 C. ÖNERİLER 122 5. ÖNERİLER 122 6. REFERANSLAR 123 Bölüm V METİNDE GEÇEN TERİMLER İÇİN SÖZLÜK Metinde Geçen Terimler İçin Sözlük 127 Bölüm VI EKLER EK 1: KULLANILAN ÖLÇÜM BİRİMLERİ 135 VII EK 2: KÜKÜRT DİOKSİT VE PARTİKÜLER MADDELERE BİRLİKTE 136 MARUZİYET İÇİN VERİLEN DÜNYA SAĞLIK ÖRGÜTÜ REHBER DEĞERLERİ EK 3: DÜNYA SAĞLIK ÖRGÜTÜ (AVRUPA) REHBER DEĞERLERİ 137 EK 4: 139 1. SEÇİLMİŞ PARAMETRELER İÇİN OTOMATİK ÖLÇÜM CİHAZLARINDA 139 ARANACAK MİNİMUM TEKNİK SPESİFİKASYONLAR 1.1 Kükürt Dioksit (SO ) 139 2 1.2 Azot Oksitleri (NO, NO , NO ) 139 2 x 1.3 Karbon Monoksit (CO) 140 1.4 Ozon (O ) 141 3 1.5 Asılı Partiküler Madde (< 10µm) 141 2. SEÇİLMİŞ PARAMETRELER İÇİN OTOMATİK ÖLÇÜM CİHAZLARINDA 143 ARANACAK GENEL ÖZELLİKLER EK 5: LOKAL HAVA KİRLİLİĞİ İZLEME AĞI TASARIMI 146 (ABD ÇEVRE KORUMA AJANSI - EPA KRİTERLERİ) 1. LOKAL HAVA KİRLİLİĞİ İZLEME İSTASYONLARI AMAÇLARI VE İZLEME 146 ÖLÇEKLERİ 2. LOKAL HAVA KİRLİLİĞİ İZLEME AĞI TASARIM PROSEDÜRLERİ 148 2.1 Lokal Hava Kirliliği İzleme İstasyonlarının Kurulması İçin Temel Bilgiler 148 2.2 Kükürt Dioksit (SO )Tasarım Kriterleri 148 2 2.3 Karbon Monoksit (CO) Tasarım Kriterleri 149 2.4 Ozon (O ) Tasarım Kriterleri 150 3 2.5 Azot Dioksit (NO ) Tasarım Kriterleri 152 2 2.6 Kurşun (Pb) Tasarım Kriterleri 153 2.7 PM Tasarım Kriterleri 155 10 3. REFERANSLAR 158 EK 6: DIŞ ORTAM HAVA KALİTESİNİN İZLENMESI İÇİN ÖRNEKLEM 162 BORUSU YERLEŞTİRME KRİTERLERİ (EPA) 1. GİRİŞ 162 2. KÜKÜRTDİOKSİT (SO ), OZON (O ), VE AZOTDİOKSİT (NO ) 163 2 3 2 3. KARBON MONOKSİT (CO) 165 4. KURŞUN (Pb) 168 5. PARTİKÜLER MADDE (PM ) 170 10 6. ÖRNEKLEM BORUSU MATERYALİ VE KİRLETİCİ NUMUNESİNİN 171 ÖRNEKLEM BORUSU İÇİNDE KALIŞ SÜRESİ 7. FOTOKİMYASAL TAYİN İZLEME İSTASYONLARI 173 8. ÖZET 175 9. REFERANSLAR 177 VIII Bölüm I KENTSEL HAVA KALİTESİ İZLEME PROGRAMI 1