- Katılım
- 26 Şub 2012
- Mesajlar
- 802
- Tepki puanı
- 5,498
- Meslek
- Uzman (B)
Dosyayı aşağıdaki adrese yükledim.
http://xzenon34.files.wordpress.com/2012/03/11-hava-kirlilic49fi-kadir-alp.doc
HAVA KİRLENMESİ
1. TANIM
Hava kirlenmesi, temiz yada normal olarak adlandırılan hava bileşiminde yer almayan maddelerin yada normal bileşen konsantrasyonunun üzerindeki maddelerin insan, hayvan, bitki, malzeme ve diğer çevre unsurlarına zarar verebilecek sürelerde hava içinde yer almasıdır.
Normal hava kompozisyonu içinde bulunmayan maddelere ve hava içindeki konsantrasyonunu aşan maddelere de “hava kirletici maddeler” adı verilir.
Tanımda hava terimi ile çok büyük ölçüde atmosferin deniz seviyesinden 10 km yukarıya kadar olan kısmı kast edilir. Bu mesafe zaman zaman 150-250 m’lere kadar azalabilir ve bu sırada ciddi hasa kirliliği problemleri yaşanır(Şekil 1).
Şekil 1. Atmosferi n Tabakaları
Deniz seviyesinde temiz hava için ortalama özellikler Tablo 1 de verilmiştir.
Tablo 1. Deniz seviyesinde temiz hava bileşimi
Bileşenler
Temiz hava içinde partiküler maddeler de yer alır ve sis, duman, mist gibi adlar alırlar . Partikül emisyonları insan faaliyetlerinden(yakıt yakılması, taş ve minerallerin öğütülmesi), doğal kaynaklardan(volkanlar, rüzgar erozyonu, deniz dalgaları, doğal çürüme olayları), atmosferik reaksiyonlardan kaynaklanabilir. Bunlar inorganik ve organik yapıda olabildikleri gibi canlı organizmalar da olabilir. Ağır metaller, PAH’lar, yemek tuzu, mikroorganizmalar, mantarlar, virüsler, polenler örnek olarak verilebilir.
Tipik bir temiz ve kirli şehir hava kalitesinin mukayesesi Tablo 2 de verilmiştir.
Tablo 2. Temiz ve kirli yerleşim bölgeleri
Kirletici
Temiz hava
Kirli hava
PM10
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
0,3-3,5 ppm
T. Hidrokarbonlar
1 ppm
1-20 ppm
T. Oksitleyiciler
0,01 ppm
0,01-1,0 ppm
2.HAVA KİRLETİCİ PARAMETRELER
2.1. Kaynaklarına Göre Hava Kirletici Parametreler
Hava kirletici parametreler kaynaklarına göre birincil ve ikincil kirleticiler olarak adlandırılırlar.
2.1.1. Birincil(Primer) Kirleticiler
Birincil kirleticiler bir kaynağı olan kirleticilerdir. Bu sınıftaki kirleticiler insan faaliyetlerinden(antropojenik) ve doğal faaliyetlerden(natural) oluşan ve atmosfere verilen kirleticiler olarak ikiye ayrılırlar.
Antropojenik kaynaklı kirleticilere karbonmonoksit(CO), kükürtdioksit(SO2), azot oksitler(NOx), hidroklorik asit(HCl), halojenli organikler(solventler), petrol kökenli organikler, partiküller örnek olarak verilebilir.Bunlar endüstriden, taşıt araçlarından, yakıt yakılmasından, ısıtma faaliyetlerinden kaynaklanmaktadırlar.
Doğal kaynaklardan oluşan kirleticiler ise jeolojik kaynaklardan sülfürlü gazlar(SO2 ve H2S),metan(CH4), karbondioksit(CO2), minerallerin tozları, volkan ve deniz spreylerinden klorür(Cl-) ve sodyum(Na+) iyonları, biyolojik(fotosentez yapan organizmalar, atıkların ayrıştırılması,bitki ve hayvanların metabolik faaliyetleri) kaynaklardan hidrojen-karbon esaslı gazlar(CO,CO2, CH3Cl, terpenler ) olarak verilebilir.
2.1.2. İkincil(Sekonder) Kirleticiler
Atmosferde mevcut birincil kirleticilerin kendi aralarında verdikleri reaksiyonlardan ve güneş radyasyonunun etkisi ile gerçekleşen reaksiyonlardan oluşan kirleticilerdir. Oksidantlar olarak adlandırılan ozon ve PAN(Peroksi Asetil Nitrat) ve NO2 en çok rastlana gaz fazındaki ikincil kirleticilerdir. Yine birincil kirleticilerden NO’un oksitlenmesi ile NO2 ve devamında nitrik asit ve nitrat iyonlarına benzer şekilde SO2 de SO3 oksitlenmekte ve nem eşliğinde sülfürik asit partiküllerine dönüşmektedirler. Aerosoller içinde de reaksiyonlar devam eder ve SOx ve NOx gazlarından doğal oluşumlarla amonyum sülfat ve amonyum nitrat tuz partikülleri oluşur.
2.2. Kısıtlamalara göre Hava Kirleticilerin Sınıflandırılması
2.2.1.Kesin kısıtlamaları olan Kirleticiler(Criteria Pollutants)
Hava kirliliği olaylarının başlangıcından beri izlenen, konsantrasyon ve maruz kalma sürelerine bağlı olarak insan ve diğer varlıklar üzerindeki etkilerine dair yeterli bilginin mevcut olduğu kirleticiler olup bu etkilerine bağlı olarak hava içindeki konsantrasyonları kesin limitlere bağlanan kirleticilerdir. Başlıca altı kirleticiden ibarettirler. Bunlar;
Azot dioksit(NO2)
Kükürtdioksit(SO2)
Karbon monoksit(CO)
Ozon(O3)
Partiküler madde (PM10)
Kurşun(Pb)
Ozon oluşumunda etkili olan Hidrokarbonlar ve oluşan oksidantlar ile birlikte sekiz kirletici için “konvansiyonel kirleticiler” denir
2.2.2.Kriter Dışı Kirleticiler(Noncriteria Pollutants)
Bu tür kirleticiler toksik ve zararlı kirleticiler olarak tanımlanırlar. Zararlı hava kirleticiler(HAPs) kızarıklık, nefes darlığı gibi etkiler yol açarken toksik hava kirleticiler zehirlenme, kanser ölüm gibi etkilere sahiptir. Çoğunlukla endüstriyel çalışma ortamlarında karşılaşılan kirleticilerdir. Bu nedenle çevre havasında işyeri ortamına göre beş on kat daha düşük konsantrasyonlarda bulunurlar. Bu tür kirleticiler için endüstriyel ortamlara yönelik kısıtlamalar sağlık etkilerine dayalı olarak konulmaktadır.
(Zararlı hava kirleticiler için http://www.epa.gov/ttn/atw/188polls.html)
2.3. HAVA KİRLETİCİLER VE ETKİLERİ
2.3.1.Konvansiyonel ve Kriter Dışı Kirleticilerin genel mukayesesi
Tablo 3.Konvansiyonel ve Kriter Dışı Kirleticilerin genel mukayesesi
Konvansiyonel Kirleticiler
Kriter Dışı Kirleticiler
Sayıları sınırlıdır(6 veya 8)
Potansiyel olarak çokturlar(180-200 adet)
Biyoakümüle olmazlar
Bir kısmı biyoakümüle olabilir
Akciğer birincil hedef organdır(CO dışında)
Vücüttaki bir çok organ hedetir.
İnsan sağlığı üzerindeki etkileri hızla görülebilir.
İnsan doz-cevap ilişkisi nadiren bulunabilir
Etkileri genellikle birkaç dakika ile aylar mertebesinde oluşur
Etkileri genellikle uzun bir gizli devreden(yıllar) sonra ortaya çıkar
Birinci derecede akut etkileri söz konusudur.
Birinci derecede kronik etkileri söz konusudur.
2.3.2. Süre Etkisi ve Duyarlılıklar
Hava kirleticilerin sağlık üzerindeki etkileri iki farklı zaman boyutuna sahiptir. Birinci boyut “akut” etkilerdir ve kirleticinin insan vücuduna girmesinden sonra hedef organ üzerinde aniden ortaya çıkan etkilerdir.Hava kirliliğinin yaşandığı bölgelerde vücuda giriş yerleri gözler ve ağız ve burun yoluyla akciğerlerdir. Yanma hissi ve solunum problemleri ilk etkilerdir.
“Kronik” etkiler ise maruz kalma süresinin fonksiyonudur ve uzun süreler maruz kalma sonucu ortaya çıkan etkilerdir.
Toplum içinde bazı nüfus gruplarında hava kirleticilere duyarlılıklar da farklıdır. Tablo 3 de bu gruplar verilmiştir. Hassas gruplara hamilelerin de eklenmesi gerekmektedir. Tablo 3 den toplumun en az yarısının duyarlı gruplar içinde yer aldığı görülmektedir ve bu da hava kirliliğinin etkileme potansiyelinin genişliğini göstermektedir.
2.3.3 Konvansiyonel Kirleticilerin İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkileri
Ozon
Ozon kuvvetli bir oksitleyicidir ve solunum sistemini etkileri. En önemli etkisi akciğer dokusuna verdiği zarardır.Akut etkileri arasında öksürük, göğüs ağrıları göz yaşarması,baş ağrısı, akciğer fonksiyon
Tablo 4. Hava Kirliliğine Duyarlı Nüfus grupları
Nüfus Grubu
Toplam içindeki oranı,%
Kalp ve dolaşım sistemi hastaları
7
Kronik Akciğer hastaları
8,9
Yaşlılar( 65 yaşından büyükler)
9,6
Çocuklar(14 yaşından küçükler)
20
Atletik aktivitede bulunanlar
7
Toplam
52,5
kayıpları ve astım nöbetleridir. Akciğerlerde kirpikçikli hücreler etkilenirler. Bu hücreler akciğere ulaşan partiküllerin temizlenmesini sağlamaktadırlar(Şekil 2 a ve b).
(a) (b)
Şekil 2. (a)Sağlıklı bir akciğerde aktif kirpikcikler, (b) Uzun süre ozona maruz kalmış insan akciğerinde kirpiksi hücre zararları (Griffin,2007)
İlave olarak akciğer olveollerinde hücre zarlarında zararlar oluşur. Bu zarlar akciğerlerde kan ile hava arasında oksijen ve karbondioksit değişiminin sağlandığı baloncuklardır.
Yüksek konsantrasyonda ozona maruz kalınması halinde bağışıklık sistemi fonksiyonlarında kayıplar, yaşlanmanın hızlanması,infeksiyon hastalıklarına direnç azalması gibi rahatsızlıklar görülür. Ozonu oksitleyici özelliğne bağlı olarak alveol hücrelerinde daimi kayıplar oluşur.
Kükürt dioksit
Kükürt dioksitin hedef organı akciğerlerdir ve akut sağlık etkileri vardır.Bu etkiler tahriş ve nefes yollarının daralması şeklinde görülür. Bu daralmalar yapışkan salgıların temizlenmesinde azalmalara neden olur.Şekil 2 de kükürtdioksite maruz kalmadan önce ve maruz kaldıktan sonraki akciğer filmleri verilmiştir. Normal koşullarda akciğer yolları açıktır ancak maruz kaldıktan sonra SO2’nin etkisi nedeniyle hava yolları daralır.Bu daralma diğer sağlık koşullarını da olumsuz etkiler.Sağlıklı insanlarda boğaz yanması, öksürme ve teneffüs güçlüğü yanında SO2 0,5 ppm değerine yaklaştığında hissedilir koku rahatsızlığı şeklinde etkilere yol açmaktadır. Akut olarak maruz kalındıktan sonra güneş ışığına daha duyarlı hale gelinmektedir.
Kronik etkiler arasında SO2 bağışıklık sistemini baskılayarak bronşite yakalanma ihtimalini artırmaktadır.Bu durum anfizem olarak adlandırılan akciğer yetmezliğine neden olmaktadır.Ayrıca bağışıklık sisteminin baskılanması kanser riskini artırmaktadır.
Şekil 3. Akciğerlerin SO2’ye maruz kalmasından sonra(soldaki durum) ve maruz kalmasından öncesi(sağdaki resim)(Griffin,2007).
Partiküler madde
Partiküler madde parametresi partikül çapına göre farklı adlarla adlandırılmaktadır. Atmosferik partiküler madde(APM) havadaki askıda belirli sürelerde kalabilen bütün çaplara sahip partikül grubunu temsil eder ve genel olarak 30 µm den küçük çaplara karşılık gelir. PM10, ortalama çapın 10 µm’den küçük olan partikülleri ve PM2,5 ise ortalama çapın 2,5 ‘den küçük olan partikülleri içine alır.
Solunum sistemi ağız ve burundan başlayarak akciğerlerin en uç noktasına kadar partiküllerin etkisine çaplarına bağlı olarak farklı bölgelerde farklı şekillerde etkilenir(Şekil 4).
Şekil 4. Solunum sisteminin farklı bölgelerinde partiküllerin çökelme oranları
Çapı 30 µm’den büyük partiküller burun içinde 1-1,5 cm mesafede tutulurlar.Çapı 10 µmden büyük partiküller burun sinüsler ve nefes borusunda etkili bir şekilde tutulurlar. 10 µm’den küçük olanlar broşlara ve akciğerin alt kısımlarına geçebilirler.0,5 µmden küçük olan partiküller çökelme hızının düşük olması nedeniyle toplam çökelmenin en az olduğu çapa karşılık gelmektedir.0,1-1,0 m aralığı en az tutulan partikül çaplarına tekabül etmekte ve verilen nefesle tekrar dışarıya atılmaktadır.
Partiküller çaplarına ve akciğerlerde neden olacakları etkiye bağlı olarak ağız ve burundan geçebilecek partiküller( Inhalable), genizden sonra akçiğere geçebilen partiküller(Thoracic), kirpiksi hücrelerin olduğu alt solunum sistemi kısmına geçebilen(respirable) ve yüksek riskli partiküller(high risk respirable) olmak üzere dört kategoriye ayrılırlar. Bu gruplamada etkili olan partikül çapları thoracic için 10, respirable için 4 ve high risk respirable için 2,5 µm olarak verilmektedir.
Yüksek konsantrasyonlarda PM’e maruz kalınması(akut etki) ölüm oranlarını, astım ve bronşit ve akciğer enfeksiyonlarına yakalanma oranların artırmaktadır. Bu partiküller solunum yollarını tahriş etmekte, daralmasına ve hava geçişinin azalmasına neden olamakta, akciğer yüzeyinin salgı ile kaplanmasını engellemektedir.
İnce partiküllerin kronik etkiler arasında akciğer kapasitesinde kayıplar, akciğer harabiyeti, yara oluşumuna bağlı olarak partiküllerin alveollerden uzaklaştırma mekanizmasının çalışamaması belirtilmelidir. İnce partiküller ağır metaller gibi bazı toksik kirleticilerin de taşıyıcısı olduğundan akciğerlerde alveollerde kana geçerek vücudun hassa organlarına taşınarak zarar verirler.
Partiküllerin atmosferdeki en önemli göstergesi görüş mesafesinin azalmasıdır ve diğer pek çok olumsuz etkisi yanında psikolojik olarak da etkilenmeye neden olur.
Azot dioksit
Ozon sentezine yol açması yanında insan sağlığı üzerinde de etkilere sahiptir.Akut etkisi dğrudan ve dolaylı yollarla gerçekleşir. Doğrudan etkisi akciğer hücre zarlarına ve hava yolları üzerinde gerçekleşmektedir. Astma nöbetlerini tetikler. Dolaylı olarak da ödem oluşumuna ve hücreler arası boşluğun sıvı ile dolmasına ve lokal olarak enfeksiyonların oluşumuna yol açmaktadır. Kronik etkiler arasında nekrozis(doku harabiyeti) ve hücre ölümlerine neden olmaktadır. Ayrıca NO2’nin alveollerde hücre duvarı incelmesine ve gaz transferinde yetersizliklere neden olduğuna dair deliller mevcuttur. Farelerde NO2’ye maruz kalındıktan sonra kanser hücresi verilidiğinde NO2’ye maruz kalmayan farelere göre yüksek oranda akciğer kanser nodülleri geliştiği rapor edilmişitr.
Karbon monoksit
CO kandaki hemeglobine bağlanarak zarar vermektedir.Hemoglobin oksijen taşıyan bir protein olup hayat için önemlidir. CO ile bağlanınca kanın oksijen taşıma kapasitesi etkilenmektedir.Yüksek oranda CO oksijensiz kalmaya neden olmakta güç ve refleks kaybı, yorulma, baş ağrısı gibi beyinin oksijensiz kalmasına ait belirtiler oluşmaktadır. Buna akciğer ve kalbin de olumsuzlukları eklendiğinde ölümcül etkiler ortaya çıkmaktadır.Merkezi sinir sitemi ve beyin fonksiyonları etkilenmektedir.
Kurşun
Kurşun toksik bir metaldir.Diğer kirleticilerden farklı etkilere sahiptir. Pb sistemik bir toksik madde olup vucütta bir çok hayati organı hedef alır.Merkezi sinir sistemine zarar verir.Beyin fonksiyonları etkşlenir.Kasların kontrolü ve öğrenme kayıplarına yol açar. Kırmızı kan hücrelerinin çoğalmasını sağlayan enzimleri etkiler ve kansızlığa neden olıur. Çocuklarda gelişme geriliğine ve insanlarda böbrek yetersizliğine kalp ve karaciğer harabiyetine neden olur. Üreme fonksiyonların azaltuır.
2.3.4. Bitki ve Hayvanlar üzerindeki Etkiler
Bitkiler üzerindeki etkiler Tablo 5 de verilmiştir.
Tablo 5. Hava Kirleticilerin Hayvan ve Bitkiler üzerindeki etkileri
Kirleticiler
Semptomlar ve zararları
Etkilenen bitki yaşı ve yaprak parçaları
Kükürtdioksit
Beyaz lekeler, damarlar arasında beyazlaşma,klorozis(klorofil kaybına bağlı sararma)
Orta yaşlı bitkiler çok etkileniyor, mesofil hücreleri
Ozon
Leke oluşumu, küçük bereler, beyazımsı noktalar, pigmentasyon, iğne yapraklarda kahverengi renge dönüş ve tahrip olma
Yaşlı yapraklar çok hassas,palisade veya spongy parankima
Peroksi asetil nitrat(PAN)
Yaprakların alt kısmında parlaklık artışı, gümüşi,broz rengine dönüşme
Genç yapraklar çok hassas, spongy hücreler
Azot dioksit
Damarlar arası dokularda ve yaprak kenarlarında düzensiz,beyaz veya kahverengi içine çökmüş yaralar
Orta yaşlı yapraklar çok hassas, mezofil hücreleri
Hidrojen florür
Uç ve kenar yangıları, yaprak kopması, nekroze olmuş kısımlarla yeşil kısımlar arasında dar kırmızı bantların oluşumu
Genç yapraklar çok hassas, epidermik ve mezofil hücreleri
Hidrojen klorür
Asit tipi nekrotik yaralar, çam yapraklarının uç kısım yangısı,geniş yapraklarda kenar nekrozları
Yaşlı yapraklar çok hassas, epidermik ve mezofil hücreleri
Hidrojen sülfür
Esas kısımlarda ve kenarlarda kavrulma
En genç yapraklar çok hassas,
Sülfürik asit
Yaprak üst yüzeyinde nekrotik lekeler
Bütün yapraklar etkilenir
2.3.5.Hayvanlar Üzerindeki Etkiler
Evcil hayvanlar(kedi, köpek, inekler vb) insanlar gibi hava kirlenmesinden etkilenmektedir. Yapılan otopside akciğer ödemleri görülmüştür. Nefes yollarından çok toksik kirleticilerle bulaşmış gıda maddeleri yoluyla giriş belirleyicidir. Bu durum besi hayvancılığında hava kirlenmesine maruz kalmış bitki kısımlarının yenmesi ile vucutta birikmekte ve hayvansal ürünlere geçmektedir. Pestisit, herbisit ve fungisitlerin önemi artmaktadır.
Florür, kurşun, ağır metaller ve partiküler maddeler evcil hayvanlarda etkili olmaktadır.Florürler, bu kirleticiye maruz kalmış bitkisel yemleri tüketen ,inek, koyun at ,domuz ve kümes hayvanlarında florozis hastalığına neden olmaktadır. Kurşunla kirlenmiş otların yedirilmesi durumunda da kurşun maruziyetine bağlı olarak rahatsızlıklar ortaya çıkmaktadır. Arsenik , selenyum ve molibden gibi ağır metaller de kümes hayvanlarında birikime neden olmaktadır.
2.3.6. Malzeme üzerindeki etkiler
Metaller üzerinde korozyon etkisi belirleyicidir. Etki nem, sıcaklık ve kirletici konsantrasyonuna bağlıdır.Demir cinsi malzemelerde %90 oranında korozyon etkilidir. Sülfürik asit en etkilki korozyon etkeni hava kirleticidir. Çinko, bakır, nikel ve bronz metalleride SOx, H2S ve diğer asidik hazlardan etkilenirler.Korozyon elektrikli ve elektronik metallerde çok daha etkilidir.
Bina malzemeleri yüzeyine yapışan partiküller dolayısı ile kirlenme ve boyanma ortaya çıkmaktadır.Mermer, kireçtaşı ve dolomit malzemeler asidik gazlar dolayısı ile kimyasal olarak aşınmaktadır. Tarihi ve arkeolojik yapılarda geri döndürülemez zararlar oluşmaktadır. Kimyasal olarak aşındırmadan nem eşliğinde SO2 ve CO2 kirleticilerinin oluşturduğu sülfürik asit ve karbonik asit sorumludur. Bu asitler malzemelerle suda çözünebilen ürünler verirler ve bu ürünler yağmur suyu ile yıkanarak uzaklaştırılırlar. Binaların dış cephesinin boyaları H2S, SOx, NH3,O3 ve PM gibi kirleticiler nedeniyle solmakta, parlaklığını yitirmekte,yapışma ve mukavemet özelliklerini kaybetmektedir.
Dokunmuş tekstil ürünleri,deri ürünler ve kağıt malzemeler üzerinde de hava kirliliğinin etkisi söz konusudur. En önemli etkiler kirlenme ve liflerin zayıflamasıdır.PM ve asidik hava kirleticiler sorumludur. SO2, O3,PM ve NOx kirleticileri dokularla reaksiyona girerek renk solmasına neden olurlar. SOx kağıtların ve deri malzemelerin görünüşünü ve kompozisyonunu etkiler.Nem ile SOx sülfürik asiti oluşturu ve bu malzemeleri kırılgan ve parçalanır hale getirir.
Kauçuk özellikle ozonun etkisi ile kırılganlaşır. Otomobil lastikleri en çok etkilenen kauçuk malzemeden oluşmaktadır.
2.3.7. Atmosferik Etkiler Hava kirleticiler atmosferde zaman zaman pus(haze) ve sis oluşumuna neden olarak görüş mesafesinin azalmasına yol açarlar. Diğer taraftan stratosferik ozon deliği, asit birikimi, iklim değişikliği gibi büyük ölçekli etkileri de vardır.
3. YASAL KISITLAMALAR
Ülkemizde 6 Haziran 2008 de yayınlanarak yürürlüğe giren “Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği” çevre havasındaki kirleticilerle ilgili sınır değerleri 2019 yılı hedeflerini içerecek şekilde düzenlemiştir. Aşağıda Tablo 6 da konvansiyonel kirleticilerle ilgili değerler verilmiştir.
Tablo 6. Konvansiyonel Kirleticiler için Limit değerler, değerlendirme ve uyarı eşikleri
Kirletici
Ortalama süre
Limit değer
Tolerans payı
Üst değerlendirme eşiği
Alt değerlendirme eşiği
Limit değere ulaşılacak tarih
Uyarı eşiği
SO2
saatlik
-insan sağlığının korunması için-
350 µg/m3 (bir yılda 24 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde 150 µg/m3(limit değerin %43’ ü)
ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
1.Ocak 2019
500 µg/m3
(hava kalitesinin temsili bölgelerinde bütün bir “bölge” veya “alt bölgede” veya en azından 100 km2’de- hangisi küçük ise-
üç ardışık saatte ölçülür)
24 saatlik
-insan sağlığının korunması için-
125 µg/m3
(bir yılda 3 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde 125 µg/m3 (%100) ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
24-saatlik limit değerin %60’ ı
(75 µg/m3
bir yılda 3 defadan fazla aşılmaz)
24-saatlik limit değerin %40 ‘ı
(50 µg/m3
bir yılda 3 defadan fazla aşılmaz)
1.Ocak 2019
yıllık ve kış dönemi (1 Ekim den 31 Marta kadar)
- ekosistemin koruması-
20 µg/m3
Kış dönemi limit değerinin %60’ı
(12 µg/m3)
Kış dönemi limit değerinin %40’ı
(8 µg/m3)
1.Ocak 2014
NO2
saatlik
-insan sağlığının korunması için-
200 µg/m3 (bir yılda 18 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde
100 µg/m³ (% 50)
ve 1.1.2024 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %70’i
(140 µg/m3
bir yılda 18 defadan fazla aşılmaz)
limit değerin %50’si
(100 µg/m3
bir yılda 18 defadan fazla aşılmaz)
1.Ocak 2024
400 µg/m3 (hava kalitesinin temsili bölgelerinde bütün bir “bölge” veya “alt bölge” de veya en azından 100 km2’de- hangisi küçük ise- üç ardışık saatte ölçülür)
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
40µg/m3
1.1.2014 tarihinde 20 µg/m³ (% 50)
ve 1.1.2024 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %80’i (32 µg/m3)
limit değerin %65’i (26 µg/m3)
1.Ocak 2024
NOX
yıllık
– vejetasyonun korunması için-
30 µg/m3
-
limit değerin %80’i (24 µg/m3)
limit değerin %65’i (19,5 µg/m3 )
1.Ocak 2014
PM(10)
24 saatlik
-insan sağlığının korunması için-
50 µg/m3
(bir yılda 35 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde 50 µg/m³ (% 100)
ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
30 µg/m3
(bir yılda 7 defadan fazla aşılmaz)
20 µg/m3
(bir yılda 7 defadan fazla aşılmaz)
1 Ocak 2019
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
40.µg/m3
1.1.2014 tarihinde 20 µg/m³ (% 50)
ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
14 µg/m3
10 µg/m3
1 Ocak 2019
Kurşun
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
0,5µg/m3
Sınayi faaliyetlerden uzun yıllar boyunca kontamine olmuş sanayi kaynakların yakınlarında
1 µg/m³
(bakınız madde 12 (4))
1.1.2014 tarihinde
0.5 µg/m³ (% 100) ve 1.1.2019 tarihine kadar veya madde 12 (4) ‘e göre belirlenen “alt bölge”ler ve “bölge”lerde 1 Ocak 2019 + 5 yıla kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %70’i
(0,35 µg/m3)
limit değerin %50’si
(0,25 µg/m3)
1 Ocak 2019 veya madde 12 (4) ‘e göre belirlenen “bölge“ ve “alt bölge”lerde 1 Ocak 2019 +5 yıl. Böyle durumlarda limit değer 1 Ocak 2019 dan itibaren 1,0 µg/m³ olur.
Karbon monoksit
maksimum günlük 8 saatlik ortalama
-insan sağlığının korunması için-
10 mg/m3
1.1.2014 tarihinde
6 mg/m³(% 60)
ve 1.1.2017 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %70’i
(7 mg/m3)
limit değerin %50’si
(5 mg/m3)
1 Ocak 2017
Ozon parametresi için hedef değerler ise Tablo 7 de verilmiştir.
Tablo 7.Ozon için uzun vadeli hedefler, hedef değerler, bilgilendirme ve uyarı eşikleri
Hedef
Ortalama Süre
2022 için Hedef değer (a)
Uzun vadeli hedef
İnsan sağlığının korunması
Bir yılda maksimum günlük 8 saatlik ortalama
120 µg/m³ değeri üç yıllık ortalama alındığında bir yılda 25 günden daha fazla süre boyunca aşılmayacaktır (b)
120 µg/m3
Vejetasyonun korunması
Mayıs ayından Temmuz ayına kadar 1 saatlik değerlerden hesaplanacak AOT40
Beş yıllık ortalaması
18 000 µg/m3·saat (b)
6 000 µg/m3·saat
Süre
Eşik
Bilgi eşiği
1 saatlik ortalama
180 µg/m3
Uyarı eşiği
1 saatlik ortalama (c)
240 µg/m3
(a) Hedef değerler ile uyumluluk bu yıldan itibaren değerlendirilecektir. Bir başka ifade ile verilerin, takip eden üç veya beş yıl sonunda uyumluluğun hesaplamasında kullanılacağı ilk yıl 2022’dir.
(b) Eğer üç veya beş yıllık ortalamalar belirlenemiyorsa yıllık verilerin ardışık ve tam seti bazında, hedef değerler ile uyumluluğu kontrol etmek için gerekli minimum yıllık veriler aşağıdaki gibidir;
(c) Madde 11 ‘in uygulanması için eşiğin aşımı üç ardışık yıl için öngörülür veya ölçülür.
- insan sağlığının korunmasında hedef değer için- bir yıllık geçerli veri
- vejetasyonun korunmasında hedef değer için- üç yıllık geçerli veri
Geçiş dönemi olarak adlandırılan 2014 yılına kadar uygulanacak uzun ve kısa vadeli yasal sınır değerleri ise Tablo 8 de verilmiştir.
Tablo 8. Geçiş Dönemi Uzun Vadeli Ve Kısa Vadeli Sınır Değerleri Ve Uyarı Eşikleri
Kirletici
Ortalama süre
Sınır değer
Sınır değerin yıllık azalması
Uyarı eşiği
SO2
saatlik
900 µg/m3
İlk seviye: 500 µg/m3
İkinci seviye: 850 µg/m3
Üçüncü seviye: 1.100 µg/m3
Dördüncü seviye: 1.500 µg/m3
(Verilen değerler 24 saatlik ortalamalardır.)
-KVS-
24 saatlik
% 95 /yıl
-insan sağlığının korunması için-
400 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 200 µg/m3(sınır değerin %50’si) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
Kış Sezonu Ortalaması
(1 Ekim – 31 Mart)
-insan sağlığının korunması için-
250 µg/m³
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 125 µg/m3(sınır değerin %50’si) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
Hedef Sınır Değer
(Yıllık aritmetik ortalama)
60 µg/m³
Hedef Sınır Değer
Kış Sezonu Ortalaması
(1 Ekim – 31 Mart)
120 µg/m³
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
150 µg/m3
-UVS-
yıllık
-hassas hayvanların, bitkilerin ve nesnelerin korunması için-
60 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 20 µg/m3 (sınır değerin %33’ü) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
NO2
-KVS-
24 saatlik
% 95 /yıl
-insan sağlığının korunması için-
300 µg/m3
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
100 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 60 µg/m3 (sınır değerin %60’ı) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
PM101
-KVS-
24 saatlik
% 95/yıl
-insan sağlığının korunması için-
300 µg/m3
İlk seviye: 260 µg/m3
İkinci seviye: 400 µg/m3
Üçüncü seviye: 520 µg/m3
Dördüncü seviye: 650 µg/m3
(Verilen değerler 24 saatlik ortalamalardır.)
Kış Sezonu Ortalaması
(1 Ekim – 31 Mart)
-insan sağlığının korunması için-
200 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 90 µg/m3(sınır değerin %45’i) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
150 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 60 µg/m3 (sınır değerin %40’ı) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
Kurşun
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
2 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 1 µg/m3(sınır değerin %50’si) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
CO
24 saatlik
% 95/yıl
-insan sağlığının korunması için-
30 mg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 10 mg/m3(sınır değerin %33’ü) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
10 mg/m3
[1][1]‘PM10, asılı partikül madde – siyah duman olarak da ölçülebilir. Siyah duman değerlendirmesi ve gravimetrik birimlere çevrimi için, hava kirliliğini ölçme metotları ve anket teknikleri üzerine çalışan OECD grubunun standartlaştırdığı metot (1964), referans metot olarak alınır.
Uluslar arası hava kalitesi standartları iki farklı esasa göre limitler belirlemektedir. Bunlar;
insan sağlığının esas alındığı standartlar :Birincil(primary) standartlar
hayvan ve çevre sağlığının esas alındığı standartlar :İkincil(Secondary) standartlar
Çoğunlukla her iki standart grubu aynı limit değerlere sahip olabilir. Aşağıda Amerika Birleşik Devletleri(ABD) ve Avrupa Birliği(AB) hava kalitesi standartları Tablo 9 ve Tablo 10 da verilmiştir.
Tablo 9.ABD’de hava Kalitesi Standartları
9 ppm
(10 mg/m3)
8-saar (1)
(40 mg/m3)
1-saat (1)
Kurşun
0.15 µg/m3 (2)
3-aylık ortalama
4 aylık ortalama
0.053 ppm
(100 µg/m3)
Yıllık
(Aritmetik Ortalama)
(PM10)
150 µg/m3
24-saat (3)
15.0 µg/m3
Yıllık (4)
(Aritmetik Ortalama
24-saat (5)
0.075 ppm (2008 std)
8-saat (6)
8-saat (7)
1-saat (8)
0.03 ppm
Yıllık
(Aritmetik Ortalama)
0.5 ppm
(1300 µg/m3)
Tablo 10. Avrupa Birliği Ülkeleri için hava Kalitesi Standartları
25 µg/m3***
1 yıl
Hedef değer 1.1.2010 da yürürlüğe girecek Limit değerler 1.1.2015 de yürürlüğe girecek
n/a
PM10
50 µg/m3
24 saat
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek**
1 year
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek **
Kükürt dioksit (SO2)
350 µg/m3
1 saat
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek
24 saat
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek
200 µg/m3
1 saat
Limit değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek
1 yıl
Limit değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek *
Kurşun (Pb)
0.5 µg/m3
1 yıl
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek (veya spesifik endüstriyel kaynakların yakınında 1.1.2010 da yürürlüğe girecek; ve 1.1.2005 ile 31.12.2009 arasında 1.0 µg/m3 limit değeri uygulanacak)
10 mg/m3
Maksimum günde 8 saatlik ortalama
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek
5 µg/m3
1 yıl
Limit değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek **
120 µg/m3
Maksimum günde 8 saatlik ortalama
Hedef değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek
6 ng/m3
1 yıl
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
5 ng/m3
1 year
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
20 ng/m3
1 year
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
1 ng/m3
(Benzo(a)pyrene eşdeğeri konsantrasyon)
1 yıl
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
4. HAVA KİRLETİCİLERİN BİRİMLERİ VE BİRİM DÖNÜŞÜMLERİ
Gaz ve partikül formundaki kirleticilerin konsantrasyonları değişik birimlerle ifade edilmektedir.
4.1.Gaz formundaki kirleticiler
4.1.1. Hacimsel Birimler
Hacim Yüzdesi olarak : % v kirletici/v(kirletici+ hava)
ppm(milyonda bir ) :
ppb(milyarda bir ) :
ppt(trilyonda bir) :
1%v/v = 104 ppm
1 ppm = % 0,0001 v/v
4.1.2.Kütle/Hacim Formundaki Birimler
mg/m3
µg/m3
ppm ve ppb birimleri ile mg/m3 ve µg/m3 arasında basit dönüşüm ilişkisi aşağıdaki gibi yazılabilir.
mg/m3 = µg/m3 =
mg/m3 = µg/m3 =
MA: Kirleticinin mol ağırlığı,g/molgr
V: Verilen t ve p değeri için 1 mol gazın hacmi,lit.(PV = nRT ideal gaz kanunundan hesaplanabilir
N = 1 , R = 0,082 lit.atm/K.molg).
4.2. Partiküler maddeler
Partiküler maddeler için konsantrasyon en yaygın olarak Kütle/hacim cinsinden birimlerle ifade edilmektedir. Bu tür birimler
g/m3, mg/ m3, µg/ m3, ng/ m3 birimleridir.
Bunun dışında partikül çapı ve yoğunluğu aynı olan partiküller için partikül sayısı / m3 cinsinden de birimler kullanılabilir.
5. HAVA KİRLETİCİ KAYNAKLAR
Hava kirletici kaynaklar kendi aralarında farklı gruplar altında sınıflandırılmaktadır. Genel bir sınıflandırma aşağıda verilmiştir.
5.1. Yerleşim ve endüstriyel Kaynaklar
Hava kirlenmesinin yaşandığı bölgelerde kirletici kaynaklarla ilgili en çok tercih edilen sınıflandırma yaklaşımı bu grup içinde verilmektedir.Bunlar;
a. Büyük yakma tesisleri(Güç üretim tesisleri)
b. Endüstriyel üretim tesisleri
c.Ulaştırma faaliyetleri
d.Konut ısıtma faaliyetleri
e.Atık bertaraf tesisleri
f.İnşaat faaliyetleri
5.2.Ziraat ve Diğer Kırsal Kaynaklar
a. Zirai faaliyetlerden toz oluşumu
b.Anız(tarımsal atıklar ve çalılık-ormanlık alanlarda) yakma
c.Toprak emisyonları
d.Pestisit kullanımı
e.Atıkların bozunması
5.3. Doğal Kaynaklar
a.Rüzgar erozyonu
b.Orman yangınları
c.Volkanik patlamalar
d.Biyojenik emisyonlar
e.Deniz spreyleri ve buharlaşma
f.Toprak organizmalarının metabolizma ürünleri
g.Organik maddelerin doğal bozunumu
h.Yıldırım ve şimşekler
Hava kirleticilerin kontrolü dendiğinde öncelikle konvansiyonel kirleticiler dikkate alınır. Bu bakımdan da 5.1 de verilen yaklaşımdaki a-e başlıkları en önemli kirletici kaynak olarak kabul edilir.
6. HAVA KİRLETİCİLERİN KONTROLÜ
6.1. Genel
Gaz ve partikül formundaki kirleticilerin emisyonlarının gerçekleştiği kaynaklarda bu emisyonların yasal düzenlemelerde müsaade edilen limitleri aşmayacak şekilde(Emisyon İzni) kontrol edilmesi gerekmektedir. Bunun yapılabilmesi için
-kaynaklarda faaliyet düzeni ile kirletici oluşturma ilişkisinin ortaya konulması
-Kütle-enerji dengeleri, proses değerlendirmeler, yerinde yapılacak ölçümler ve çevre havası üzerinde yapılacak ölçümlerle kirletici emisyon miktarlarının belirlenmesi
-emisyon miktarlarının tesis içi kontroller, yakıt ve hammadde değişimi,iyi işletmecilik uygulamaları ile azaltılmasına yönelik çalışmaların yapılması
-en iyi teknoloji yaklaşımı ile emisyonların minimum seviyelerde oluşumuna imkan araştırılması
-kirleticilerin kontrolüne yönelik en iyi sistemin seçiminin yapılabilmesi( oturmuş teknoloji, atıkların yönetimi, yerli üretim, rekabete uygun, ekonomik analiz, risk değerlendirmesi vb)
gibi özelliklerin üzerinde önemle durulması gerekmektedir(Schnelle, 2001).
Kirleticiler için uygun kontrol sistemlerinin belirlenebilmesi için proses bilgileri, arazi bilgileri, maliyetler, verim talepleri, geri kazanma alternatifleri, atıkgaz akımı ve içerdiği kirlerticilerle ilgili ayrıntılı ön çalışmaların yapılması gerekmektedir. Bu kapsamda atıkgaz akımı için;
-toplam atık gaz debisi
-atık gaz sıcaklığı,
-Partikül çap dağılımı
-Partikül direnci
-Emisyonların bileşimi
- İşletme koşullarında atıkgazın korozifliği
-nem içeriği
-baca gazı basıncı
-baca gazının yanabilirliği ve tutuşabilirliği
dikkate alınmalıdır.
Proses ve bölge karakteristikleri kapsamında da;
-Toplanan emisyonların yeniden kullanımı/yeniden kazanımı olanakları
-Kullanılabilir hacimler(alanlar)
-İlave elektrik enerjisi ihtiyacı
- Su tüketimi
-Atıksu arıtma tesisi ihtiyacı
-Devreye alma ve devreden çıkma sıklıkları
-Çevresel koşullar
-Yasal düzenlemelerdeki değişimlere uyabilme
-Ham madde kullanımındaki değişikliklere uyabilme
-Tesis tipi(sabit veya hareketli)
değerlendirilmelidir.
6.2. Gaz Halindeki, Kirleticilerin Kontrolü
Gaz halindeki hava kirleticilerin kontrolünde
-adsorpsiyon
-absorpsiyon
-termal
-biyolojik
mekanizmaları esas alan sistemler kullanılır. Bunlar özet mahiyette aşağıda Tablo 11 de verilmiştir.
Tablo 11. Gaz kirleticilerin Kontrol Teknolojileri
Kontrol sistemi
Giriş Kons.,ppmv
Verim,
%
Avantajları
Dezavantajları
Absorpsiyon
250
90
Özellikle inorganik asidik gaz kirleticileri için uygun
Sınırlı uygulanabilirlik
1000
95
5000
98
Adsorpsiyon
200
50
Düşük ilk yatırım maliyetleri, solventlerin geri kazanımında etkili
Seçici olarak uygulanmalıdır
1000
90-95
5000
98
Yoğuşturma(Condensation)
500
50
Solventlerin geri kazanımında etkili
Sınırlı uygulanabilirlik
10000
95
Termal yakma
20
95
Yüksek parçalama verimi, ısı enerjisi geri kazanımı, geniş uygulama alanı
Organikler geri kazanılamaz, yüksek yatırım maliyeti
100
99
Katalitik yakma
50
90
Yüksek parçalama verimi, termal yakmaya göre daha düşük maliyetli
Organikler geri kazanılamaz, kataliz zehirlenmesi kullanımı kısıtlayabilir
100
>95
Meşale(Flare) de yakma
>98
Yüksek parçalama verimi
Organikler geri kazanılamaz,büyük emisyon kaynakları için uygun
6.2.1. Absorpsiyon Teknikleri
Absorpsiyon, bir gaz kirleticinin bir sıvı çözücü içinde çözündürülerek kirli gaz akımından ayrılmasını sağlar. Bu ancak sıvı içinde kolaylıkla çözünebilen gaz kirleticiler için uygulanabilir. İki farklı uygulama şekli söz konusudur. Absorplama sistemlerinde su veya düşük buharlaşma özelliğine sahip organik solventlerkullanılır. Absorplama sonrası çözücüler atılabilir veya uygun geri kazanma teknikleri(distilasyon ve sıyırma ) ile absorplanan kirleticiler saf veya konsantre bir şekilde geri kazanılabilirler.
Sulu sistemler
HF, HCl, SiF4 gibi asidik gazlar su ile etkili ve hızlı bir şekilde absorbe edilebilirken, SO2,Cl2 ve H2S gibi gazlar daha az çözünürlükleri dolayısı ile su yerine NaOH içeren sulu çözeltilerle absorbe edilebilirler.NaOH, Na2CO3 ve NaHCO3 gibi alkali maddelerden %5-10’luk çözeltiler absorplama sıvısı olarak kullanılır. Kireç(CaO) ve ya sönmüş kireç(Ca(OH)2) de, baca gazlarından SO2 gibi kirleticilerin kontrolünde kullanılmaktadır. NH3 ve amonyum tuzlarının çözeltileri ile de çalışılır.
CO2 de uygun pH’da(>9) absorplama çözeltileri ile baca gazlarından ayrılabilir. Alkali gaz bileşenleri(NH3 vb) seyreltik H2SO4, H3PO4 ve HNO3 çözeltileri ile absorplanabilir.
Susuz sistemler
Asidik gazların absorpsiyonunda amin içeren çözeltiler(monoetanol-, dietanol-, trietanolamin, metildietanolamin ve dimetil alanin) özellikle SO2 ve H2S gazları için kullanılırlar. Hidrokarbon kirleticileri için düşük buhar basınçlı hidrokarbonlar(ağır yağlar, solventler) kullanılır.
Absorplama Ekipmanları
Şekil 5. Paket Absorplama Kolonları
Şekil 6. Duşlama Kulesi
Şekil 7. Siklonik Duşlama Kulesi
6.2.2. Adsorplama Sistemleri
Granüler formdaki katılarla gaz ya da sıvı karışımlarından kirleticilerin ayrılmasına adsorpsiyon işlemi denir. Katıların yüzeylerinde tutabilme kabiliyetleri olması gerekir. Bu işlem kimya sanayinde yaygın bir şekilde kullanılır. Solventler, diğer organikler, koku veren maddeler etkili bir şekilde bu yöntemle kontrol edilebilir. Katılara adsorbent, tutulan maddelere adsorbat adı verilir.
Adsorpsiyon, düşük sıcaklıklarda fiziksel, yüksek sıcaklıklarda ise kimyasal olarak gerçekleşir.En yaygın kullanılan adsorbentler ve etkili oldukları kirleticiler Tablo 12 de verilmiştir.
Tablo 12. Adsorbent maddeler
Adsorbatlar
Aktif Silica
Silika Jel
Moleküler Elekler
Koku verici maddeler
Adsorplama Prosesleri
Kademeli ve sürekli temas metodları sürekli ve yarı sürekli prosesler olarak uygulanırlar.
Şekil 8. Sabit Yataklı Adsorplama Sistemleri
Şekil 9. Sabit Yataklı Aktif Karbon Uçucu Organik Bileşiklerin Geri Kazanıldığı Proses
6.2.3. Yakma
Uçucu hidrokarbonlar ve bazı HAP bileşikleri yakıt karakteri taşıdiıkları için kolayca yanabilirler.Yanma bir termal oksidasyon olup organik bileşikler CO2 ve H2O bileşiklerine okside olurlarken klor ve sülfür gibi eser elementler de HCl ve SO2 haline oksitlenirler.
Hidrokarbon içeren buhar akımları a. Termal oksidasyon veya açık alevli meşale(flare),b. Termal oksidasyon ve insinerasyon ve c. Katalitik oksidasyon olmak üzere üç farklı yakma yöntemi ile bertaraf edilebilir. Bu yöntemlerin her birinin kendine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Flare sürekli olmayan ve büyük hacimde konsantre hidrokarbon emisyonlarının kontrolünde tercih edilirken termal oksitleyiciler sürekli ve yüksek verimde arıtma sistemi olarak karışık gaz akımlarının oksitlenmesinde katalitik oksitleyiciler ise sürekli ve düşük konsantrasyonda kirletici içeren gaz akımların minimum ilave yakıt masrafı ile oksidasyonunda tercih edilirler.
Şekil10. Basit bir flare
Termal Oksitleyiciileşikleri
Şekil 11. Reküperatif Yakma Sistemi
Şekil12. İki Bölgeli Rejeneratif Yakma Tesisi
Şekil 13. Üç bölgeli rejeneratif yakma prosesi
Şekil 14. Katalitik Yakma Sistemi
6.2.4. Yoğuşma ile Kontrol
Yoğuşma bir gaz karışımı içinden bazı bileşenlerin bir soğutucu yüzeyinde film oluşturarak ayrılmasını ve sonrasında damlalar şeklinde akışa geçmesini ifade eder. Yoğuşma, 5000 ppmv’den daha büyük konsantrasyonlarda uçucu organikler ve zararlı hava kirleticileri için tercih edilen bir yöntemdir.Verim %50-90 arasında değişir.10.000 ppmv ve daha yukarı konsantrasyonlar üst limiti oluşturur. Bu nedenle ön arıtma olarak da uygulanabilir. 3000 m3/saat debilere kadar bir tek yoğunlaştırıcı yeterlidir.
Şekil 15. Levha ve tüp tipinde yüzeyli yoğunlaştırıcı
Şekil 16. Dikey levha ve borulu ısı değiştiricili düzenlemeler a)Boru içinde yoğuşma,buhar fazı çıkışı alttan
6.2.5. Biofiltrasyon
Bir biofiltre toprak, taş,sentetik malzeme,kompost gibi bir dolgu malzemelerinin bir gaz dağıtıcı donatı üzerine yerleştirilmesi,kirli hava akımının bu dağıtma yapısı kullanılarak yatak malzemesi arasından geçirilmesi ve bu yatak malzemesi yüzeyinde gelişen mikroorganizmaların atık gaz akımı içindeki organik molekülleri metabolizmalarında kullanarak havayı arıtmasının gerçekleştirildiği bir kontrol sistemidir.Mikroorganizmaların organik kirleticileri arıtma ürünleri CO2 ve sudur.
Biofiltrasyon oldukça yeni,ekonomik ve etkin bir arıtma yöntemi olarak çoğunlukla Kullanılabilir En İyi Kontrol Teknolojisi(Best Available Control Tecnology(BACT)) olarak adlandırılmaktadır. Biofiltrasyon ile 1000-1500 ppm mertebelerinde koku(%98-99),uçucu organikler(%65-99), H2S ve NH3(80-99) gibi kirleticiler arıtılabilmektedir.
Şekil 17. Tipik Bir açık biofiltre
Şekil 18. Tipik biofiltre yatağı
6.2.6.Membran Sistemleri
Membran teknolojisi uçucu organiklerin ve diğer gaz kirleticilerin bir atık gaz karışımı içinden ayrılmasını sağlayan yeni bir teknolojidir. Bu teknoloji ile polimerik yapılı membranlar kullanılarak yoğuşabilir organik buharlar, C3 ve daha büyük hidrokarbonlar, aromatikler, ve yoğuşmayan methan, etan,azot ve hidrojen gibi gazlar arıtılabilmektedir.
Hava akımı membrandan geçerek konsantre halde elde edilen permeat ve arıtılmış gazlardan oluşan iki akıma ayrılır. Konsantre organikler bir kondenserde yoğuşturularak geri kazanılır. Bu teknik orta seviyede uçucu hidrokarbon içeren düşük debili atık gaz akımlarında tercih edilir.
Uygulama basınçlandırma ve yoğuşturma ve membrandan geçirme kademelerinde uygulanır.Basınçlandırma ve soğutma yoğunlaşma ile bir kısım organikleri ayırır ve kalanlar da membran yardımıyla konsantre permeat halinde elde edilir.
6.2.8. NOX Kontrolü
N2O, NO, NO2, N2O3 ve N2O5 gibi azot oksitler NOx olarak adlandırılırlar. NO ve NO2 en fazla görülen türlerdir. NOx’in en önemli kaynakları yakma tesisleridir. Bunun yanında HNO3 üretim tesisleri ve her türlü ulaşım araçları da önemlidir.
Yakma tesislerinde NOx üç mekanizma ile oluşturulur.1)Termal NOx , 2) Teşvik edilmiş NOx ve 3) Yakıt NOx’i
Termal NOx hava oksijeni ile hava azotu arasında radikal oluşumu ile yürüyen reaksiyonlarla NO ve NO2 oluşumu şeklinde gerçekleşir. Sıcaklık arttıkça bu mekanizma ile NOx oluşumu da artar. Termodinamik olarak 1650-2000 oC aralığında dengede NOx konsantrasyonu 6000-10000 ppm mertebelerinde oluşmakta ve NO/NO2 oranı ise 500/1 ve 1000/1 dir. Normal baca gazı sıcaklıklarında (180-350oC) NOx konsantrasyonu 1 ppm den küçüktür. Oysa doğal gaz yakıcıların baca gazlarında NOx emisyonu 200-300 ppm mertebelerindedir. Buna göre gerçek yakma koşullarında termodinamik dengeye göre termal NOx oluşumu çok düşük kalmaktadır.
Teşvik edilmiş NOx, alev bölgesinde O ve OH radikalleri tarafından desteklenen NOx oluşumudur ve etkili bir şekilde alev sıcaklığı ve oksijen konsantrasyonu kontrolü ile engellenebilir.
Yakıt NOx’i ise yakıt bünyesinde yer alan azotlu bileşikler dolayısı ile oluşan NOx türü olup kömürlü santrallerde NOx’in %50-70’nin oluşumunda etkilidir.
Kontrol Teknikleri
Azotoksit (NOx) kontrol tedbirleri temel olarak iki kategoride incelenir:
- Yakma işlemi sırasında kontrol
- Yakma sonrası kontrolü
Bu sistemler yüksek verim elde etmek amacıyla birlikte kullanılabildiği gibi genel olarak ayrı kullanımları mevcuttur.
Yakma sırasında uygulanan kontrol sistemleri NOx oluşumunu kaynağında sınırlandırılabilirken, yakıcı sonrası kontrol sistemleri oluşumdan sonra azaltma işlemlerini kapsar. Yakma sırasında kontrol prosesleri en yaygın olarak kullanılan kontrol sistemleridir.
Yin ve diğ., 2008: Örneğin dünyanın en büyük kömür üreten ve tüketen ülkelerinden olan Çin’de (tüm enerjinin %75’i kömür ile karşılanır) NOx emisyonları en önemli kirleticilerdendir. Bu nedenle son yıllarda bu kirletici grubu ile ilgili sıkı sınırlamalar getirilmiştir. Ülkede pulverize bir kömür sisteminden atmosfere verilen NOx konsantrasyonu 500 ila 2000 mg/m3 arasında değişir. “Düşük NOx yakma teknolojileri” kullanılmadan bir başka deyişle yakma sırasında kaynakta kontrol sağlanmadan bu sınır değerler karşılanamaz.
Yakıcı modikikasyonları NOx konsantrasyonunda %10-80 arasında azalma sağlar. Performans değeri oluşan NOx miktarı, yakıcı dizaynı, kömür özelikleri ve operasyon koşullarına göre değişir. Genellikle bu teknolojiler kurulumu kolay ve yatırım ve işletme maliyetleri düşük teknolojilerdir. Bu tür sistemler tüm kazan tiplerinde kullanılırlar. Bu sistemler esas olarak şu şekildedir (Srivastava ve diğ., 2005; USEPA, 2000, Cooper 1990):
Düşük hava fazlası (Low excess air-LEA): DHF operasyonu yakma havasını mümkün olan minimum seviye indirgemektir. Bu sistemle verimi etkilemeyecek minimum hava fazlası oranı ile yakma zonunda oksijen miktarı kontrol edilir ve bu sayede NOx oluşumu sınırlandırılır. Bu sistemler tipik olarak %30–60 oranında verim sağlar ve düşük maliyetlidir. Varolan kömürlü santrallerde kullanımı oldukça fazladır.
Servis dışı yakıcı (burners out of service-BOOS): BOOS teknolojisi yakıt akımını yakıcının üst kısmında tutarak yanlızca havanmın geçişine izin verir. Bu metod hava kademelendirmeye benzer ve alev üstü hava tekniğinin bir simülasyonudur. NOx oluşumunu yakıcı alanında oksijen miktarını düşürerek sınırlar.
- Çapraz ateşlemeli yakıcılar: Çapraz yakıcı ateşleme sistemleri yakıcının alt kısımlarında üst kısımlarına nazaran daha yakıt-zengin bir yanma sağlar. Bu metod hava kademelendirmenin bir diğer formudur ve alev zonunda oksijen miktarını kısıtlayarak NOx kontrolü sağlar. Bu metod kazanın normal operasyon koşullarını ve değiştirebilir. Ancak NOx miktarını %10-20 oranında azaltır.
Alevüstü hava (overfire air-OFA): OFA tekniği yakıcıda toplam yanma havasının belli bir miktarının ayrılması ve yakıcının üst kısmında bulunan bölmelere enjekte edilmesidir. Bu sistem NOx miktarını iki şekilde azaltır;
(1) yakma prosesini uzatıp ve geciktirerek ve bu sayede daha az yoğun yakma ve daha soğuk alev sıcaklıkları sağlayarak termal NOx miktarını azaltır.
(2) yakma zonunda hava konsantrasyonunu azaltarak uçucu yakıt azot miktarını değiştirir ve yakıt NOx miktarını azaltır.
Bu teknik çeşitli tipte yakıcıya uygulanabilir (teğetsel ve duvar yakıcılı, turbo, otomatik ve beslemeli kazanlar). Ticari kullanımları en iyi bilinen teknolojilerdir. NOx miktarını % 20-30 oranında azaltır.
Düşük NOx yakıcılar (Low NOx burners-LNB): Bu teknikle NOx oluşumu her bir yakıcı zonunda yakma prosesinin stokiyometrik ve sıcaklık profili kontrol edilerek yapılır. NOx indirgeme tekniği şu şekildedir:
(1) yakma zonunda azaltılmış oksijen seviyesi ile NOx oluşumu sınırlanır,
(2) azaltılmış alev sıcaklığı, azaltılmış bekleme süresi ve pik sıcaklık değeri ile ile termal NOx oluşumu sınırlanır,
LNB tekniği çeşitli tipte teğetsel ve duvar-ateşlemeli kazanlara uygulanır. Ancak diğer tip ateşleme sisteminesahip kazanlara uygulanamaz. Bu sistem, varolan kazanlar için yaklaşık %35-55 arasında kontrol sağlar ve mevcut tesisler için en az maliyetli teknolojilerdir. Bu sistemler ayrıca yeni yakıcılarda da kullanıabilir. LNB ler OFA ile kombine edildiğinde daha yüksek verim sağlar (%40- 60 azalma).
Yeniden yakma: Yeniden yakma oldukça donanım gerektiren bir tekniktir. Ana yakma zonunda oluşan NOx ikinci yakma zonu akımında azalır. Bu teknik ana yakma zonunda oluşan ısıyı %40’a kadar azaltır ve yakıcının üst kısmına ısı ilavesi ile yeniden yakma zonu oluşturur. Yeniden yakma yakıtı (doğal gaz, yağ ya da pulverize kömür) hava ya da yakıt ile sisteme verilebilir ve ana yakma zonunda azotun azalması için yakıt, zengin bir gaz oluşturur. Yeniden yakma zonunda yakıt-zengin gazlar yakılır. Bu sistemler kömürün birincil yakıt olarak kullanıldığı bir çok tipte kazanda kulanılabilir (teğetsel, duvar yakmalı, siklon kazanlar). Bu sistemin ticari kullanımları sınırlıdır, ancak bu sınırlı kullanımlarda %50-60 arasında azalma sağlanabilir. Aynı zamanda kazan verimine en az etki eden teknolojilerdendir.
Seçici katalitik olmayan indirgeme (selective noncatalytic reduction -SNCR): SNCR tekniğinde atık gaz akımına NOx’i azot ve daha sonra suya indirgemek için amonyak ya da üre ilavesi yapılır. Bu solventler bacadan konvektif geçişe ya da üst yanma zonuna enjekte edilir. Bu solventler baca gazındaki NOx ile azot ve su oluşturmak üzere birleşir. SNCR verimi solventin enjekte edildiği yerdeki sıcaklığa, atık gazdaki solvent karışımına, solventin bekleme süresine; solventin NOx’a oranına ve yakıtın kükürt içeriğine bağlıdır. Sınırlı kullanımları mevcuttur ve NOx azaltma miktarı%25-40 arasındadır. Büyük miktarlarda kimyasal sarfiyatı gerektirir. Tüm uygulamaları 200 MW ve altı tesisler için mevcuttur.
Seçici katalitik indirgeme (selective catalytic reduction -SCR): SCR sisteminde atık gaz akımına bir kataliz varlığında NOx’i azot ve daha sonra suya indirgemek için amonyak ilavesi yapılır. SCR reaktörü proseste çeşitli pozisyonlarda kullanılabilir. Örneğin hava ısıtıcı ve partikül kontrol cihazından önce ya da desülfürizasyon ünitesi çıkışına konabilir. Performası etkileyen parametreler; atık gaz sıcaklığı, yakıt kükürt içeriği, amonyak-NOx oranı, giriş NOx konsantrayonu, hız ve katalizin yapısıdır. Sınırlı uygulaması olmasına rağmen NOx’te %75-85 azalma sağladığı belirlenmiştir. Ancak %2’den daha az kükürt içeren yakıtlar için uygundur.
Şekil 19. Selektif Katalitik İndirgeme Prosesi Akım Şeması
SCR sistemi %70-90 oranında NOx giderme kapasitesine sahiptir. Doğal gazlı santrallerde %15 O2 eşliğinde 5 ppm NOx’e kadar arıtma yapılabilmektedir. Bunların dışında SNCR/SCR sistemlerinin birlikte kullanıldığı hibrid sistemler de mevcuttur. Bu sistemlerin yatırım ve işletme maliyetlei daha kontrollüdür. Aynı zamnda eş zamanlı kükürtoksit ve azotoksit giderimi sağlayan sistemler de mevcuttur ve %70–99 arasında giderim sağlayabilir. Ancak bu tür sistemlerin uygulamaları sınırlıdır.
Yeni teknikler olarak “düşük sıcaklık oksidasyonu ve absorpsiyon” ile NOx, N2O5’e oksit lenir ve sonra absorbe edilerek HNO3 elde edilir.
Şekil 20. Düşük Sıcaklık Oksidasyon Prosesi akım şeması
Katalitik absorpsiyon teknolojisi de (SCONOx) NO, CO ve hidrokarbonlar NO2 ve CO2’ye oksitlenir ve sonra NO2, K2CO3 ile absorbe edilir.
6.2.9. SOx Kontrolü
SO2 en önemli sülfür bileşiğidir. H2S, SO3 diğer önemli sülfür bileşikleridir.
Sülfür yakıtlarda piritik(FeS2),mineral sülfatlar, elemantel sülfür, organik sülfür ve merkaptanlar halinde bulunur.
SOx kontrolünde uygulamalar yanma öncesi, yanma sırasında ve yanma sonrası olmak üzere üç kategoride toplanabilir.
Yanma Öncesi S kontrol
SOx kontrolünde ilk adım yakıtların kükürt içeriklerinin azaltılması yada düşük kükürtlü yakıtların tercih edilmesidir.
Yakıtların kükürt içeriklerinin azaltılmasında fiziksel(kömürde yıkama), kimyasal(ekstrakte etme), biyolojik yöntemler kullanılabilir. Gazlaştırma katı yakıtlarda bir başka S giderme yöntemidir. Gazlaştırma sonrası H2S formundaki S’lü bileşikler
reaksiyonu ile giderilirler.
Yakma sırası ve sonrası SOx Kontrolü
Kömür yanmasından kaynaklanan kükürtoksit emisyonlarının azaltılmasında birkaç teknik kullanılır. Bu teknikler çeşitli ve karmaşık tekniklerdir. Bunlardan biri yakıttaki kükürtün azaltılmasıdır. Çünkü kükürtoksitler yakıtta bulunan kükürt ile direk olarak ilgilidir. Bu alternatif düşük kükürtlü yakıtın bulunmadığı ya da farklı özellikte kömür yakılamadığında durumlarda kullanılabilir değildir.
Bazı durumlarda çeşitli kömür temizleme teknikleri kükürt içeriğini azaltmak için kullanılabilir. Fiziksek kömür temizleme teknikleri pirit gibi mineral özellikte kükürtün giderilmesinde kullanılır. Bu sayede mineral sülfürün %30-50 arası kısmı giderilebilmektedir (USEPA 1998a-b). Fakat organik kükürdün giderilmesinde çok etkin değildir ve maliyetli sistemlerdir. Kömür üzerinde kimyasal temizleme teknikleri geliştirilmekte olan teknolojiler arasındadır.
Desülfürizasyon üniteleri kömürlü termik santrallerde en yaygın olarak kullanılan SO2 kontrol yöntemidir. Bu ünitelerde ilk yatırım maliyeti yüksek olmakla birlikte kimyasal madde olarak kireçtaşı kullanılmasından dolayı işletmesi düşük maliyetlidir. Daha küçük, endüstriyel ölçekteki tesislerde ise genellikle kullanılan ekipmanların ilk yatırım maliyetleri daha düşük olmasına rağmen kullanılan kimyasallar daha pahalıdır.
Kontrol teknikleri başlıca absorpsiyon ve adsorpsiyon olmak üzere iki değişik teknikle özetlenebilir. Aşağıdaki bölümlerde bu teknikler özetlenmiştir:
Proseste ilk aşama olarak SO2 solvent fazdaki çözünürlüğünden yararlanılarak gaz akımında ayrılır ve solvent fazında çözünerek sulfüröz asit (H2SO3) formuna geçer. Daha sonra ise oksitleyiciler ile etkileşerek inorganik sülfit (SO32-) ve sülfat (SO42-) formuna döner ve solvent fazında tutulmuş olur. SO2 absorplayıcı sistemler içinde en kullanılan sistem kireçtaşlı ıslak yıkayıcılardır. Sistemin akış diyagramı aşağıdaki şekil…’de verilmiştir.
Şekil 21. Kireçtaşlı SO2 yıkayıcı sistem
Sistemde kireçtaşı çözeltisi SO2 içeren gaz akımına püskürtülür. Devridaim tankı içinde kimyasal reaksiyonlar gerçekleşirken kireçtaşı çözeltisi ve reaksiyon ürünleri giderim veriminin sağlanması ve işletme problemlerinin önlenmesi açısından dikkatli şekilde kontrol edilmelidir. Islak yıkayıcılarda genel olarak yüksek giderim veriminin sağlanması için sıvı pH’ı 5-9 aralığında çalıştırılırken, giderim verimi ise %80-95 aralığında değişmektedir.
Islak yıkayıcı hacmi içinde suyun buharlaşması nedeniyle gaz sıcaklığı 43-60 0C gibi değerlere soğuyabilmektedir. Bu gaz sıcaklık aralığı genel olarak SO2 emisyonlarının kontrolünde kullanılan diğer hava kirliliği kontrol sistemlerinin işletme sıcaklıklarından olukça düşüktür
Şekil 22. Kuru enjeksiyon tipi kuru yıukayıcı
Kuru enjeksiyon sistemli kuru yıkayıcı daha büyük karmaşık sistemler yerine daha küçük bir sistem olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, kuru enjeksiyon sisteminin verimi oldukça düşük ve giderilen birim SO2 başına alkali kimyasal ihtiyacı daha fazladır. Ayrıca atık bertaraf maliyetleri ve gereksinimleri absorpsiyon sistemlerine göre daha yüksektir.
Tablo13. SO2 gideriminde kullanılan kimyasal maddeler
Genel isim / mineral adı
Kimyasal
Formül
Kireçtaşı
Kalsiyum karbonat
CaCO3
Sönmemiş kireç
Kalsiyum oksit
CaO
Sönmüş kireç
Kalsiyum hidroksit
Ca(OH)2
Soda külü
Sodyum karbonat
Na2CO3
Kostik soda
Sodyum hidroksit
NaOH
Nahcolite
Sodyum bikarbonat
NaHCO3
Trona
sodyum seskikarbonat
NaHCO3 Na2CO3.H2O
Kalsiyum bazlı reaksiyonlar
Kireçtaşı direk sulu çözelti ya da fırına direk enjeksiyon yoluyla kullanıldığında ısı etkisiyle aşağıdaki reaksiyon gerçekleşerek karbonik asidi giderilir:
Şekil 23. Basitleştirilmiş Islak Kireçtaşı Prosesi Akım Şeması
Sönmemiş kirecin söndürülmesi ya da hidratize edilmesi ile çok daha pahalı olan sönmüş kireç elde edilmektedir.
Islak kireçtaşıyla yıkama prosesi son ürünleri kalsiyum sülfit ve kalsiyum sülfattır. Sülfitin sülfata oksidasyonu emülsüfiye kükürt ilavesi ile tiyosülfit iyonu oluşması nedeniyle engellenebilmektedir. Alternatif olarak, oksidasyon reaktörün gerçekleştiği tank içindeki çamurumsu faza hava ilavesi ile arttırılabilmektedir.
SO2’nin kireçtaşı ile absorpsiyonu aşağıdaki şekilde gösterilmişir.
Şekil…: SO2’nin absorpsiyonu
Islak kireç yıkama, kireç spray kurutma ve hidratize kireç prosesleri sonucu kalsiyum sülfit ve kalsiyum sülfat reaksiyon ürünleri karışımı oluşmaktadır.
Kalsiyum sülfit engellenmemiş kireçtaşı yıkama prosesinin ürünüdür. İğnemsi kristal yapılar şeklinde olup geniş yüzey alanından dolayı tekrar nemlenmesi zordur. Maddi değeri olmamakla birlikte su ortamında KOİ değeri yüksektir. Düzenli depolanabilmekle beraber, taşınabilmesi için öncelikle stabilize edilmesi gerekir. Diğer taraftan kalsiyum sülfat ise tercih edilen bir kuvvetli oksidasyon prosesi ürünüdür. Kolay nemlenen kristaller oluşturur. Bununla beraber saf kalsiyum sülfat alçı olarak adlandırılmakta olup duvar kaplaması üretiminde kullanılır. Kuru kalsiyum bazlı sistemler genellikle %75 kalsiyum sülfit %25 kalsiyum sülfat içermektedir. düzenli depolamaya gönderilebilmekle beraber kireçteki etkileşmemiş por yüzeyleri sızıntı suyuyla etkileşerek pH’ını yükseltmektedir.
Sodyum bazlı reaksiyonlar
Soda külü ya da kostik sodanın ıslak yıkayıcılarda kimyasal madde olarak kullanılması yüksek pH değerine sahip bir çözelti elde edilir. Birçok ıslak yıkayıcıda her iki kimyasalda kullanılabilmekte ve arasındaki seçim çoğunlukla ağırlık bazında fiyata bağlı olmaktadır. Soda külü yıkama çözeltisini hazırlamak üzere suda çözüldüğünde:
Kostik soda ise genellikle %50 çözelti olarak satıldığından dolayı katı madde depolama ekipmanlarına gerek kalmamaktadır.
Alkali yıkayıcılarda ilk basamak SO2’nin sıvı fazda absorbe edilmesidir.
Alkalinite yukardaki reaksiyonun sağa doğru kaymasını ve sülfüröz asit oluşumunu sağlamaktadır. Sülfüröz asit pH’a bağlı ayrışarak bisülfit ya da sülfit oluşturur.
Bu nedenle SO2’li tüm reaksiyona bakıldığında sodyum sülfit, sodyum sülfat ve sodyum bisülfit karışımının oluştuğu görülmektedir. Kükürt bileşiklerinin oranları pH ve oksidasyon derecesine dayanmaktadır. Basitleştirilmiş tüm reaksiyon:
pH kimyasal tüketimini etkilediği gibi SO2 gazının çözünürlüğünü de etkileyen önemli bir parametredir. 1mol SO2’nin sodyum sülfit ya da sodyum sülfata dönüşmesi için yukarıda ki stokiometrik reksiyonlar uyarınca 2 mol sodyum gerekirken, sodyum bisülfit dönüşüm için 1 mol sodyum gerekmektedir.
Kuru sodyum bazlı sistemlerde ise kullanılan kuru sodyum bikarbonat ısıya maruz kaldığında, ayrışarak yüzey alanı büyük soda külüne dönüşür. Soda külü birçok prosesin atık gaz sıcaklığı olan 300-600 0C arası sıcaklıklarda SO2 ile reaksiyona girer.
Sodyum bikarbonat rafine edilmiş bir mineral ya da doğal bir mineral olan nahcolite şeklinde temin edilebilir. Trona da kuru kimyasal olarak kullanılabilir.
Sodyum bazlı prosesin son ürünleri sodyum bisülfit (NaHSO3), sodyum sülfit (Na2SO3) ve sodyum sülfattır (Na2SO4). Reaksiyon ürünleri suda çözünebilir karakterde olduklarından bazı bölgelerde bertaraf problemine yol açabilmektedir. Islak yıkayıcı sistemlerinden kaynaklanan sıvı atıklar alıcı tatlısu ortamına deşarj edilmemektedir. Kuru reaksiyon ürünlerinden ise yüksek oranda çözünmüş katı içeren sızıntı suyu ortaya çıkmaktadır.
Tablo...de yakma sonrası SO2 teknikleri ve bu tekniklerin kontrol etkinliği özetlenmiştir.
Tablo 14. Yakma sonrası SO2 kontrol teknikleri
Kontrol Teknolojisi
Proses
Kontrol
Etkinliği
Açıklamalar
Islak yıkayıcı
Kireç/kireçtaşı
%80-95+
Yüksek kükürt içerikli yakıtlara uygulanabilir, çamur oluşur
Sodium karbonat
%80-98
Kimyasal maliyeti yüksektir
Magnezyum oksit/hidroksit
%80-95+
Rejenere edilebilir
Çift alkali
%90-96
Sodium bazlı yıkama çözeltisini rejenere etmek için sodium kullanılır
Spray kurutma
Kalsiyum hidroksit çözeltisi spray kabında buharlaşır.
%70-90
Düşük ve orta konsantrasyonda kükürt içeren yakıtlara uygulanır, kuru ürün oluğur
Yanma odasına enjeksiyon
Kuru kalsiyum karbonat/hidrat yanma odası üst boşluğundan enjekte edilir
%25-50
Avrupa’da ticari uygulamaları vardır
Boruya enjeksiyon
kuru sorbent enjeksiyonu yapılır. bazen su sprayi ile birleşik de yapılabilir
%25-50+
Halen araştırma geliştirme çalışmaları devam etmektedir
http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch01/final/c01s01.pdf
Şekil 24. Basitleştirilmiş Püskürtme Kurutmalı Kireç yöntemi
Şekil25. Sodyumbikarbonat ile Şeması SO2 Arıtımı Akım Şeması
6.3.Partiküler Maddelerin Kontrolü
Partiküler madde ve boyut dağılımı
Partiküller madde kontrolünde partiküler madde parametresinin boyut dağılımı en önemli değişkendir. 10 µm’den büyük partiküllere iri partiküller denir.İnsan saçının çapı 50-110 µm
Şekil 26. Genel Partikül Terminolojisi ve çap aralıkları
boyutlarındadır. Akciğerlerde zararlı olacak partiküller 0,7-7 µm aralığındadırlar.Şekil 26’da görüldüğü gibi partiküller kaynaklarına ve çaplarına göre farklı isimler alırlar.Bunlarla ilgili bazı terimler ve anlamları aşağıda verilmiştir.
Toz(Dust):10-50 µm boyut aralığında ve kırma, patlatma, öğütme gibi aktivitelerle kömür, mineraller, kayalar, metaller ve ahşap malzemenin işlenmesinden oluşan partiküllerin genel adı.
Duman(Smoke):Odun, kömür, benzin, ve diğer yakıtların tam olmayan yanmaları sonucu oluşan ve ve boyutları 1 µm’den küçük, çoğunlukla karbon ve katı partiküllere verilen ad.
Mist: Buharların yoğuşması ile oluşan ve çapları 40-500 µm boyut aralığındaki iri sıvı danecikleri
Sis(Fog):Çapları 40 µm’den küçük olan buharların yoğuşması ile oluşan sıvı partiküller
İs(Fume):Gazların kondensasyonu, ergimiş metal buharlarının süblimasyonu ve kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan ve çapı 1 µm’den küçük katı partiküller.
Diğer taraftan endüstriyel partiküler maddeler çaplarına göre dağılımları lineer ihtimal dağılmına göre sınıflandırılırsa Şekil 27’deki gibi davranırken, log-log ihtimal dağılımı grafik kağıdında bir doğru olarak elde edilebilir(Şekil 28). Böylece kontrol sistemleri seçilirken partikül dağılımının bilinmesi ve buna göre uygun sistemlerin seçilmesi gerekmektedir. Örnek olarak partiküllerin kütlesel olarak %50’sinin çapı 7 µm, %80’i ise 10 µm’den küçüktür.
Şekil 27. Lineer İhtimal Kağıdında Partikül Çaplarının Değişimi
Şekil 28. Logaritmik ihtimal Dağılımı Kağıdında Partikül Çaplarının Dağılımı
Partiküllerin çapları en genel tanımlama parametresidir. Ancak iki farklı çap tanımı önemlidir. Bunlar fiziksel çap ve aerodinamik çap olarak bilinir.Fiziksel çap küresel veya küreye yakın bir partikülün gerçek çapı olarak tanımlanırken aerodinamik çap, aerodinamik olarak gerçek partiküle eş davranan ve yoğunluğu 1 gr/cm3 malzemeden oluşan küresel cismin çapı olarak tanımlanır. Böylece çökelme hızları gerçek partikülle eşdeğer aerodinamik çapa sahip partiküller için aynıdır. Çökelme hızı ,partikül üzerinde etkili olan yerçekimi kuvvetleri ile hava içindeki sürtünme kuvvetlerinin farkından kaynaklanır.
Partiküllerin Kontrolünde etkin olan kuvvetler ve mekanizmalar
Partiküllerin kontrolünde en etkili mekanizmalar çarpma(Impaction), sürtünme veya temas etme(Interception) ve difüzyondur. Bir hedefe doğru hava içinde taşınan partiküllerin hedef tarafından tutulması bu mekanizmalarla sağlanır(Şekil 29).
Şekil 29. Partikül Tutma Mekanizmaları
Çarpma: Hedefe doğru belirli bir hızla taşınan partiküller kütleleri buna bağlı momemtumları dolayısı ile kütle yakınında hava akımı gibi yörüngesini değiştiremez ve doğrusal hareketine devam ederek hedefe çarpar ve tutulur.
Temas:0,1-1 µm boyut aralığındaki partiküller kendilerini taşıyan gaz akımı tarafından hedefe yeterince yakın hareket taşındıklarına hedefe temas ederler ve tutulurlar. Ancak bu çap aralığındaki partiküllerin momentumları da küçük olduğundan gaz akımı tarafından sürüklenebilirler ve bu nedenle temas mekanizması oldukça zayıf bir kontrol mekanizmasıdır.
Difüzyon:Çok küçük (submikron) partiküller Brownian hareketler yaparlar. Böylece hava akım iplikçikleri arasında “serbest yol” miktarınca rastgele geçiş yapabilirler ve hedefe yakın durumda iseler hedef tarafından tutulurlar. Bu mekanizma şayet yeterli süreler verilebilirse ve hedefle mesafesi kısaltılabilinirse etkili bir kontrol mekanizmasıdır. Torbalı filtrelerde bu mekanizma çok etkilidir.
Yukarıda belirtilen çarpma, sürtünme ve difüzyon mekanizmaları yanında
-elektrostatik kuvvetler
-yer çekimi kuvvetleri
-Santrifüj kuvvetler
-Termoforezis
-Difüzoforesis
-Sonik kuvvetler
Partikül kontrolünde kullanılan mekanizmalardır.
Partikül Tutma Sistemleri
Partikül kontrol sistemleri aşağıda ana gruplar halinde verilmiştir. Bu sistemler partikül tutma mekanizmalarının birinin ya da birkaçının bir arada kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Bunlar:
Mekanik toplayıcılarda teknik olarak partikülün eylemsizlik özelliğinden yararlanır. Partiküllü gaz akımı siklonik bir şekilde döndürülür ve partikül kütlesinden dolayı gaz akımı vorteks dışına atılır. Büyük çaplı partiküllerin çoğu huniye girerek aşağıda toplanırken gaz akımı yukarı doğru çıkıp sistemden ayrılır.
Siklonlar
a)Yüksek debili siklonlar
b)Konvansiyonel siklonlar
c)Yüksek verimli siklonlar olarak üç ana gruba ayrılırlar.Klasik bir siklonun boyutları Şekil 30 da verilmiştir. Boyutların D siklon çapına göre değişimleri ise Tablo 15 de verilmiştir.
Şekil 30. Klasik bir siklon boyutları
Tablo 15. Verimlerine göre siklon boyutlarının değişimi
Boyut
Semboller
Yüksek Verimli
Standart
Yüksek Debili
Giriş yapısı yüksekliği
H/D
0,44
0,5
0,8
Giriş yapısı genişliği
W/D
0,21
0,25
0,35
Çıkış yapısı çapı
De/D
0,4
0,5
0,75
Gövde uzunluğu
Lb/D
1,4
1,75
1,7
Konik kısım uzunluğu
Lc/D
2,5
2,0
2,0
Vorteks bulucusu
S/D
0,5
0,6
0,85
Toz çıkış elemanı çapı
Dd/D
0,4
0,4
0,4
Bir siklonun teorik olarak %x verimle tutabileceği partikülün çapı
İfadesi ile bulunur. Burada
dpx = % x verimle tutulabilen partikülün çapı
µ = Atık gaz akımının viskozitesi
W = Giriş yapısı genişliği
Ne = Etkili dönüş sayısı
Vi = Siklon girişi hız
ρp = Partikülün yoğunluğu
ρg = Gaz akımının yoğunluğu
Teorik verim gerçek durumu tam olarak temsil edemez. Bunun yerine en az %50 verimle tutulabilen partikül çapı dp50 terimi kullanılır. Bu durumda herhangi bir dpj çaplı partikülün tutulma verimi ήj , Lapple ampirik ifadesi
ile hesaplanır(Şekil 31).
Şekil 31. Lapple verim eğrisi
Siklonlarda işletme sırasında gerçekleşen basınç kayıpları ise
İfadesi ile hesaplanır. Burada;
ΔP = Basınç kaybı
NH = Giriş hızı katsayısı başına basınç düşümü
NH ise
KΔP2 = Siklon tipi ve işletme koşullarına bağlı katsayı(12-18 arasında değişir)
İfadesi ile bulunur. Siklonlarda müsaade edilebilecek maksimum hız “saltation” etkisine göre belirlenir.
Şekil 31. Multisiklonlar (TEPAV 2008).
Siklonların avantajları
1. Düşük yatırım maliyeti
2. Hareketli parça olmaması dolayısı ile az bakım ihtiyacı ve düşük işletme maliyeti
3.Relatif olarak düşük basınç kaybı(5-15 cm ss)
4. Siklon malzemesine göre sıcaklık ve basınç kısıtlamaları
5. Kuru vaziyette ürünlerin toplanabilmesi ve bertarafı
6. İzafi olarak küçük yer ihtiyacı
Siklonların dezavantajları ise
1. Düşük verimli olmaları(özellikle 10 µm den küçük çaplı partiküller için)
2.Yapışkan karakterli partiküller için uygun olmaması
3.Yüksek verimli siklonlarda basınç kayıplarının da yükselmesi
· Elektrostatik Filtreler
Elektrostatik Filtreler (EF), partiküllerin elektrikçe yüklenmesi ve bir elektrik alanı içinde partikülün gaz akımı dışına doğru hareket ettirilmesi ve levha elektroda ulaşan partiküllerin sistemden giderilmesi şeklinde çalışır. Partiküller, elektrotlar arasında gerçekleşen korona boşaltımı yoluyla iyonlaşan gaz molekülleri yardımıyla elektronlarla yüklenir. Elektrikle yüklenen partiküller elektrik alanını yardımıyla levha elektrotlara doğru hareket ettirilir ve teması halinde gaz akımından ayrılırlar(Şekil 32).
Şekil 32. EF’de partiküllerin giderilmesi
Elektrik alanı tarafından yüklü partikül üzerine etki ettirilen kuvvet
Fe = qE
Fe = Elektrik alanının oluşturduğu kuvvet
q = partikülün elektrik yükü
E = Elektrik alanı şiddeti(volt/cm)
Bir µm’den daha büyük çaplı yüklenmiş partiküller için levha elektrota göç hızı ω
İfadesi ile hesaplanır. Burada;
D = Dielektrik sabiti
εo = iletkenlik, 8,84x10-12 kulon/volt-m
Ec =Yükleme elektrik alanı şiddeti
Ep = Toplayıcı elektrik alanı şiddeti
dp = Partikül çapı
µg = Gaz viskozitesi
C’ =Cunningham kayma düzeltme faktörü
Tek boyutlu partiküllerin oluşturduğu aerosoller için EF tutma verimi
A = Levha elektrot alanı
Q = Gaz debisi
“Deutsch İfadesi” ile hesaplanır. Çok yüksek verimli EF’de verim , Matts-Ohnfeldt Eşitliği ile
İle hesaplanır. Burada x deneysel bir sabit olup 0,5 değerine sahiptir.
Genel bir EF ‘nin üç boyutlu görünüşü Şekil 33 de çok sayıda EF kombinasyonu ise Şekil 34 de verilmiştir. Birçok endüstride(Çimento, demir çelik, petrokimya) ve büyük yakma tesislerinde oldukça yaygın kullanılırlar ve geniş bir aralıkta sıcaklık basınç ve toz yükü şartlarında çalışabilirler. Bu cihazlar partikül boyutuna çok fazla bağlı değildir ve ıslak ve kuru işletme koşullarında çalışabilirler (IPC-LCP, 2006). Modüler dizaynından dolayı çeşitli boyutlarda sistemlerde çalışabilirler. EF performansını etkileyen en önemli operasyon parametreleri partikül ağırlığı, partikül boyut dağılımı, partikül elektrik direnci ve elektrik alanı gerilimidir.
EF’ler için yapılan uygulama sonuçları, kömür yakan kaynaklar için ince (0.1 µm’den küçük) ve kaba (10 µm’den büyük) partiküller için fraksiyonel toplama verimi %99’dan fazla bulunmuştur. Bu veriler 10 ile 0.1 µm arasında boyuta sahip partiküllerin toplama veriminde düşme olduğunu göstermektedir (Cooper ve diğ. 1990)
Şekil 33. Konvansiyonel Elektrostatik Filtreler (http://www.epa.gov/apti/bces/module6/matter/matter.htm)
Çoğu toplayıcı levhalar gaz akımı boyunca 3 ile 10 adet seri bağlanmış alandan oluşmuştur. Büyük tesislerde eşit sayıda seri bağlı levhalardan oluşan çok sayıda bölüm içerirler.
Şekil 33. Elektrostatik Filtreler( http://www.epa.gov/apti/bces/module6/matter/matter.htm)
EF lerin avantaj ve dezavantajları
EF’ler küçük partiküllere elektrik yükü yüklerler ve bu sayede oldukça yüksek verimle çalışırlar. Bu tip kolektörler gaz akımı patlayıcı olmadığında kullanılırlar. Partiküler maddenin kompozisyonu sistem veriminde oldukça önemlidir. Toplama levhaları yüzeyinde biriken toz kütlesi elektriksek iletkenliği etkiler. Özdirenç EF’lerde kullanılan önemli bir noktadır. Özdirenç PM’in elektriği iletme kabiliyetinin bir ölçüsüdür (ohm-cm) ve bu değer arttıkça elektrik iletme kabiliyeti azalır. EF’ler bir özdirenç aralığında dizayn edilebilirler. Ancak genellikle (108 to 1010 ohms-cm) aralığında en iyi performanstadırlar (Cooper 1990).
Bu değer aralığında olmayan partiküller, yapıları ve özelliklerine göre atık gaz akımı içine bazı kimyasallar(SO3, H2SO4, NH3, (NH4)2SO4, Trietilen amin ve H2O) eklenerek uygun özdirenç aralığına getirilirler
Islak Elektrostatik ayırıcılar
Islak elektrostatik ayırıcılar ESP’lerle benzer şekilde çalışırlar. Bu sistemlerde toplanan toz, toplayıcı yüzeylerinden uygun bir sıvının (genellikle su) fışkırtılması ile aralıklı ya da sürekli spreyleme ile alınır. Bu toplayıcılar toz kütlesi konvansiyonel tabakalarda yapışan ya da gaz akımındaki toz dışındaki komponentlerin girişim yaptığı durumlarda avantajlıdır. Sıvı akım ile daha etkin bir arıtım sağlanabilir. Bu tür sistemlerin uygulamaları daha çok yeni tesislerde ağır fuel-oil kulllanımlarında mevcuttur ve aerosol kontrol verimleri test edilmektedir.
· Torbalı filtreler
Torbalı filtreler gaz akımı içindeki partiküllerin dokunmuş elyaf filtreler yardımıyla tutulduğu sistemlerdir. Filtre malzemeleri bir metal kafes üzerine geçirilir ve tüp şeklindedir. Bu filtre ortamı yüzeyinde tutulan partiküller uygun yöntemlerle temizlenirler. Filtre malzemesini oluşturan elyaflar arasındaki boşluklar 50- 75 µm boyutlarında olmasına rağmen 1 µm ve daha küçük boyutlu partiküller yüksek verimle tutulabilirler. Bunun için temiz filtre elemanı yüzeyinde zamanla bir partikül keki oluşumu gereklidir.
Torbalar genellikle 3-9 m uzunluk ve 12,5-30 cm çapında silindirik malzemelerdir ve belirli sayıda torbadan oluşan gruplar halinde izole kompartmanlar halinde dizayn edilirler. İşletme koşulları torba malzemesine göre belirlenir.Poliolefin, nylon, akrilik ve polyester gibi malzemeler nispeten düşük(95-150 oC) sıcaklıklarda çalıştırılırken cam elyaflı, teflon veya Nomex malzemeli olan torbalar 500 oC’a kadar çalıştırılabilirler.
Torbalı filtrelerde toz tutma mekanizmaları çeşitlidir.Bunlar;
· Eylemsizlik – toz partikülleri gaz akımının yönünü değiştirmek yerine dikey filtre duvarlarına çarparak ilerler.
· Alıkonma – tozlar filtre yapısının gözenek büyüklüğünden dolayı gaz akımı sırasında filtrelere tutunurlar
· Brownian hareket – mikron altı partikülller filtreye difüz olurlar ve partikül ve toplama yüzeyi miktarını arttırırlar.
· Elektrostatik tutma – elektrostatik yük varlığında toz tutma verimi arttırılabilir.
Bu mekanizmaların kombinasyonu ile filtrede oluşan toz keki ile gaz akımına direnç sürekli olarak artar. Filtreler peryodik olarak temizlenmelidir.
Torbalı filtrelerin temel dizayn parametreleri
-Temizleme mekanizmaları
o Sallama/sarsma
o Ters hava
o Hava jetleri(pulse jet)
-Filtre boyutları
Hava/yüzey alanı oranı
Filtrasyon hızı
-Basınç Düşmesi
Fan gücü
Vakum/basınç oranı
-Torba Malzemesi
Malzeme özelliği
Dokuma özelliği
-Torba ömrü
Temizleme sıklığı
Gaz bileşimi
Giriş yapısı özellikleri
Temizleme Mekanizmaları
Sarsma: En eski temizleme mekanizması olup gaz akımı kesildikten sonra torbaların sarsılarak toz kekinin silkelenmesi sağlanır. Silkelenen tozlar altta yer alan toz toplama haznesine iletilir ve dışarı alınır. Torbalar bir taşıma çubuğuna asılıdırlar ve alt ağızları bir çerçeveye bağlanmıştır(Şekil 34). Temizleme amacıyla devreden çıkarılan filtre yerine yedekte tutulan temiz bir filtrenin devreye alınması gerekir. Bu sistemler küçük kapasiteli tesislerde tercih edilir.
Şekil 34. Sarsmalı Torbalı Filtre
Ters Hava ile temizleme:Bu sistemde torbalar ters taraftan verilen basınçlı hava ile temizlenir.Çok sayıda otomatik vana ve valfler yardımıyla belirli zaman aralıklarında toz kekine ters taraftan 10 -30 sn süre ile temiz hava verilir(Şekil 35).
Şekil 35. Ters Hava Akımı ile Temizlemeli Torbalı Filtre
Bu sistemin avantajı oldukça uzun torbaların kullanılmasına ve bu nedenle daha küçük filtre boyutlarına imkan vermesidir. Bu sistemde torbalar temizleme işleminde nispeten daha az hasar gördükleri için daha uzun ömürlü olurlar.
Hava Jeti(Pulse jet) ile temizleme: Etkili ve en yaygın kullanılan temizleme yöntemidir.Yüksek basınçlı hava(70-100 psi) çok kısa bir süre içinde bir darbe oluşturacak şekilde torba içine verilir(Şekil 36).
Şekil 36. Hava Jeti ile temizleme
Torbalı Filtre boyutlandırma
Hava miktarı/Torba yüzey alanı: Sarsmalı ve ters hava ile temizlemeli filtrlerde bu oran 0,5-0,7 m3dak-1/m2 ve hava jetli filtrelerde 2 m3dak-1/m2 olarak uygulanır.
Kutu hızı: Hava jetli filtrelerde önemli bir parametre olup yukarı yönlü hava hareketinin hızı olarak tanımlanır. Yüzeyden sökülen tozların kendi ağırlıkları ile çökelmesinde dikkate alınması gereken bir parametre olup 0,75-1,05 m/s değerini aşmamalıdır.
Islak Yıkayıcılar
Islak yıkayıcılar atomize edilmiş bir sıvı(genellikle su) damlacıkları ile gaz akımı içindeki partiküllerin çarpıştırılması ile partikülün daha büyük çapa sahip su damlacığı içine alınması ve böylece gaz akımından ayrılmasının sağlanmasına dayanan bir arıtma sistemidir. Su damlacığı içindeki partikül önce yıkayıcı yüzeyine buradan da bir sıvı akımı halinde yıkayıcı dışına alınır.Bu sistem ile 0,1 -20 µm boyut aralığındaki partiküller yüksek verimle tutulabilir.Partikül çapı küçüldükçe eylemsizlik kuvvetleri ve tutma verimi de hızla azalır. Dolayısı ile küçük partiküllerin tutma veriminin artırılması için sıvı damlacıklarının sayısı ve boyutlarının küçültülmesi gerekir ki bu da enerji maliyetlerinin ciddi oranda artırır. Bu nedenle 1 µm’den küçük çaplı partiküller için tutma verimi fazla yüksek değildir.
Islak yıkayıcılar partikülleri sıvı damlacıkları içinde yakaladıkları için partiküllerin kaçma şansı söz konusu olmaz. Bu sistem yüksek sıcaklıklı gazların aynı zamanda soğutulmasına da imkan verdiği için patlama riski olan gazların arıtılmasında avantajlıdır.
Islak yıkayıcılar partikül giderimi yanında bir kısım gaz formundaki kirleticilerinde giderilmesinde etkilidir. Böylece hem partikül hem de asidik gazlar aynı anda kontrol edilebilir.
Islak yıkayıcıların birçok tipi bulunmaktadır. Bunlar;Spreyleme kuleleri, siklonik spreyleme kuleleri, kendiliğinden spreylemeli kuleler, tepsili yıkayıcılar, venturi tipli yıkayıcılar ve venturi jetli yıkayıcılar olarak verilebilir.
Bazı ıslak yıkayıcı tipleri gaz formundaki kirleticilerin kontrolü kısmında verilmişti(Şekil 6 ve 7). Kendiliğinden spreylemeli kuleler(Şekil 37), tepsili yıkayıcılar(Şekil 38), venturi(Şekil 39) ve venturi jetli yıkayıcılar (Şekil 40) da verilmiştir.
Şekil 37. Kendiliğinden spreylemeli kuleler Şekil 38. Tepsili Kuleler
Şekil 39. Venturi Yıkayıcı Şekil 40. Venturi jetli yıkayıcılar
Islak yıkayıcıların partikül tutma verimleri ve diğer dizayn parametreleri Tablo 16 da verilmiştir.
Tablo 16. Islak Yıkayıcı Karakteristikleri
Karakteristik
Sprey kulesi
Siklonik sprey kulesi
Kendiliğinden spreylemeli kuleler
Tepsili kuleler
Veturili yıkayıcılar
Venturi jetli yıkayıcılar
Verim,%
90
95
90
97
95
92
Dp, µm
> 8
> 5
>2
>5
>0,2
>1,0
Hız, m/s
0,9-1,8
45-75
-
-
45-150
-
Nozul basıncı, atm
2,45-2,8
-
-
-
-
2,8-8,4
Basınç kaybı, cm SS
2,5-10
10-20
20-30
20-30
-
5-10
Sıvı/gaz oranı, lit/1000 m3
1500-3000
450-900
75
300-450
450-1500
4500-12000
Enerji ihtiyacı, HP/1000 m3saat
0,30-1,35
0,62-1,86
1,35-2,7
1,35-3,33
1,85-7,4
-
Düşen bir su damlacığının partikül giderme kapasitesi Şekil 41 de görülmektedir.
Şekil 41. Bir sprey kulesinde düşen bir sıvı damlacığının partikül giderme veriminin değişimi
http://xzenon34.files.wordpress.com/2012/03/11-hava-kirlilic49fi-kadir-alp.doc
Çevre Uzmanı Eğitim Toplantısı
Antalya Vogue Hotel
Prof.Dr. Kadir ALP
İTÜ İnşaat Fakültesi
Çevre Mühendisliği Bölümü
HAVA KİRLENMESİ
1. TANIM
Hava kirlenmesi, temiz yada normal olarak adlandırılan hava bileşiminde yer almayan maddelerin yada normal bileşen konsantrasyonunun üzerindeki maddelerin insan, hayvan, bitki, malzeme ve diğer çevre unsurlarına zarar verebilecek sürelerde hava içinde yer almasıdır.
Normal hava kompozisyonu içinde bulunmayan maddelere ve hava içindeki konsantrasyonunu aşan maddelere de “hava kirletici maddeler” adı verilir.
Tanımda hava terimi ile çok büyük ölçüde atmosferin deniz seviyesinden 10 km yukarıya kadar olan kısmı kast edilir. Bu mesafe zaman zaman 150-250 m’lere kadar azalabilir ve bu sırada ciddi hasa kirliliği problemleri yaşanır(Şekil 1).
Şekil 1. Atmosferi n Tabakaları
Deniz seviyesinde temiz hava için ortalama özellikler Tablo 1 de verilmiştir.
Tablo 1. Deniz seviyesinde temiz hava bileşimi
Bileşenler
Kimyasal formül
Konsantrasyonlar
% v/v
ppmv
Daimi Bileşenler
Azot N2
78,084
Oksijen O2
20,946
Argon Ar
0,934
Neon Ne
18,2
Helyum He
5,2
Kripton Kr
1,1
Hidrojen H2
0,5
Nitrözoksit N2O
0,3
Ksenon Xe
0,09
Değişken Gazlar
Su buharı H2O
0,01-7
Karbon dioksit CO2
0,035
350
Metan CH4
1,5
Karbon monoksit CO
0,1
Ozon O3
0,02
Amonyak NH3
0,01
Azot diosit NO2
0,001
Kükürt dioksit SO2
0,0002
Hidrojen sülfür H2S
0,0002
Temiz hava içinde partiküler maddeler de yer alır ve sis, duman, mist gibi adlar alırlar . Partikül emisyonları insan faaliyetlerinden(yakıt yakılması, taş ve minerallerin öğütülmesi), doğal kaynaklardan(volkanlar, rüzgar erozyonu, deniz dalgaları, doğal çürüme olayları), atmosferik reaksiyonlardan kaynaklanabilir. Bunlar inorganik ve organik yapıda olabildikleri gibi canlı organizmalar da olabilir. Ağır metaller, PAH’lar, yemek tuzu, mikroorganizmalar, mantarlar, virüsler, polenler örnek olarak verilebilir.
Tipik bir temiz ve kirli şehir hava kalitesinin mukayesesi Tablo 2 de verilmiştir.
Tablo 2. Temiz ve kirli yerleşim bölgeleri
Kirletici
Temiz hava
Kirli hava
PM10
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
0,3-3,5 ppm
T. Hidrokarbonlar
1 ppm
1-20 ppm
T. Oksitleyiciler
0,01 ppm
0,01-1,0 ppm
2.HAVA KİRLETİCİ PARAMETRELER
2.1. Kaynaklarına Göre Hava Kirletici Parametreler
Hava kirletici parametreler kaynaklarına göre birincil ve ikincil kirleticiler olarak adlandırılırlar.
2.1.1. Birincil(Primer) Kirleticiler
Birincil kirleticiler bir kaynağı olan kirleticilerdir. Bu sınıftaki kirleticiler insan faaliyetlerinden(antropojenik) ve doğal faaliyetlerden(natural) oluşan ve atmosfere verilen kirleticiler olarak ikiye ayrılırlar.
Antropojenik kaynaklı kirleticilere karbonmonoksit(CO), kükürtdioksit(SO2), azot oksitler(NOx), hidroklorik asit(HCl), halojenli organikler(solventler), petrol kökenli organikler, partiküller örnek olarak verilebilir.Bunlar endüstriden, taşıt araçlarından, yakıt yakılmasından, ısıtma faaliyetlerinden kaynaklanmaktadırlar.
Doğal kaynaklardan oluşan kirleticiler ise jeolojik kaynaklardan sülfürlü gazlar(SO2 ve H2S),metan(CH4), karbondioksit(CO2), minerallerin tozları, volkan ve deniz spreylerinden klorür(Cl-) ve sodyum(Na+) iyonları, biyolojik(fotosentez yapan organizmalar, atıkların ayrıştırılması,bitki ve hayvanların metabolik faaliyetleri) kaynaklardan hidrojen-karbon esaslı gazlar(CO,CO2, CH3Cl, terpenler ) olarak verilebilir.
2.1.2. İkincil(Sekonder) Kirleticiler
Atmosferde mevcut birincil kirleticilerin kendi aralarında verdikleri reaksiyonlardan ve güneş radyasyonunun etkisi ile gerçekleşen reaksiyonlardan oluşan kirleticilerdir. Oksidantlar olarak adlandırılan ozon ve PAN(Peroksi Asetil Nitrat) ve NO2 en çok rastlana gaz fazındaki ikincil kirleticilerdir. Yine birincil kirleticilerden NO’un oksitlenmesi ile NO2 ve devamında nitrik asit ve nitrat iyonlarına benzer şekilde SO2 de SO3 oksitlenmekte ve nem eşliğinde sülfürik asit partiküllerine dönüşmektedirler. Aerosoller içinde de reaksiyonlar devam eder ve SOx ve NOx gazlarından doğal oluşumlarla amonyum sülfat ve amonyum nitrat tuz partikülleri oluşur.
2.2. Kısıtlamalara göre Hava Kirleticilerin Sınıflandırılması
2.2.1.Kesin kısıtlamaları olan Kirleticiler(Criteria Pollutants)
Hava kirliliği olaylarının başlangıcından beri izlenen, konsantrasyon ve maruz kalma sürelerine bağlı olarak insan ve diğer varlıklar üzerindeki etkilerine dair yeterli bilginin mevcut olduğu kirleticiler olup bu etkilerine bağlı olarak hava içindeki konsantrasyonları kesin limitlere bağlanan kirleticilerdir. Başlıca altı kirleticiden ibarettirler. Bunlar;
Azot dioksit(NO2)
Kükürtdioksit(SO2)
Karbon monoksit(CO)
Ozon(O3)
Partiküler madde (PM10)
Kurşun(Pb)
Ozon oluşumunda etkili olan Hidrokarbonlar ve oluşan oksidantlar ile birlikte sekiz kirletici için “konvansiyonel kirleticiler” denir
2.2.2.Kriter Dışı Kirleticiler(Noncriteria Pollutants)
Bu tür kirleticiler toksik ve zararlı kirleticiler olarak tanımlanırlar. Zararlı hava kirleticiler(HAPs) kızarıklık, nefes darlığı gibi etkiler yol açarken toksik hava kirleticiler zehirlenme, kanser ölüm gibi etkilere sahiptir. Çoğunlukla endüstriyel çalışma ortamlarında karşılaşılan kirleticilerdir. Bu nedenle çevre havasında işyeri ortamına göre beş on kat daha düşük konsantrasyonlarda bulunurlar. Bu tür kirleticiler için endüstriyel ortamlara yönelik kısıtlamalar sağlık etkilerine dayalı olarak konulmaktadır.
(Zararlı hava kirleticiler için http://www.epa.gov/ttn/atw/188polls.html)
2.3. HAVA KİRLETİCİLER VE ETKİLERİ
2.3.1.Konvansiyonel ve Kriter Dışı Kirleticilerin genel mukayesesi
Tablo 3.Konvansiyonel ve Kriter Dışı Kirleticilerin genel mukayesesi
Konvansiyonel Kirleticiler
Kriter Dışı Kirleticiler
Sayıları sınırlıdır(6 veya 8)
Potansiyel olarak çokturlar(180-200 adet)
Biyoakümüle olmazlar
Bir kısmı biyoakümüle olabilir
Akciğer birincil hedef organdır(CO dışında)
Vücüttaki bir çok organ hedetir.
İnsan sağlığı üzerindeki etkileri hızla görülebilir.
İnsan doz-cevap ilişkisi nadiren bulunabilir
Etkileri genellikle birkaç dakika ile aylar mertebesinde oluşur
Etkileri genellikle uzun bir gizli devreden(yıllar) sonra ortaya çıkar
Birinci derecede akut etkileri söz konusudur.
Birinci derecede kronik etkileri söz konusudur.
2.3.2. Süre Etkisi ve Duyarlılıklar
Hava kirleticilerin sağlık üzerindeki etkileri iki farklı zaman boyutuna sahiptir. Birinci boyut “akut” etkilerdir ve kirleticinin insan vücuduna girmesinden sonra hedef organ üzerinde aniden ortaya çıkan etkilerdir.Hava kirliliğinin yaşandığı bölgelerde vücuda giriş yerleri gözler ve ağız ve burun yoluyla akciğerlerdir. Yanma hissi ve solunum problemleri ilk etkilerdir.
“Kronik” etkiler ise maruz kalma süresinin fonksiyonudur ve uzun süreler maruz kalma sonucu ortaya çıkan etkilerdir.
Toplum içinde bazı nüfus gruplarında hava kirleticilere duyarlılıklar da farklıdır. Tablo 3 de bu gruplar verilmiştir. Hassas gruplara hamilelerin de eklenmesi gerekmektedir. Tablo 3 den toplumun en az yarısının duyarlı gruplar içinde yer aldığı görülmektedir ve bu da hava kirliliğinin etkileme potansiyelinin genişliğini göstermektedir.
2.3.3 Konvansiyonel Kirleticilerin İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkileri
Ozon
Ozon kuvvetli bir oksitleyicidir ve solunum sistemini etkileri. En önemli etkisi akciğer dokusuna verdiği zarardır.Akut etkileri arasında öksürük, göğüs ağrıları göz yaşarması,baş ağrısı, akciğer fonksiyon
Tablo 4. Hava Kirliliğine Duyarlı Nüfus grupları
Nüfus Grubu
Toplam içindeki oranı,%
Kalp ve dolaşım sistemi hastaları
7
Kronik Akciğer hastaları
8,9
Yaşlılar( 65 yaşından büyükler)
9,6
Çocuklar(14 yaşından küçükler)
20
Atletik aktivitede bulunanlar
7
Toplam
52,5
kayıpları ve astım nöbetleridir. Akciğerlerde kirpikçikli hücreler etkilenirler. Bu hücreler akciğere ulaşan partiküllerin temizlenmesini sağlamaktadırlar(Şekil 2 a ve b).
(a) (b)
Şekil 2. (a)Sağlıklı bir akciğerde aktif kirpikcikler, (b) Uzun süre ozona maruz kalmış insan akciğerinde kirpiksi hücre zararları (Griffin,2007)
İlave olarak akciğer olveollerinde hücre zarlarında zararlar oluşur. Bu zarlar akciğerlerde kan ile hava arasında oksijen ve karbondioksit değişiminin sağlandığı baloncuklardır.
Yüksek konsantrasyonda ozona maruz kalınması halinde bağışıklık sistemi fonksiyonlarında kayıplar, yaşlanmanın hızlanması,infeksiyon hastalıklarına direnç azalması gibi rahatsızlıklar görülür. Ozonu oksitleyici özelliğne bağlı olarak alveol hücrelerinde daimi kayıplar oluşur.
Kükürt dioksit
Kükürt dioksitin hedef organı akciğerlerdir ve akut sağlık etkileri vardır.Bu etkiler tahriş ve nefes yollarının daralması şeklinde görülür. Bu daralmalar yapışkan salgıların temizlenmesinde azalmalara neden olur.Şekil 2 de kükürtdioksite maruz kalmadan önce ve maruz kaldıktan sonraki akciğer filmleri verilmiştir. Normal koşullarda akciğer yolları açıktır ancak maruz kaldıktan sonra SO2’nin etkisi nedeniyle hava yolları daralır.Bu daralma diğer sağlık koşullarını da olumsuz etkiler.Sağlıklı insanlarda boğaz yanması, öksürme ve teneffüs güçlüğü yanında SO2 0,5 ppm değerine yaklaştığında hissedilir koku rahatsızlığı şeklinde etkilere yol açmaktadır. Akut olarak maruz kalındıktan sonra güneş ışığına daha duyarlı hale gelinmektedir.
Kronik etkiler arasında SO2 bağışıklık sistemini baskılayarak bronşite yakalanma ihtimalini artırmaktadır.Bu durum anfizem olarak adlandırılan akciğer yetmezliğine neden olmaktadır.Ayrıca bağışıklık sisteminin baskılanması kanser riskini artırmaktadır.
Şekil 3. Akciğerlerin SO2’ye maruz kalmasından sonra(soldaki durum) ve maruz kalmasından öncesi(sağdaki resim)(Griffin,2007).
Partiküler madde
Partiküler madde parametresi partikül çapına göre farklı adlarla adlandırılmaktadır. Atmosferik partiküler madde(APM) havadaki askıda belirli sürelerde kalabilen bütün çaplara sahip partikül grubunu temsil eder ve genel olarak 30 µm den küçük çaplara karşılık gelir. PM10, ortalama çapın 10 µm’den küçük olan partikülleri ve PM2,5 ise ortalama çapın 2,5 ‘den küçük olan partikülleri içine alır.
Solunum sistemi ağız ve burundan başlayarak akciğerlerin en uç noktasına kadar partiküllerin etkisine çaplarına bağlı olarak farklı bölgelerde farklı şekillerde etkilenir(Şekil 4).
Şekil 4. Solunum sisteminin farklı bölgelerinde partiküllerin çökelme oranları
Çapı 30 µm’den büyük partiküller burun içinde 1-1,5 cm mesafede tutulurlar.Çapı 10 µmden büyük partiküller burun sinüsler ve nefes borusunda etkili bir şekilde tutulurlar. 10 µm’den küçük olanlar broşlara ve akciğerin alt kısımlarına geçebilirler.0,5 µmden küçük olan partiküller çökelme hızının düşük olması nedeniyle toplam çökelmenin en az olduğu çapa karşılık gelmektedir.0,1-1,0 m aralığı en az tutulan partikül çaplarına tekabül etmekte ve verilen nefesle tekrar dışarıya atılmaktadır.
Partiküller çaplarına ve akciğerlerde neden olacakları etkiye bağlı olarak ağız ve burundan geçebilecek partiküller( Inhalable), genizden sonra akçiğere geçebilen partiküller(Thoracic), kirpiksi hücrelerin olduğu alt solunum sistemi kısmına geçebilen(respirable) ve yüksek riskli partiküller(high risk respirable) olmak üzere dört kategoriye ayrılırlar. Bu gruplamada etkili olan partikül çapları thoracic için 10, respirable için 4 ve high risk respirable için 2,5 µm olarak verilmektedir.
Yüksek konsantrasyonlarda PM’e maruz kalınması(akut etki) ölüm oranlarını, astım ve bronşit ve akciğer enfeksiyonlarına yakalanma oranların artırmaktadır. Bu partiküller solunum yollarını tahriş etmekte, daralmasına ve hava geçişinin azalmasına neden olamakta, akciğer yüzeyinin salgı ile kaplanmasını engellemektedir.
İnce partiküllerin kronik etkiler arasında akciğer kapasitesinde kayıplar, akciğer harabiyeti, yara oluşumuna bağlı olarak partiküllerin alveollerden uzaklaştırma mekanizmasının çalışamaması belirtilmelidir. İnce partiküller ağır metaller gibi bazı toksik kirleticilerin de taşıyıcısı olduğundan akciğerlerde alveollerde kana geçerek vücudun hassa organlarına taşınarak zarar verirler.
Partiküllerin atmosferdeki en önemli göstergesi görüş mesafesinin azalmasıdır ve diğer pek çok olumsuz etkisi yanında psikolojik olarak da etkilenmeye neden olur.
Azot dioksit
Ozon sentezine yol açması yanında insan sağlığı üzerinde de etkilere sahiptir.Akut etkisi dğrudan ve dolaylı yollarla gerçekleşir. Doğrudan etkisi akciğer hücre zarlarına ve hava yolları üzerinde gerçekleşmektedir. Astma nöbetlerini tetikler. Dolaylı olarak da ödem oluşumuna ve hücreler arası boşluğun sıvı ile dolmasına ve lokal olarak enfeksiyonların oluşumuna yol açmaktadır. Kronik etkiler arasında nekrozis(doku harabiyeti) ve hücre ölümlerine neden olmaktadır. Ayrıca NO2’nin alveollerde hücre duvarı incelmesine ve gaz transferinde yetersizliklere neden olduğuna dair deliller mevcuttur. Farelerde NO2’ye maruz kalındıktan sonra kanser hücresi verilidiğinde NO2’ye maruz kalmayan farelere göre yüksek oranda akciğer kanser nodülleri geliştiği rapor edilmişitr.
Karbon monoksit
CO kandaki hemeglobine bağlanarak zarar vermektedir.Hemoglobin oksijen taşıyan bir protein olup hayat için önemlidir. CO ile bağlanınca kanın oksijen taşıma kapasitesi etkilenmektedir.Yüksek oranda CO oksijensiz kalmaya neden olmakta güç ve refleks kaybı, yorulma, baş ağrısı gibi beyinin oksijensiz kalmasına ait belirtiler oluşmaktadır. Buna akciğer ve kalbin de olumsuzlukları eklendiğinde ölümcül etkiler ortaya çıkmaktadır.Merkezi sinir sitemi ve beyin fonksiyonları etkilenmektedir.
Kurşun
Kurşun toksik bir metaldir.Diğer kirleticilerden farklı etkilere sahiptir. Pb sistemik bir toksik madde olup vucütta bir çok hayati organı hedef alır.Merkezi sinir sistemine zarar verir.Beyin fonksiyonları etkşlenir.Kasların kontrolü ve öğrenme kayıplarına yol açar. Kırmızı kan hücrelerinin çoğalmasını sağlayan enzimleri etkiler ve kansızlığa neden olıur. Çocuklarda gelişme geriliğine ve insanlarda böbrek yetersizliğine kalp ve karaciğer harabiyetine neden olur. Üreme fonksiyonların azaltuır.
2.3.4. Bitki ve Hayvanlar üzerindeki Etkiler
Bitkiler üzerindeki etkiler Tablo 5 de verilmiştir.
Tablo 5. Hava Kirleticilerin Hayvan ve Bitkiler üzerindeki etkileri
Kirleticiler
Semptomlar ve zararları
Etkilenen bitki yaşı ve yaprak parçaları
Kükürtdioksit
Beyaz lekeler, damarlar arasında beyazlaşma,klorozis(klorofil kaybına bağlı sararma)
Orta yaşlı bitkiler çok etkileniyor, mesofil hücreleri
Ozon
Leke oluşumu, küçük bereler, beyazımsı noktalar, pigmentasyon, iğne yapraklarda kahverengi renge dönüş ve tahrip olma
Yaşlı yapraklar çok hassas,palisade veya spongy parankima
Peroksi asetil nitrat(PAN)
Yaprakların alt kısmında parlaklık artışı, gümüşi,broz rengine dönüşme
Genç yapraklar çok hassas, spongy hücreler
Azot dioksit
Damarlar arası dokularda ve yaprak kenarlarında düzensiz,beyaz veya kahverengi içine çökmüş yaralar
Orta yaşlı yapraklar çok hassas, mezofil hücreleri
Hidrojen florür
Uç ve kenar yangıları, yaprak kopması, nekroze olmuş kısımlarla yeşil kısımlar arasında dar kırmızı bantların oluşumu
Genç yapraklar çok hassas, epidermik ve mezofil hücreleri
Hidrojen klorür
Asit tipi nekrotik yaralar, çam yapraklarının uç kısım yangısı,geniş yapraklarda kenar nekrozları
Yaşlı yapraklar çok hassas, epidermik ve mezofil hücreleri
Hidrojen sülfür
Esas kısımlarda ve kenarlarda kavrulma
En genç yapraklar çok hassas,
Sülfürik asit
Yaprak üst yüzeyinde nekrotik lekeler
Bütün yapraklar etkilenir
2.3.5.Hayvanlar Üzerindeki Etkiler
Evcil hayvanlar(kedi, köpek, inekler vb) insanlar gibi hava kirlenmesinden etkilenmektedir. Yapılan otopside akciğer ödemleri görülmüştür. Nefes yollarından çok toksik kirleticilerle bulaşmış gıda maddeleri yoluyla giriş belirleyicidir. Bu durum besi hayvancılığında hava kirlenmesine maruz kalmış bitki kısımlarının yenmesi ile vucutta birikmekte ve hayvansal ürünlere geçmektedir. Pestisit, herbisit ve fungisitlerin önemi artmaktadır.
Florür, kurşun, ağır metaller ve partiküler maddeler evcil hayvanlarda etkili olmaktadır.Florürler, bu kirleticiye maruz kalmış bitkisel yemleri tüketen ,inek, koyun at ,domuz ve kümes hayvanlarında florozis hastalığına neden olmaktadır. Kurşunla kirlenmiş otların yedirilmesi durumunda da kurşun maruziyetine bağlı olarak rahatsızlıklar ortaya çıkmaktadır. Arsenik , selenyum ve molibden gibi ağır metaller de kümes hayvanlarında birikime neden olmaktadır.
2.3.6. Malzeme üzerindeki etkiler
Metaller üzerinde korozyon etkisi belirleyicidir. Etki nem, sıcaklık ve kirletici konsantrasyonuna bağlıdır.Demir cinsi malzemelerde %90 oranında korozyon etkilidir. Sülfürik asit en etkilki korozyon etkeni hava kirleticidir. Çinko, bakır, nikel ve bronz metalleride SOx, H2S ve diğer asidik hazlardan etkilenirler.Korozyon elektrikli ve elektronik metallerde çok daha etkilidir.
Bina malzemeleri yüzeyine yapışan partiküller dolayısı ile kirlenme ve boyanma ortaya çıkmaktadır.Mermer, kireçtaşı ve dolomit malzemeler asidik gazlar dolayısı ile kimyasal olarak aşınmaktadır. Tarihi ve arkeolojik yapılarda geri döndürülemez zararlar oluşmaktadır. Kimyasal olarak aşındırmadan nem eşliğinde SO2 ve CO2 kirleticilerinin oluşturduğu sülfürik asit ve karbonik asit sorumludur. Bu asitler malzemelerle suda çözünebilen ürünler verirler ve bu ürünler yağmur suyu ile yıkanarak uzaklaştırılırlar. Binaların dış cephesinin boyaları H2S, SOx, NH3,O3 ve PM gibi kirleticiler nedeniyle solmakta, parlaklığını yitirmekte,yapışma ve mukavemet özelliklerini kaybetmektedir.
Dokunmuş tekstil ürünleri,deri ürünler ve kağıt malzemeler üzerinde de hava kirliliğinin etkisi söz konusudur. En önemli etkiler kirlenme ve liflerin zayıflamasıdır.PM ve asidik hava kirleticiler sorumludur. SO2, O3,PM ve NOx kirleticileri dokularla reaksiyona girerek renk solmasına neden olurlar. SOx kağıtların ve deri malzemelerin görünüşünü ve kompozisyonunu etkiler.Nem ile SOx sülfürik asiti oluşturu ve bu malzemeleri kırılgan ve parçalanır hale getirir.
Kauçuk özellikle ozonun etkisi ile kırılganlaşır. Otomobil lastikleri en çok etkilenen kauçuk malzemeden oluşmaktadır.
2.3.7. Atmosferik Etkiler Hava kirleticiler atmosferde zaman zaman pus(haze) ve sis oluşumuna neden olarak görüş mesafesinin azalmasına yol açarlar. Diğer taraftan stratosferik ozon deliği, asit birikimi, iklim değişikliği gibi büyük ölçekli etkileri de vardır.
3. YASAL KISITLAMALAR
Ülkemizde 6 Haziran 2008 de yayınlanarak yürürlüğe giren “Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği” çevre havasındaki kirleticilerle ilgili sınır değerleri 2019 yılı hedeflerini içerecek şekilde düzenlemiştir. Aşağıda Tablo 6 da konvansiyonel kirleticilerle ilgili değerler verilmiştir.
Tablo 6. Konvansiyonel Kirleticiler için Limit değerler, değerlendirme ve uyarı eşikleri
Kirletici
Ortalama süre
Limit değer
Tolerans payı
Üst değerlendirme eşiği
Alt değerlendirme eşiği
Limit değere ulaşılacak tarih
Uyarı eşiği
SO2
saatlik
-insan sağlığının korunması için-
350 µg/m3 (bir yılda 24 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde 150 µg/m3(limit değerin %43’ ü)
ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
1.Ocak 2019
500 µg/m3
(hava kalitesinin temsili bölgelerinde bütün bir “bölge” veya “alt bölgede” veya en azından 100 km2’de- hangisi küçük ise-
üç ardışık saatte ölçülür)
24 saatlik
-insan sağlığının korunması için-
125 µg/m3
(bir yılda 3 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde 125 µg/m3 (%100) ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
24-saatlik limit değerin %60’ ı
(75 µg/m3
bir yılda 3 defadan fazla aşılmaz)
24-saatlik limit değerin %40 ‘ı
(50 µg/m3
bir yılda 3 defadan fazla aşılmaz)
1.Ocak 2019
yıllık ve kış dönemi (1 Ekim den 31 Marta kadar)
- ekosistemin koruması-
20 µg/m3
Kış dönemi limit değerinin %60’ı
(12 µg/m3)
Kış dönemi limit değerinin %40’ı
(8 µg/m3)
1.Ocak 2014
NO2
saatlik
-insan sağlığının korunması için-
200 µg/m3 (bir yılda 18 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde
100 µg/m³ (% 50)
ve 1.1.2024 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %70’i
(140 µg/m3
bir yılda 18 defadan fazla aşılmaz)
limit değerin %50’si
(100 µg/m3
bir yılda 18 defadan fazla aşılmaz)
1.Ocak 2024
400 µg/m3 (hava kalitesinin temsili bölgelerinde bütün bir “bölge” veya “alt bölge” de veya en azından 100 km2’de- hangisi küçük ise- üç ardışık saatte ölçülür)
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
40µg/m3
1.1.2014 tarihinde 20 µg/m³ (% 50)
ve 1.1.2024 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %80’i (32 µg/m3)
limit değerin %65’i (26 µg/m3)
1.Ocak 2024
NOX
yıllık
– vejetasyonun korunması için-
30 µg/m3
-
limit değerin %80’i (24 µg/m3)
limit değerin %65’i (19,5 µg/m3 )
1.Ocak 2014
PM(10)
24 saatlik
-insan sağlığının korunması için-
50 µg/m3
(bir yılda 35 defadan fazla aşılmaz)
1.1.2014 tarihinde 50 µg/m³ (% 100)
ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
30 µg/m3
(bir yılda 7 defadan fazla aşılmaz)
20 µg/m3
(bir yılda 7 defadan fazla aşılmaz)
1 Ocak 2019
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
40.µg/m3
1.1.2014 tarihinde 20 µg/m³ (% 50)
ve 1.1.2019 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
14 µg/m3
10 µg/m3
1 Ocak 2019
Kurşun
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
0,5µg/m3
Sınayi faaliyetlerden uzun yıllar boyunca kontamine olmuş sanayi kaynakların yakınlarında
1 µg/m³
(bakınız madde 12 (4))
1.1.2014 tarihinde
0.5 µg/m³ (% 100) ve 1.1.2019 tarihine kadar veya madde 12 (4) ‘e göre belirlenen “alt bölge”ler ve “bölge”lerde 1 Ocak 2019 + 5 yıla kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %70’i
(0,35 µg/m3)
limit değerin %50’si
(0,25 µg/m3)
1 Ocak 2019 veya madde 12 (4) ‘e göre belirlenen “bölge“ ve “alt bölge”lerde 1 Ocak 2019 +5 yıl. Böyle durumlarda limit değer 1 Ocak 2019 dan itibaren 1,0 µg/m³ olur.
Karbon monoksit
maksimum günlük 8 saatlik ortalama
-insan sağlığının korunması için-
10 mg/m3
1.1.2014 tarihinde
6 mg/m³(% 60)
ve 1.1.2017 tarihine kadar tolerans payı sıfırlanacak şekilde her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azaltılır
limit değerin %70’i
(7 mg/m3)
limit değerin %50’si
(5 mg/m3)
1 Ocak 2017
Ozon parametresi için hedef değerler ise Tablo 7 de verilmiştir.
Tablo 7.Ozon için uzun vadeli hedefler, hedef değerler, bilgilendirme ve uyarı eşikleri
Hedef
Ortalama Süre
2022 için Hedef değer (a)
Uzun vadeli hedef
İnsan sağlığının korunması
Bir yılda maksimum günlük 8 saatlik ortalama
120 µg/m³ değeri üç yıllık ortalama alındığında bir yılda 25 günden daha fazla süre boyunca aşılmayacaktır (b)
120 µg/m3
Vejetasyonun korunması
Mayıs ayından Temmuz ayına kadar 1 saatlik değerlerden hesaplanacak AOT40
Beş yıllık ortalaması
18 000 µg/m3·saat (b)
6 000 µg/m3·saat
Süre
Eşik
Bilgi eşiği
1 saatlik ortalama
180 µg/m3
Uyarı eşiği
1 saatlik ortalama (c)
240 µg/m3
(a) Hedef değerler ile uyumluluk bu yıldan itibaren değerlendirilecektir. Bir başka ifade ile verilerin, takip eden üç veya beş yıl sonunda uyumluluğun hesaplamasında kullanılacağı ilk yıl 2022’dir.
(b) Eğer üç veya beş yıllık ortalamalar belirlenemiyorsa yıllık verilerin ardışık ve tam seti bazında, hedef değerler ile uyumluluğu kontrol etmek için gerekli minimum yıllık veriler aşağıdaki gibidir;
(c) Madde 11 ‘in uygulanması için eşiğin aşımı üç ardışık yıl için öngörülür veya ölçülür.
- insan sağlığının korunmasında hedef değer için- bir yıllık geçerli veri
- vejetasyonun korunmasında hedef değer için- üç yıllık geçerli veri
Geçiş dönemi olarak adlandırılan 2014 yılına kadar uygulanacak uzun ve kısa vadeli yasal sınır değerleri ise Tablo 8 de verilmiştir.
Tablo 8. Geçiş Dönemi Uzun Vadeli Ve Kısa Vadeli Sınır Değerleri Ve Uyarı Eşikleri
Kirletici
Ortalama süre
Sınır değer
Sınır değerin yıllık azalması
Uyarı eşiği
SO2
saatlik
900 µg/m3
İlk seviye: 500 µg/m3
İkinci seviye: 850 µg/m3
Üçüncü seviye: 1.100 µg/m3
Dördüncü seviye: 1.500 µg/m3
(Verilen değerler 24 saatlik ortalamalardır.)
-KVS-
24 saatlik
% 95 /yıl
-insan sağlığının korunması için-
400 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 200 µg/m3(sınır değerin %50’si) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
Kış Sezonu Ortalaması
(1 Ekim – 31 Mart)
-insan sağlığının korunması için-
250 µg/m³
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 125 µg/m3(sınır değerin %50’si) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
Hedef Sınır Değer
(Yıllık aritmetik ortalama)
60 µg/m³
Hedef Sınır Değer
Kış Sezonu Ortalaması
(1 Ekim – 31 Mart)
120 µg/m³
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
150 µg/m3
-UVS-
yıllık
-hassas hayvanların, bitkilerin ve nesnelerin korunması için-
60 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 20 µg/m3 (sınır değerin %33’ü) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
NO2
-KVS-
24 saatlik
% 95 /yıl
-insan sağlığının korunması için-
300 µg/m3
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
100 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 60 µg/m3 (sınır değerin %60’ı) olana kadar her 12 ayda bir eşit miktarda yıllık olarak azalır
PM101
-KVS-
24 saatlik
% 95/yıl
-insan sağlığının korunması için-
300 µg/m3
İlk seviye: 260 µg/m3
İkinci seviye: 400 µg/m3
Üçüncü seviye: 520 µg/m3
Dördüncü seviye: 650 µg/m3
(Verilen değerler 24 saatlik ortalamalardır.)
Kış Sezonu Ortalaması
(1 Ekim – 31 Mart)
-insan sağlığının korunması için-
200 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 90 µg/m3(sınır değerin %45’i) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
150 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 60 µg/m3 (sınır değerin %40’ı) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
Kurşun
-UVS-
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
2 µg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 1 µg/m3(sınır değerin %50’si) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
CO
24 saatlik
% 95/yıl
-insan sağlığının korunması için-
30 mg/m3
Sınır değer, 1.1.2008 tarihinde başlayarak 1.1.2014 tarihine kadar 10 mg/m3(sınır değerin %33’ü) olana kadar her 12 ayda eşit bir miktarda yıllık olarak azalır
yıllık
-insan sağlığının korunması için-
10 mg/m3
[1][1]‘PM10, asılı partikül madde – siyah duman olarak da ölçülebilir. Siyah duman değerlendirmesi ve gravimetrik birimlere çevrimi için, hava kirliliğini ölçme metotları ve anket teknikleri üzerine çalışan OECD grubunun standartlaştırdığı metot (1964), referans metot olarak alınır.
Uluslar arası hava kalitesi standartları iki farklı esasa göre limitler belirlemektedir. Bunlar;
insan sağlığının esas alındığı standartlar :Birincil(primary) standartlar
hayvan ve çevre sağlığının esas alındığı standartlar :İkincil(Secondary) standartlar
Çoğunlukla her iki standart grubu aynı limit değerlere sahip olabilir. Aşağıda Amerika Birleşik Devletleri(ABD) ve Avrupa Birliği(AB) hava kalitesi standartları Tablo 9 ve Tablo 10 da verilmiştir.
Tablo 9.ABD’de hava Kalitesi Standartları
Birincil standart
İkincil Standart
Kirletici
Seviye
Ortalama süre
Seviye
Ortalama süre
Karbon monoksit 9 ppm
(10 mg/m3)
8-saar (1)
Yok
35 ppm (40 mg/m3)
1-saat (1)
Kurşun
0.15 µg/m3 (2)
3-aylık ortalama
Birincil standart ile aynı
1.5 µg/m3 4 aylık ortalama
Birincil standart ile aynı
Azot dioksit 0.053 ppm
(100 µg/m3)
Yıllık
(Aritmetik Ortalama)
Birincil standart ile aynı
Partiküler madde (PM10)
150 µg/m3
24-saat (3)
Birincil standart ile aynı
Partiküler madde (PM2.5) 15.0 µg/m3
Yıllık (4)
(Aritmetik Ortalama
Birincil standart ile aynı
35 µg/m3 24-saat (5)
Birincil standart ile aynı
Ozon 0.075 ppm (2008 std)
8-saat (6)
Birincil standart ile aynı
0.08 ppm (1997 std) 8-saat (7)
Birincil standart ile aynı
0.12 ppm 1-saat (8)
Birincil standart ile aynı
Kükürt dioksit 0.03 ppm
Yıllık
(Aritmetik Ortalama)
0.5 ppm
(1300 µg/m3)
3-saat (1)
Tablo 10. Avrupa Birliği Ülkeleri için hava Kalitesi Standartları
Kirleticit
Konsantrasyon
Ortalama Süre
Yasal durum
Her yıl aşılmasına müsaade edilen gün sayısı
İnce Partiküller (PM2.5) 25 µg/m3***
1 yıl
Hedef değer 1.1.2010 da yürürlüğe girecek Limit değerler 1.1.2015 de yürürlüğe girecek
n/a
PM10
50 µg/m3
24 saat
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek**
35
40 µg/m3 1 year
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek **
n/a
Kükürt dioksit (SO2)
350 µg/m3
1 saat
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek
24
125 µg/m3 24 saat
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek
3
Azot dioksit (NO2) 200 µg/m3
1 saat
Limit değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek
18
40 µg/m3 1 yıl
Limit değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek *
n/a
Kurşun (Pb)
0.5 µg/m3
1 yıl
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek (veya spesifik endüstriyel kaynakların yakınında 1.1.2010 da yürürlüğe girecek; ve 1.1.2005 ile 31.12.2009 arasında 1.0 µg/m3 limit değeri uygulanacak)
n/a
Karbon monoksit (CO) 10 mg/m3
Maksimum günde 8 saatlik ortalama
Limit değerler 1.1.2005 de yürürlüğe girecek
n/a
Benzen 5 µg/m3
1 yıl
Limit değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek **
n/a
Ozon 120 µg/m3
Maksimum günde 8 saatlik ortalama
Hedef değerler 1.1.2010 da yürürlüğe girecek
3 yılda ortalama 25 gün
Arsenik (As) 6 ng/m3
1 yıl
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
n/a
Kadmiyum (Cd) 5 ng/m3
1 year
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
n/a
Nikel (Ni) 20 ng/m3
1 year
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
n/a
Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar 1 ng/m3
(Benzo(a)pyrene eşdeğeri konsantrasyon)
1 yıl
Hedef değerler 1.1.2012 de yürürlüğe girecek
n/a
4. HAVA KİRLETİCİLERİN BİRİMLERİ VE BİRİM DÖNÜŞÜMLERİ
Gaz ve partikül formundaki kirleticilerin konsantrasyonları değişik birimlerle ifade edilmektedir.
4.1.Gaz formundaki kirleticiler
4.1.1. Hacimsel Birimler
Hacim Yüzdesi olarak : % v kirletici/v(kirletici+ hava)
ppm(milyonda bir ) :
ppb(milyarda bir ) :
ppt(trilyonda bir) :
1%v/v = 104 ppm
1 ppm = % 0,0001 v/v
4.1.2.Kütle/Hacim Formundaki Birimler
mg/m3
µg/m3
ppm ve ppb birimleri ile mg/m3 ve µg/m3 arasında basit dönüşüm ilişkisi aşağıdaki gibi yazılabilir.
mg/m3 = µg/m3 =
mg/m3 = µg/m3 =
MA: Kirleticinin mol ağırlığı,g/molgr
V: Verilen t ve p değeri için 1 mol gazın hacmi,lit.(PV = nRT ideal gaz kanunundan hesaplanabilir
N = 1 , R = 0,082 lit.atm/K.molg).
4.2. Partiküler maddeler
Partiküler maddeler için konsantrasyon en yaygın olarak Kütle/hacim cinsinden birimlerle ifade edilmektedir. Bu tür birimler
g/m3, mg/ m3, µg/ m3, ng/ m3 birimleridir.
Bunun dışında partikül çapı ve yoğunluğu aynı olan partiküller için partikül sayısı / m3 cinsinden de birimler kullanılabilir.
5. HAVA KİRLETİCİ KAYNAKLAR
Hava kirletici kaynaklar kendi aralarında farklı gruplar altında sınıflandırılmaktadır. Genel bir sınıflandırma aşağıda verilmiştir.
5.1. Yerleşim ve endüstriyel Kaynaklar
Hava kirlenmesinin yaşandığı bölgelerde kirletici kaynaklarla ilgili en çok tercih edilen sınıflandırma yaklaşımı bu grup içinde verilmektedir.Bunlar;
a. Büyük yakma tesisleri(Güç üretim tesisleri)
b. Endüstriyel üretim tesisleri
c.Ulaştırma faaliyetleri
d.Konut ısıtma faaliyetleri
e.Atık bertaraf tesisleri
f.İnşaat faaliyetleri
5.2.Ziraat ve Diğer Kırsal Kaynaklar
a. Zirai faaliyetlerden toz oluşumu
b.Anız(tarımsal atıklar ve çalılık-ormanlık alanlarda) yakma
c.Toprak emisyonları
d.Pestisit kullanımı
e.Atıkların bozunması
5.3. Doğal Kaynaklar
a.Rüzgar erozyonu
b.Orman yangınları
c.Volkanik patlamalar
d.Biyojenik emisyonlar
e.Deniz spreyleri ve buharlaşma
f.Toprak organizmalarının metabolizma ürünleri
g.Organik maddelerin doğal bozunumu
h.Yıldırım ve şimşekler
Hava kirleticilerin kontrolü dendiğinde öncelikle konvansiyonel kirleticiler dikkate alınır. Bu bakımdan da 5.1 de verilen yaklaşımdaki a-e başlıkları en önemli kirletici kaynak olarak kabul edilir.
6. HAVA KİRLETİCİLERİN KONTROLÜ
6.1. Genel
Gaz ve partikül formundaki kirleticilerin emisyonlarının gerçekleştiği kaynaklarda bu emisyonların yasal düzenlemelerde müsaade edilen limitleri aşmayacak şekilde(Emisyon İzni) kontrol edilmesi gerekmektedir. Bunun yapılabilmesi için
-kaynaklarda faaliyet düzeni ile kirletici oluşturma ilişkisinin ortaya konulması
-Kütle-enerji dengeleri, proses değerlendirmeler, yerinde yapılacak ölçümler ve çevre havası üzerinde yapılacak ölçümlerle kirletici emisyon miktarlarının belirlenmesi
-emisyon miktarlarının tesis içi kontroller, yakıt ve hammadde değişimi,iyi işletmecilik uygulamaları ile azaltılmasına yönelik çalışmaların yapılması
-en iyi teknoloji yaklaşımı ile emisyonların minimum seviyelerde oluşumuna imkan araştırılması
-kirleticilerin kontrolüne yönelik en iyi sistemin seçiminin yapılabilmesi( oturmuş teknoloji, atıkların yönetimi, yerli üretim, rekabete uygun, ekonomik analiz, risk değerlendirmesi vb)
gibi özelliklerin üzerinde önemle durulması gerekmektedir(Schnelle, 2001).
Kirleticiler için uygun kontrol sistemlerinin belirlenebilmesi için proses bilgileri, arazi bilgileri, maliyetler, verim talepleri, geri kazanma alternatifleri, atıkgaz akımı ve içerdiği kirlerticilerle ilgili ayrıntılı ön çalışmaların yapılması gerekmektedir. Bu kapsamda atıkgaz akımı için;
-toplam atık gaz debisi
-atık gaz sıcaklığı,
-Partikül çap dağılımı
-Partikül direnci
-Emisyonların bileşimi
- İşletme koşullarında atıkgazın korozifliği
-nem içeriği
-baca gazı basıncı
-baca gazının yanabilirliği ve tutuşabilirliği
dikkate alınmalıdır.
Proses ve bölge karakteristikleri kapsamında da;
-Toplanan emisyonların yeniden kullanımı/yeniden kazanımı olanakları
-Kullanılabilir hacimler(alanlar)
-İlave elektrik enerjisi ihtiyacı
- Su tüketimi
-Atıksu arıtma tesisi ihtiyacı
-Devreye alma ve devreden çıkma sıklıkları
-Çevresel koşullar
-Yasal düzenlemelerdeki değişimlere uyabilme
-Ham madde kullanımındaki değişikliklere uyabilme
-Tesis tipi(sabit veya hareketli)
değerlendirilmelidir.
6.2. Gaz Halindeki, Kirleticilerin Kontrolü
Gaz halindeki hava kirleticilerin kontrolünde
-adsorpsiyon
-absorpsiyon
-termal
-biyolojik
mekanizmaları esas alan sistemler kullanılır. Bunlar özet mahiyette aşağıda Tablo 11 de verilmiştir.
Tablo 11. Gaz kirleticilerin Kontrol Teknolojileri
Kontrol sistemi
Giriş Kons.,ppmv
Verim,
%
Avantajları
Dezavantajları
Absorpsiyon
250
90
Özellikle inorganik asidik gaz kirleticileri için uygun
Sınırlı uygulanabilirlik
1000
95
5000
98
Adsorpsiyon
200
50
Düşük ilk yatırım maliyetleri, solventlerin geri kazanımında etkili
Seçici olarak uygulanmalıdır
1000
90-95
5000
98
Yoğuşturma(Condensation)
500
50
Solventlerin geri kazanımında etkili
Sınırlı uygulanabilirlik
10000
95
Termal yakma
20
95
Yüksek parçalama verimi, ısı enerjisi geri kazanımı, geniş uygulama alanı
Organikler geri kazanılamaz, yüksek yatırım maliyeti
100
99
Katalitik yakma
50
90
Yüksek parçalama verimi, termal yakmaya göre daha düşük maliyetli
Organikler geri kazanılamaz, kataliz zehirlenmesi kullanımı kısıtlayabilir
100
>95
Meşale(Flare) de yakma
>98
Yüksek parçalama verimi
Organikler geri kazanılamaz,büyük emisyon kaynakları için uygun
6.2.1. Absorpsiyon Teknikleri
Absorpsiyon, bir gaz kirleticinin bir sıvı çözücü içinde çözündürülerek kirli gaz akımından ayrılmasını sağlar. Bu ancak sıvı içinde kolaylıkla çözünebilen gaz kirleticiler için uygulanabilir. İki farklı uygulama şekli söz konusudur. Absorplama sistemlerinde su veya düşük buharlaşma özelliğine sahip organik solventlerkullanılır. Absorplama sonrası çözücüler atılabilir veya uygun geri kazanma teknikleri(distilasyon ve sıyırma ) ile absorplanan kirleticiler saf veya konsantre bir şekilde geri kazanılabilirler.
Sulu sistemler
HF, HCl, SiF4 gibi asidik gazlar su ile etkili ve hızlı bir şekilde absorbe edilebilirken, SO2,Cl2 ve H2S gibi gazlar daha az çözünürlükleri dolayısı ile su yerine NaOH içeren sulu çözeltilerle absorbe edilebilirler.NaOH, Na2CO3 ve NaHCO3 gibi alkali maddelerden %5-10’luk çözeltiler absorplama sıvısı olarak kullanılır. Kireç(CaO) ve ya sönmüş kireç(Ca(OH)2) de, baca gazlarından SO2 gibi kirleticilerin kontrolünde kullanılmaktadır. NH3 ve amonyum tuzlarının çözeltileri ile de çalışılır.
CO2 de uygun pH’da(>9) absorplama çözeltileri ile baca gazlarından ayrılabilir. Alkali gaz bileşenleri(NH3 vb) seyreltik H2SO4, H3PO4 ve HNO3 çözeltileri ile absorplanabilir.
Susuz sistemler
Asidik gazların absorpsiyonunda amin içeren çözeltiler(monoetanol-, dietanol-, trietanolamin, metildietanolamin ve dimetil alanin) özellikle SO2 ve H2S gazları için kullanılırlar. Hidrokarbon kirleticileri için düşük buhar basınçlı hidrokarbonlar(ağır yağlar, solventler) kullanılır.
Absorplama Ekipmanları
Şekil 5. Paket Absorplama Kolonları
Şekil 6. Duşlama Kulesi
Şekil 7. Siklonik Duşlama Kulesi
6.2.2. Adsorplama Sistemleri
Granüler formdaki katılarla gaz ya da sıvı karışımlarından kirleticilerin ayrılmasına adsorpsiyon işlemi denir. Katıların yüzeylerinde tutabilme kabiliyetleri olması gerekir. Bu işlem kimya sanayinde yaygın bir şekilde kullanılır. Solventler, diğer organikler, koku veren maddeler etkili bir şekilde bu yöntemle kontrol edilebilir. Katılara adsorbent, tutulan maddelere adsorbat adı verilir.
Adsorpsiyon, düşük sıcaklıklarda fiziksel, yüksek sıcaklıklarda ise kimyasal olarak gerçekleşir.En yaygın kullanılan adsorbentler ve etkili oldukları kirleticiler Tablo 12 de verilmiştir.
Tablo 12. Adsorbent maddeler
Adsorbatlar
Adsorbentler
Aktif Karbon Aktif Silica
Silika Jel
Moleküler Elekler
Koku verici maddeler
x
Yağlar x
x
x
X
Hidrokarbonlar x
x
x
Florokarbonlar x
x
Klorlu organikler x
x
Sülfürlü organikler x
x
X
Solventler x
Su(Nem) x
x
x
Adsorplama Prosesleri
Kademeli ve sürekli temas metodları sürekli ve yarı sürekli prosesler olarak uygulanırlar.
Şekil 8. Sabit Yataklı Adsorplama Sistemleri
Şekil 9. Sabit Yataklı Aktif Karbon Uçucu Organik Bileşiklerin Geri Kazanıldığı Proses
6.2.3. Yakma
Uçucu hidrokarbonlar ve bazı HAP bileşikleri yakıt karakteri taşıdiıkları için kolayca yanabilirler.Yanma bir termal oksidasyon olup organik bileşikler CO2 ve H2O bileşiklerine okside olurlarken klor ve sülfür gibi eser elementler de HCl ve SO2 haline oksitlenirler.
Hidrokarbon içeren buhar akımları a. Termal oksidasyon veya açık alevli meşale(flare),b. Termal oksidasyon ve insinerasyon ve c. Katalitik oksidasyon olmak üzere üç farklı yakma yöntemi ile bertaraf edilebilir. Bu yöntemlerin her birinin kendine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Flare sürekli olmayan ve büyük hacimde konsantre hidrokarbon emisyonlarının kontrolünde tercih edilirken termal oksitleyiciler sürekli ve yüksek verimde arıtma sistemi olarak karışık gaz akımlarının oksitlenmesinde katalitik oksitleyiciler ise sürekli ve düşük konsantrasyonda kirletici içeren gaz akımların minimum ilave yakıt masrafı ile oksidasyonunda tercih edilirler.
Şekil10. Basit bir flare
Termal Oksitleyiciileşikleri
Şekil 11. Reküperatif Yakma Sistemi
Şekil12. İki Bölgeli Rejeneratif Yakma Tesisi
Şekil 13. Üç bölgeli rejeneratif yakma prosesi
Şekil 14. Katalitik Yakma Sistemi
6.2.4. Yoğuşma ile Kontrol
Yoğuşma bir gaz karışımı içinden bazı bileşenlerin bir soğutucu yüzeyinde film oluşturarak ayrılmasını ve sonrasında damlalar şeklinde akışa geçmesini ifade eder. Yoğuşma, 5000 ppmv’den daha büyük konsantrasyonlarda uçucu organikler ve zararlı hava kirleticileri için tercih edilen bir yöntemdir.Verim %50-90 arasında değişir.10.000 ppmv ve daha yukarı konsantrasyonlar üst limiti oluşturur. Bu nedenle ön arıtma olarak da uygulanabilir. 3000 m3/saat debilere kadar bir tek yoğunlaştırıcı yeterlidir.
Şekil 15. Levha ve tüp tipinde yüzeyli yoğunlaştırıcı
Şekil 16. Dikey levha ve borulu ısı değiştiricili düzenlemeler a)Boru içinde yoğuşma,buhar fazı çıkışı alttan
6.2.5. Biofiltrasyon
Bir biofiltre toprak, taş,sentetik malzeme,kompost gibi bir dolgu malzemelerinin bir gaz dağıtıcı donatı üzerine yerleştirilmesi,kirli hava akımının bu dağıtma yapısı kullanılarak yatak malzemesi arasından geçirilmesi ve bu yatak malzemesi yüzeyinde gelişen mikroorganizmaların atık gaz akımı içindeki organik molekülleri metabolizmalarında kullanarak havayı arıtmasının gerçekleştirildiği bir kontrol sistemidir.Mikroorganizmaların organik kirleticileri arıtma ürünleri CO2 ve sudur.
Biofiltrasyon oldukça yeni,ekonomik ve etkin bir arıtma yöntemi olarak çoğunlukla Kullanılabilir En İyi Kontrol Teknolojisi(Best Available Control Tecnology(BACT)) olarak adlandırılmaktadır. Biofiltrasyon ile 1000-1500 ppm mertebelerinde koku(%98-99),uçucu organikler(%65-99), H2S ve NH3(80-99) gibi kirleticiler arıtılabilmektedir.
Şekil 17. Tipik Bir açık biofiltre
Şekil 18. Tipik biofiltre yatağı
6.2.6.Membran Sistemleri
Membran teknolojisi uçucu organiklerin ve diğer gaz kirleticilerin bir atık gaz karışımı içinden ayrılmasını sağlayan yeni bir teknolojidir. Bu teknoloji ile polimerik yapılı membranlar kullanılarak yoğuşabilir organik buharlar, C3 ve daha büyük hidrokarbonlar, aromatikler, ve yoğuşmayan methan, etan,azot ve hidrojen gibi gazlar arıtılabilmektedir.
Hava akımı membrandan geçerek konsantre halde elde edilen permeat ve arıtılmış gazlardan oluşan iki akıma ayrılır. Konsantre organikler bir kondenserde yoğuşturularak geri kazanılır. Bu teknik orta seviyede uçucu hidrokarbon içeren düşük debili atık gaz akımlarında tercih edilir.
Uygulama basınçlandırma ve yoğuşturma ve membrandan geçirme kademelerinde uygulanır.Basınçlandırma ve soğutma yoğunlaşma ile bir kısım organikleri ayırır ve kalanlar da membran yardımıyla konsantre permeat halinde elde edilir.
6.2.8. NOX Kontrolü
N2O, NO, NO2, N2O3 ve N2O5 gibi azot oksitler NOx olarak adlandırılırlar. NO ve NO2 en fazla görülen türlerdir. NOx’in en önemli kaynakları yakma tesisleridir. Bunun yanında HNO3 üretim tesisleri ve her türlü ulaşım araçları da önemlidir.
Yakma tesislerinde NOx üç mekanizma ile oluşturulur.1)Termal NOx , 2) Teşvik edilmiş NOx ve 3) Yakıt NOx’i
Termal NOx hava oksijeni ile hava azotu arasında radikal oluşumu ile yürüyen reaksiyonlarla NO ve NO2 oluşumu şeklinde gerçekleşir. Sıcaklık arttıkça bu mekanizma ile NOx oluşumu da artar. Termodinamik olarak 1650-2000 oC aralığında dengede NOx konsantrasyonu 6000-10000 ppm mertebelerinde oluşmakta ve NO/NO2 oranı ise 500/1 ve 1000/1 dir. Normal baca gazı sıcaklıklarında (180-350oC) NOx konsantrasyonu 1 ppm den küçüktür. Oysa doğal gaz yakıcıların baca gazlarında NOx emisyonu 200-300 ppm mertebelerindedir. Buna göre gerçek yakma koşullarında termodinamik dengeye göre termal NOx oluşumu çok düşük kalmaktadır.
Teşvik edilmiş NOx, alev bölgesinde O ve OH radikalleri tarafından desteklenen NOx oluşumudur ve etkili bir şekilde alev sıcaklığı ve oksijen konsantrasyonu kontrolü ile engellenebilir.
Yakıt NOx’i ise yakıt bünyesinde yer alan azotlu bileşikler dolayısı ile oluşan NOx türü olup kömürlü santrallerde NOx’in %50-70’nin oluşumunda etkilidir.
Kontrol Teknikleri
Azotoksit (NOx) kontrol tedbirleri temel olarak iki kategoride incelenir:
- Yakma işlemi sırasında kontrol
- Yakma sonrası kontrolü
Bu sistemler yüksek verim elde etmek amacıyla birlikte kullanılabildiği gibi genel olarak ayrı kullanımları mevcuttur.
- Yakma sırasında kontrol işlemleri-yakıcı modifikasyonları:
Yakma sırasında uygulanan kontrol sistemleri NOx oluşumunu kaynağında sınırlandırılabilirken, yakıcı sonrası kontrol sistemleri oluşumdan sonra azaltma işlemlerini kapsar. Yakma sırasında kontrol prosesleri en yaygın olarak kullanılan kontrol sistemleridir.
Yin ve diğ., 2008: Örneğin dünyanın en büyük kömür üreten ve tüketen ülkelerinden olan Çin’de (tüm enerjinin %75’i kömür ile karşılanır) NOx emisyonları en önemli kirleticilerdendir. Bu nedenle son yıllarda bu kirletici grubu ile ilgili sıkı sınırlamalar getirilmiştir. Ülkede pulverize bir kömür sisteminden atmosfere verilen NOx konsantrasyonu 500 ila 2000 mg/m3 arasında değişir. “Düşük NOx yakma teknolojileri” kullanılmadan bir başka deyişle yakma sırasında kaynakta kontrol sağlanmadan bu sınır değerler karşılanamaz.
Yakıcı modikikasyonları NOx konsantrasyonunda %10-80 arasında azalma sağlar. Performans değeri oluşan NOx miktarı, yakıcı dizaynı, kömür özelikleri ve operasyon koşullarına göre değişir. Genellikle bu teknolojiler kurulumu kolay ve yatırım ve işletme maliyetleri düşük teknolojilerdir. Bu tür sistemler tüm kazan tiplerinde kullanılırlar. Bu sistemler esas olarak şu şekildedir (Srivastava ve diğ., 2005; USEPA, 2000, Cooper 1990):
Düşük hava fazlası (Low excess air-LEA): DHF operasyonu yakma havasını mümkün olan minimum seviye indirgemektir. Bu sistemle verimi etkilemeyecek minimum hava fazlası oranı ile yakma zonunda oksijen miktarı kontrol edilir ve bu sayede NOx oluşumu sınırlandırılır. Bu sistemler tipik olarak %30–60 oranında verim sağlar ve düşük maliyetlidir. Varolan kömürlü santrallerde kullanımı oldukça fazladır.
Servis dışı yakıcı (burners out of service-BOOS): BOOS teknolojisi yakıt akımını yakıcının üst kısmında tutarak yanlızca havanmın geçişine izin verir. Bu metod hava kademelendirmeye benzer ve alev üstü hava tekniğinin bir simülasyonudur. NOx oluşumunu yakıcı alanında oksijen miktarını düşürerek sınırlar.
- Çapraz ateşlemeli yakıcılar: Çapraz yakıcı ateşleme sistemleri yakıcının alt kısımlarında üst kısımlarına nazaran daha yakıt-zengin bir yanma sağlar. Bu metod hava kademelendirmenin bir diğer formudur ve alev zonunda oksijen miktarını kısıtlayarak NOx kontrolü sağlar. Bu metod kazanın normal operasyon koşullarını ve değiştirebilir. Ancak NOx miktarını %10-20 oranında azaltır.
Alevüstü hava (overfire air-OFA): OFA tekniği yakıcıda toplam yanma havasının belli bir miktarının ayrılması ve yakıcının üst kısmında bulunan bölmelere enjekte edilmesidir. Bu sistem NOx miktarını iki şekilde azaltır;
(1) yakma prosesini uzatıp ve geciktirerek ve bu sayede daha az yoğun yakma ve daha soğuk alev sıcaklıkları sağlayarak termal NOx miktarını azaltır.
(2) yakma zonunda hava konsantrasyonunu azaltarak uçucu yakıt azot miktarını değiştirir ve yakıt NOx miktarını azaltır.
Bu teknik çeşitli tipte yakıcıya uygulanabilir (teğetsel ve duvar yakıcılı, turbo, otomatik ve beslemeli kazanlar). Ticari kullanımları en iyi bilinen teknolojilerdir. NOx miktarını % 20-30 oranında azaltır.
Düşük NOx yakıcılar (Low NOx burners-LNB): Bu teknikle NOx oluşumu her bir yakıcı zonunda yakma prosesinin stokiyometrik ve sıcaklık profili kontrol edilerek yapılır. NOx indirgeme tekniği şu şekildedir:
(1) yakma zonunda azaltılmış oksijen seviyesi ile NOx oluşumu sınırlanır,
(2) azaltılmış alev sıcaklığı, azaltılmış bekleme süresi ve pik sıcaklık değeri ile ile termal NOx oluşumu sınırlanır,
LNB tekniği çeşitli tipte teğetsel ve duvar-ateşlemeli kazanlara uygulanır. Ancak diğer tip ateşleme sisteminesahip kazanlara uygulanamaz. Bu sistem, varolan kazanlar için yaklaşık %35-55 arasında kontrol sağlar ve mevcut tesisler için en az maliyetli teknolojilerdir. Bu sistemler ayrıca yeni yakıcılarda da kullanıabilir. LNB ler OFA ile kombine edildiğinde daha yüksek verim sağlar (%40- 60 azalma).
Yeniden yakma: Yeniden yakma oldukça donanım gerektiren bir tekniktir. Ana yakma zonunda oluşan NOx ikinci yakma zonu akımında azalır. Bu teknik ana yakma zonunda oluşan ısıyı %40’a kadar azaltır ve yakıcının üst kısmına ısı ilavesi ile yeniden yakma zonu oluşturur. Yeniden yakma yakıtı (doğal gaz, yağ ya da pulverize kömür) hava ya da yakıt ile sisteme verilebilir ve ana yakma zonunda azotun azalması için yakıt, zengin bir gaz oluşturur. Yeniden yakma zonunda yakıt-zengin gazlar yakılır. Bu sistemler kömürün birincil yakıt olarak kullanıldığı bir çok tipte kazanda kulanılabilir (teğetsel, duvar yakmalı, siklon kazanlar). Bu sistemin ticari kullanımları sınırlıdır, ancak bu sınırlı kullanımlarda %50-60 arasında azalma sağlanabilir. Aynı zamanda kazan verimine en az etki eden teknolojilerdendir.
- Yakma sonrası kontrol sistemleri
Seçici katalitik olmayan indirgeme (selective noncatalytic reduction -SNCR): SNCR tekniğinde atık gaz akımına NOx’i azot ve daha sonra suya indirgemek için amonyak ya da üre ilavesi yapılır. Bu solventler bacadan konvektif geçişe ya da üst yanma zonuna enjekte edilir. Bu solventler baca gazındaki NOx ile azot ve su oluşturmak üzere birleşir. SNCR verimi solventin enjekte edildiği yerdeki sıcaklığa, atık gazdaki solvent karışımına, solventin bekleme süresine; solventin NOx’a oranına ve yakıtın kükürt içeriğine bağlıdır. Sınırlı kullanımları mevcuttur ve NOx azaltma miktarı%25-40 arasındadır. Büyük miktarlarda kimyasal sarfiyatı gerektirir. Tüm uygulamaları 200 MW ve altı tesisler için mevcuttur.
Seçici katalitik indirgeme (selective catalytic reduction -SCR): SCR sisteminde atık gaz akımına bir kataliz varlığında NOx’i azot ve daha sonra suya indirgemek için amonyak ilavesi yapılır. SCR reaktörü proseste çeşitli pozisyonlarda kullanılabilir. Örneğin hava ısıtıcı ve partikül kontrol cihazından önce ya da desülfürizasyon ünitesi çıkışına konabilir. Performası etkileyen parametreler; atık gaz sıcaklığı, yakıt kükürt içeriği, amonyak-NOx oranı, giriş NOx konsantrayonu, hız ve katalizin yapısıdır. Sınırlı uygulaması olmasına rağmen NOx’te %75-85 azalma sağladığı belirlenmiştir. Ancak %2’den daha az kükürt içeren yakıtlar için uygundur.
Şekil 19. Selektif Katalitik İndirgeme Prosesi Akım Şeması
SCR sistemi %70-90 oranında NOx giderme kapasitesine sahiptir. Doğal gazlı santrallerde %15 O2 eşliğinde 5 ppm NOx’e kadar arıtma yapılabilmektedir. Bunların dışında SNCR/SCR sistemlerinin birlikte kullanıldığı hibrid sistemler de mevcuttur. Bu sistemlerin yatırım ve işletme maliyetlei daha kontrollüdür. Aynı zamnda eş zamanlı kükürtoksit ve azotoksit giderimi sağlayan sistemler de mevcuttur ve %70–99 arasında giderim sağlayabilir. Ancak bu tür sistemlerin uygulamaları sınırlıdır.
Yeni teknikler olarak “düşük sıcaklık oksidasyonu ve absorpsiyon” ile NOx, N2O5’e oksit lenir ve sonra absorbe edilerek HNO3 elde edilir.
Şekil 20. Düşük Sıcaklık Oksidasyon Prosesi akım şeması
Katalitik absorpsiyon teknolojisi de (SCONOx) NO, CO ve hidrokarbonlar NO2 ve CO2’ye oksitlenir ve sonra NO2, K2CO3 ile absorbe edilir.
6.2.9. SOx Kontrolü
SO2 en önemli sülfür bileşiğidir. H2S, SO3 diğer önemli sülfür bileşikleridir.
Sülfür yakıtlarda piritik(FeS2),mineral sülfatlar, elemantel sülfür, organik sülfür ve merkaptanlar halinde bulunur.
SOx kontrolünde uygulamalar yanma öncesi, yanma sırasında ve yanma sonrası olmak üzere üç kategoride toplanabilir.
Yanma Öncesi S kontrol
SOx kontrolünde ilk adım yakıtların kükürt içeriklerinin azaltılması yada düşük kükürtlü yakıtların tercih edilmesidir.
Yakıtların kükürt içeriklerinin azaltılmasında fiziksel(kömürde yıkama), kimyasal(ekstrakte etme), biyolojik yöntemler kullanılabilir. Gazlaştırma katı yakıtlarda bir başka S giderme yöntemidir. Gazlaştırma sonrası H2S formundaki S’lü bileşikler
reaksiyonu ile giderilirler.
Yakma sırası ve sonrası SOx Kontrolü
Kömür yanmasından kaynaklanan kükürtoksit emisyonlarının azaltılmasında birkaç teknik kullanılır. Bu teknikler çeşitli ve karmaşık tekniklerdir. Bunlardan biri yakıttaki kükürtün azaltılmasıdır. Çünkü kükürtoksitler yakıtta bulunan kükürt ile direk olarak ilgilidir. Bu alternatif düşük kükürtlü yakıtın bulunmadığı ya da farklı özellikte kömür yakılamadığında durumlarda kullanılabilir değildir.
Bazı durumlarda çeşitli kömür temizleme teknikleri kükürt içeriğini azaltmak için kullanılabilir. Fiziksek kömür temizleme teknikleri pirit gibi mineral özellikte kükürtün giderilmesinde kullanılır. Bu sayede mineral sülfürün %30-50 arası kısmı giderilebilmektedir (USEPA 1998a-b). Fakat organik kükürdün giderilmesinde çok etkin değildir ve maliyetli sistemlerdir. Kömür üzerinde kimyasal temizleme teknikleri geliştirilmekte olan teknolojiler arasındadır.
Desülfürizasyon üniteleri kömürlü termik santrallerde en yaygın olarak kullanılan SO2 kontrol yöntemidir. Bu ünitelerde ilk yatırım maliyeti yüksek olmakla birlikte kimyasal madde olarak kireçtaşı kullanılmasından dolayı işletmesi düşük maliyetlidir. Daha küçük, endüstriyel ölçekteki tesislerde ise genellikle kullanılan ekipmanların ilk yatırım maliyetleri daha düşük olmasına rağmen kullanılan kimyasallar daha pahalıdır.
Kontrol teknikleri başlıca absorpsiyon ve adsorpsiyon olmak üzere iki değişik teknikle özetlenebilir. Aşağıdaki bölümlerde bu teknikler özetlenmiştir:
- Absorpsiyon
Proseste ilk aşama olarak SO2 solvent fazdaki çözünürlüğünden yararlanılarak gaz akımında ayrılır ve solvent fazında çözünerek sulfüröz asit (H2SO3) formuna geçer. Daha sonra ise oksitleyiciler ile etkileşerek inorganik sülfit (SO32-) ve sülfat (SO42-) formuna döner ve solvent fazında tutulmuş olur. SO2 absorplayıcı sistemler içinde en kullanılan sistem kireçtaşlı ıslak yıkayıcılardır. Sistemin akış diyagramı aşağıdaki şekil…’de verilmiştir.
Şekil 21. Kireçtaşlı SO2 yıkayıcı sistem
Sistemde kireçtaşı çözeltisi SO2 içeren gaz akımına püskürtülür. Devridaim tankı içinde kimyasal reaksiyonlar gerçekleşirken kireçtaşı çözeltisi ve reaksiyon ürünleri giderim veriminin sağlanması ve işletme problemlerinin önlenmesi açısından dikkatli şekilde kontrol edilmelidir. Islak yıkayıcılarda genel olarak yüksek giderim veriminin sağlanması için sıvı pH’ı 5-9 aralığında çalıştırılırken, giderim verimi ise %80-95 aralığında değişmektedir.
Islak yıkayıcı hacmi içinde suyun buharlaşması nedeniyle gaz sıcaklığı 43-60 0C gibi değerlere soğuyabilmektedir. Bu gaz sıcaklık aralığı genel olarak SO2 emisyonlarının kontrolünde kullanılan diğer hava kirliliği kontrol sistemlerinin işletme sıcaklıklarından olukça düşüktür
- Adsorpsiyon
Şekil 22. Kuru enjeksiyon tipi kuru yıukayıcı
Kuru enjeksiyon sistemli kuru yıkayıcı daha büyük karmaşık sistemler yerine daha küçük bir sistem olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, kuru enjeksiyon sisteminin verimi oldukça düşük ve giderilen birim SO2 başına alkali kimyasal ihtiyacı daha fazladır. Ayrıca atık bertaraf maliyetleri ve gereksinimleri absorpsiyon sistemlerine göre daha yüksektir.
- Desülfürizasyon işlemlerinde kullanılan kimyasal maddeler
Tablo13. SO2 gideriminde kullanılan kimyasal maddeler
Genel isim / mineral adı
Kimyasal
Formül
Kireçtaşı
Kalsiyum karbonat
CaCO3
Sönmemiş kireç
Kalsiyum oksit
CaO
Sönmüş kireç
Kalsiyum hidroksit
Ca(OH)2
Soda külü
Sodyum karbonat
Na2CO3
Kostik soda
Sodyum hidroksit
NaOH
Nahcolite
Sodyum bikarbonat
NaHCO3
Trona
sodyum seskikarbonat
NaHCO3 Na2CO3.H2O
Kalsiyum bazlı reaksiyonlar
Kireçtaşı direk sulu çözelti ya da fırına direk enjeksiyon yoluyla kullanıldığında ısı etkisiyle aşağıdaki reaksiyon gerçekleşerek karbonik asidi giderilir:
Şekil 23. Basitleştirilmiş Islak Kireçtaşı Prosesi Akım Şeması
Sönmemiş kirecin söndürülmesi ya da hidratize edilmesi ile çok daha pahalı olan sönmüş kireç elde edilmektedir.
Islak kireçtaşıyla yıkama prosesi son ürünleri kalsiyum sülfit ve kalsiyum sülfattır. Sülfitin sülfata oksidasyonu emülsüfiye kükürt ilavesi ile tiyosülfit iyonu oluşması nedeniyle engellenebilmektedir. Alternatif olarak, oksidasyon reaktörün gerçekleştiği tank içindeki çamurumsu faza hava ilavesi ile arttırılabilmektedir.
SO2’nin kireçtaşı ile absorpsiyonu aşağıdaki şekilde gösterilmişir.
Şekil…: SO2’nin absorpsiyonu
Islak kireç yıkama, kireç spray kurutma ve hidratize kireç prosesleri sonucu kalsiyum sülfit ve kalsiyum sülfat reaksiyon ürünleri karışımı oluşmaktadır.
Kalsiyum sülfit engellenmemiş kireçtaşı yıkama prosesinin ürünüdür. İğnemsi kristal yapılar şeklinde olup geniş yüzey alanından dolayı tekrar nemlenmesi zordur. Maddi değeri olmamakla birlikte su ortamında KOİ değeri yüksektir. Düzenli depolanabilmekle beraber, taşınabilmesi için öncelikle stabilize edilmesi gerekir. Diğer taraftan kalsiyum sülfat ise tercih edilen bir kuvvetli oksidasyon prosesi ürünüdür. Kolay nemlenen kristaller oluşturur. Bununla beraber saf kalsiyum sülfat alçı olarak adlandırılmakta olup duvar kaplaması üretiminde kullanılır. Kuru kalsiyum bazlı sistemler genellikle %75 kalsiyum sülfit %25 kalsiyum sülfat içermektedir. düzenli depolamaya gönderilebilmekle beraber kireçteki etkileşmemiş por yüzeyleri sızıntı suyuyla etkileşerek pH’ını yükseltmektedir.
Sodyum bazlı reaksiyonlar
Soda külü ya da kostik sodanın ıslak yıkayıcılarda kimyasal madde olarak kullanılması yüksek pH değerine sahip bir çözelti elde edilir. Birçok ıslak yıkayıcıda her iki kimyasalda kullanılabilmekte ve arasındaki seçim çoğunlukla ağırlık bazında fiyata bağlı olmaktadır. Soda külü yıkama çözeltisini hazırlamak üzere suda çözüldüğünde:
Kostik soda ise genellikle %50 çözelti olarak satıldığından dolayı katı madde depolama ekipmanlarına gerek kalmamaktadır.
Alkali yıkayıcılarda ilk basamak SO2’nin sıvı fazda absorbe edilmesidir.
Alkalinite yukardaki reaksiyonun sağa doğru kaymasını ve sülfüröz asit oluşumunu sağlamaktadır. Sülfüröz asit pH’a bağlı ayrışarak bisülfit ya da sülfit oluşturur.
Bu nedenle SO2’li tüm reaksiyona bakıldığında sodyum sülfit, sodyum sülfat ve sodyum bisülfit karışımının oluştuğu görülmektedir. Kükürt bileşiklerinin oranları pH ve oksidasyon derecesine dayanmaktadır. Basitleştirilmiş tüm reaksiyon:
pH kimyasal tüketimini etkilediği gibi SO2 gazının çözünürlüğünü de etkileyen önemli bir parametredir. 1mol SO2’nin sodyum sülfit ya da sodyum sülfata dönüşmesi için yukarıda ki stokiometrik reksiyonlar uyarınca 2 mol sodyum gerekirken, sodyum bisülfit dönüşüm için 1 mol sodyum gerekmektedir.
Kuru sodyum bazlı sistemlerde ise kullanılan kuru sodyum bikarbonat ısıya maruz kaldığında, ayrışarak yüzey alanı büyük soda külüne dönüşür. Soda külü birçok prosesin atık gaz sıcaklığı olan 300-600 0C arası sıcaklıklarda SO2 ile reaksiyona girer.
Sodyum bikarbonat rafine edilmiş bir mineral ya da doğal bir mineral olan nahcolite şeklinde temin edilebilir. Trona da kuru kimyasal olarak kullanılabilir.
Sodyum bazlı prosesin son ürünleri sodyum bisülfit (NaHSO3), sodyum sülfit (Na2SO3) ve sodyum sülfattır (Na2SO4). Reaksiyon ürünleri suda çözünebilir karakterde olduklarından bazı bölgelerde bertaraf problemine yol açabilmektedir. Islak yıkayıcı sistemlerinden kaynaklanan sıvı atıklar alıcı tatlısu ortamına deşarj edilmemektedir. Kuru reaksiyon ürünlerinden ise yüksek oranda çözünmüş katı içeren sızıntı suyu ortaya çıkmaktadır.
Tablo...de yakma sonrası SO2 teknikleri ve bu tekniklerin kontrol etkinliği özetlenmiştir.
Tablo 14. Yakma sonrası SO2 kontrol teknikleri
Kontrol Teknolojisi
Proses
Kontrol
Etkinliği
Açıklamalar
Islak yıkayıcı
Kireç/kireçtaşı
%80-95+
Yüksek kükürt içerikli yakıtlara uygulanabilir, çamur oluşur
Sodium karbonat
%80-98
Kimyasal maliyeti yüksektir
Magnezyum oksit/hidroksit
%80-95+
Rejenere edilebilir
Çift alkali
%90-96
Sodium bazlı yıkama çözeltisini rejenere etmek için sodium kullanılır
Spray kurutma
Kalsiyum hidroksit çözeltisi spray kabında buharlaşır.
%70-90
Düşük ve orta konsantrasyonda kükürt içeren yakıtlara uygulanır, kuru ürün oluğur
Yanma odasına enjeksiyon
Kuru kalsiyum karbonat/hidrat yanma odası üst boşluğundan enjekte edilir
%25-50
Avrupa’da ticari uygulamaları vardır
Boruya enjeksiyon
kuru sorbent enjeksiyonu yapılır. bazen su sprayi ile birleşik de yapılabilir
%25-50+
Halen araştırma geliştirme çalışmaları devam etmektedir
http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch01/final/c01s01.pdf
Şekil 24. Basitleştirilmiş Püskürtme Kurutmalı Kireç yöntemi
Şekil25. Sodyumbikarbonat ile Şeması SO2 Arıtımı Akım Şeması
6.3.Partiküler Maddelerin Kontrolü
Partiküler madde ve boyut dağılımı
Partiküller madde kontrolünde partiküler madde parametresinin boyut dağılımı en önemli değişkendir. 10 µm’den büyük partiküllere iri partiküller denir.İnsan saçının çapı 50-110 µm
Şekil 26. Genel Partikül Terminolojisi ve çap aralıkları
boyutlarındadır. Akciğerlerde zararlı olacak partiküller 0,7-7 µm aralığındadırlar.Şekil 26’da görüldüğü gibi partiküller kaynaklarına ve çaplarına göre farklı isimler alırlar.Bunlarla ilgili bazı terimler ve anlamları aşağıda verilmiştir.
Toz(Dust):10-50 µm boyut aralığında ve kırma, patlatma, öğütme gibi aktivitelerle kömür, mineraller, kayalar, metaller ve ahşap malzemenin işlenmesinden oluşan partiküllerin genel adı.
Duman(Smoke):Odun, kömür, benzin, ve diğer yakıtların tam olmayan yanmaları sonucu oluşan ve ve boyutları 1 µm’den küçük, çoğunlukla karbon ve katı partiküllere verilen ad.
Mist: Buharların yoğuşması ile oluşan ve çapları 40-500 µm boyut aralığındaki iri sıvı danecikleri
Sis(Fog):Çapları 40 µm’den küçük olan buharların yoğuşması ile oluşan sıvı partiküller
İs(Fume):Gazların kondensasyonu, ergimiş metal buharlarının süblimasyonu ve kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan ve çapı 1 µm’den küçük katı partiküller.
Diğer taraftan endüstriyel partiküler maddeler çaplarına göre dağılımları lineer ihtimal dağılmına göre sınıflandırılırsa Şekil 27’deki gibi davranırken, log-log ihtimal dağılımı grafik kağıdında bir doğru olarak elde edilebilir(Şekil 28). Böylece kontrol sistemleri seçilirken partikül dağılımının bilinmesi ve buna göre uygun sistemlerin seçilmesi gerekmektedir. Örnek olarak partiküllerin kütlesel olarak %50’sinin çapı 7 µm, %80’i ise 10 µm’den küçüktür.
Şekil 27. Lineer İhtimal Kağıdında Partikül Çaplarının Değişimi
Şekil 28. Logaritmik ihtimal Dağılımı Kağıdında Partikül Çaplarının Dağılımı
Partiküllerin çapları en genel tanımlama parametresidir. Ancak iki farklı çap tanımı önemlidir. Bunlar fiziksel çap ve aerodinamik çap olarak bilinir.Fiziksel çap küresel veya küreye yakın bir partikülün gerçek çapı olarak tanımlanırken aerodinamik çap, aerodinamik olarak gerçek partiküle eş davranan ve yoğunluğu 1 gr/cm3 malzemeden oluşan küresel cismin çapı olarak tanımlanır. Böylece çökelme hızları gerçek partikülle eşdeğer aerodinamik çapa sahip partiküller için aynıdır. Çökelme hızı ,partikül üzerinde etkili olan yerçekimi kuvvetleri ile hava içindeki sürtünme kuvvetlerinin farkından kaynaklanır.
Partiküllerin Kontrolünde etkin olan kuvvetler ve mekanizmalar
Partiküllerin kontrolünde en etkili mekanizmalar çarpma(Impaction), sürtünme veya temas etme(Interception) ve difüzyondur. Bir hedefe doğru hava içinde taşınan partiküllerin hedef tarafından tutulması bu mekanizmalarla sağlanır(Şekil 29).
Şekil 29. Partikül Tutma Mekanizmaları
Çarpma: Hedefe doğru belirli bir hızla taşınan partiküller kütleleri buna bağlı momemtumları dolayısı ile kütle yakınında hava akımı gibi yörüngesini değiştiremez ve doğrusal hareketine devam ederek hedefe çarpar ve tutulur.
Temas:0,1-1 µm boyut aralığındaki partiküller kendilerini taşıyan gaz akımı tarafından hedefe yeterince yakın hareket taşındıklarına hedefe temas ederler ve tutulurlar. Ancak bu çap aralığındaki partiküllerin momentumları da küçük olduğundan gaz akımı tarafından sürüklenebilirler ve bu nedenle temas mekanizması oldukça zayıf bir kontrol mekanizmasıdır.
Difüzyon:Çok küçük (submikron) partiküller Brownian hareketler yaparlar. Böylece hava akım iplikçikleri arasında “serbest yol” miktarınca rastgele geçiş yapabilirler ve hedefe yakın durumda iseler hedef tarafından tutulurlar. Bu mekanizma şayet yeterli süreler verilebilirse ve hedefle mesafesi kısaltılabilinirse etkili bir kontrol mekanizmasıdır. Torbalı filtrelerde bu mekanizma çok etkilidir.
Yukarıda belirtilen çarpma, sürtünme ve difüzyon mekanizmaları yanında
-elektrostatik kuvvetler
-yer çekimi kuvvetleri
-Santrifüj kuvvetler
-Termoforezis
-Difüzoforesis
-Sonik kuvvetler
Partikül kontrolünde kullanılan mekanizmalardır.
Partikül Tutma Sistemleri
Partikül kontrol sistemleri aşağıda ana gruplar halinde verilmiştir. Bu sistemler partikül tutma mekanizmalarının birinin ya da birkaçının bir arada kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Bunlar:
- Siklon ya da multi siklon toplayıcılar
- Elektrostatik filtreler (ESP),
- Torbalı filtreler,
- Islak temizleyiciler,
- Siklonlar-Mekanik toplayıcılar
Mekanik toplayıcılarda teknik olarak partikülün eylemsizlik özelliğinden yararlanır. Partiküllü gaz akımı siklonik bir şekilde döndürülür ve partikül kütlesinden dolayı gaz akımı vorteks dışına atılır. Büyük çaplı partiküllerin çoğu huniye girerek aşağıda toplanırken gaz akımı yukarı doğru çıkıp sistemden ayrılır.
Siklonlar
a)Yüksek debili siklonlar
b)Konvansiyonel siklonlar
c)Yüksek verimli siklonlar olarak üç ana gruba ayrılırlar.Klasik bir siklonun boyutları Şekil 30 da verilmiştir. Boyutların D siklon çapına göre değişimleri ise Tablo 15 de verilmiştir.
Şekil 30. Klasik bir siklon boyutları
Tablo 15. Verimlerine göre siklon boyutlarının değişimi
Boyut
Semboller
Yüksek Verimli
Standart
Yüksek Debili
Giriş yapısı yüksekliği
H/D
0,44
0,5
0,8
Giriş yapısı genişliği
W/D
0,21
0,25
0,35
Çıkış yapısı çapı
De/D
0,4
0,5
0,75
Gövde uzunluğu
Lb/D
1,4
1,75
1,7
Konik kısım uzunluğu
Lc/D
2,5
2,0
2,0
Vorteks bulucusu
S/D
0,5
0,6
0,85
Toz çıkış elemanı çapı
Dd/D
0,4
0,4
0,4
Bir siklonun teorik olarak %x verimle tutabileceği partikülün çapı
İfadesi ile bulunur. Burada
dpx = % x verimle tutulabilen partikülün çapı
µ = Atık gaz akımının viskozitesi
W = Giriş yapısı genişliği
Ne = Etkili dönüş sayısı
Vi = Siklon girişi hız
ρp = Partikülün yoğunluğu
ρg = Gaz akımının yoğunluğu
Teorik verim gerçek durumu tam olarak temsil edemez. Bunun yerine en az %50 verimle tutulabilen partikül çapı dp50 terimi kullanılır. Bu durumda herhangi bir dpj çaplı partikülün tutulma verimi ήj , Lapple ampirik ifadesi
ile hesaplanır(Şekil 31).
Şekil 31. Lapple verim eğrisi
Siklonlarda işletme sırasında gerçekleşen basınç kayıpları ise
İfadesi ile hesaplanır. Burada;
ΔP = Basınç kaybı
NH = Giriş hızı katsayısı başına basınç düşümü
NH ise
KΔP2 = Siklon tipi ve işletme koşullarına bağlı katsayı(12-18 arasında değişir)
İfadesi ile bulunur. Siklonlarda müsaade edilebilecek maksimum hız “saltation” etkisine göre belirlenir.
Şekil 31. Multisiklonlar (TEPAV 2008).
Siklonların avantajları
1. Düşük yatırım maliyeti
2. Hareketli parça olmaması dolayısı ile az bakım ihtiyacı ve düşük işletme maliyeti
3.Relatif olarak düşük basınç kaybı(5-15 cm ss)
4. Siklon malzemesine göre sıcaklık ve basınç kısıtlamaları
5. Kuru vaziyette ürünlerin toplanabilmesi ve bertarafı
6. İzafi olarak küçük yer ihtiyacı
Siklonların dezavantajları ise
1. Düşük verimli olmaları(özellikle 10 µm den küçük çaplı partiküller için)
2.Yapışkan karakterli partiküller için uygun olmaması
3.Yüksek verimli siklonlarda basınç kayıplarının da yükselmesi
· Elektrostatik Filtreler
Elektrostatik Filtreler (EF), partiküllerin elektrikçe yüklenmesi ve bir elektrik alanı içinde partikülün gaz akımı dışına doğru hareket ettirilmesi ve levha elektroda ulaşan partiküllerin sistemden giderilmesi şeklinde çalışır. Partiküller, elektrotlar arasında gerçekleşen korona boşaltımı yoluyla iyonlaşan gaz molekülleri yardımıyla elektronlarla yüklenir. Elektrikle yüklenen partiküller elektrik alanını yardımıyla levha elektrotlara doğru hareket ettirilir ve teması halinde gaz akımından ayrılırlar(Şekil 32).
Şekil 32. EF’de partiküllerin giderilmesi
Elektrik alanı tarafından yüklü partikül üzerine etki ettirilen kuvvet
Fe = qE
Fe = Elektrik alanının oluşturduğu kuvvet
q = partikülün elektrik yükü
E = Elektrik alanı şiddeti(volt/cm)
Bir µm’den daha büyük çaplı yüklenmiş partiküller için levha elektrota göç hızı ω
İfadesi ile hesaplanır. Burada;
D = Dielektrik sabiti
εo = iletkenlik, 8,84x10-12 kulon/volt-m
Ec =Yükleme elektrik alanı şiddeti
Ep = Toplayıcı elektrik alanı şiddeti
dp = Partikül çapı
µg = Gaz viskozitesi
C’ =Cunningham kayma düzeltme faktörü
Tek boyutlu partiküllerin oluşturduğu aerosoller için EF tutma verimi
A = Levha elektrot alanı
Q = Gaz debisi
“Deutsch İfadesi” ile hesaplanır. Çok yüksek verimli EF’de verim , Matts-Ohnfeldt Eşitliği ile
İle hesaplanır. Burada x deneysel bir sabit olup 0,5 değerine sahiptir.
Genel bir EF ‘nin üç boyutlu görünüşü Şekil 33 de çok sayıda EF kombinasyonu ise Şekil 34 de verilmiştir. Birçok endüstride(Çimento, demir çelik, petrokimya) ve büyük yakma tesislerinde oldukça yaygın kullanılırlar ve geniş bir aralıkta sıcaklık basınç ve toz yükü şartlarında çalışabilirler. Bu cihazlar partikül boyutuna çok fazla bağlı değildir ve ıslak ve kuru işletme koşullarında çalışabilirler (IPC-LCP, 2006). Modüler dizaynından dolayı çeşitli boyutlarda sistemlerde çalışabilirler. EF performansını etkileyen en önemli operasyon parametreleri partikül ağırlığı, partikül boyut dağılımı, partikül elektrik direnci ve elektrik alanı gerilimidir.
EF’ler için yapılan uygulama sonuçları, kömür yakan kaynaklar için ince (0.1 µm’den küçük) ve kaba (10 µm’den büyük) partiküller için fraksiyonel toplama verimi %99’dan fazla bulunmuştur. Bu veriler 10 ile 0.1 µm arasında boyuta sahip partiküllerin toplama veriminde düşme olduğunu göstermektedir (Cooper ve diğ. 1990)
Şekil 33. Konvansiyonel Elektrostatik Filtreler (http://www.epa.gov/apti/bces/module6/matter/matter.htm)
Çoğu toplayıcı levhalar gaz akımı boyunca 3 ile 10 adet seri bağlanmış alandan oluşmuştur. Büyük tesislerde eşit sayıda seri bağlı levhalardan oluşan çok sayıda bölüm içerirler.
Şekil 33. Elektrostatik Filtreler( http://www.epa.gov/apti/bces/module6/matter/matter.htm)
EF lerin avantaj ve dezavantajları
EF’ler küçük partiküllere elektrik yükü yüklerler ve bu sayede oldukça yüksek verimle çalışırlar. Bu tip kolektörler gaz akımı patlayıcı olmadığında kullanılırlar. Partiküler maddenin kompozisyonu sistem veriminde oldukça önemlidir. Toplama levhaları yüzeyinde biriken toz kütlesi elektriksek iletkenliği etkiler. Özdirenç EF’lerde kullanılan önemli bir noktadır. Özdirenç PM’in elektriği iletme kabiliyetinin bir ölçüsüdür (ohm-cm) ve bu değer arttıkça elektrik iletme kabiliyeti azalır. EF’ler bir özdirenç aralığında dizayn edilebilirler. Ancak genellikle (108 to 1010 ohms-cm) aralığında en iyi performanstadırlar (Cooper 1990).
Bu değer aralığında olmayan partiküller, yapıları ve özelliklerine göre atık gaz akımı içine bazı kimyasallar(SO3, H2SO4, NH3, (NH4)2SO4, Trietilen amin ve H2O) eklenerek uygun özdirenç aralığına getirilirler
Islak Elektrostatik ayırıcılar
Islak elektrostatik ayırıcılar ESP’lerle benzer şekilde çalışırlar. Bu sistemlerde toplanan toz, toplayıcı yüzeylerinden uygun bir sıvının (genellikle su) fışkırtılması ile aralıklı ya da sürekli spreyleme ile alınır. Bu toplayıcılar toz kütlesi konvansiyonel tabakalarda yapışan ya da gaz akımındaki toz dışındaki komponentlerin girişim yaptığı durumlarda avantajlıdır. Sıvı akım ile daha etkin bir arıtım sağlanabilir. Bu tür sistemlerin uygulamaları daha çok yeni tesislerde ağır fuel-oil kulllanımlarında mevcuttur ve aerosol kontrol verimleri test edilmektedir.
· Torbalı filtreler
Torbalı filtreler gaz akımı içindeki partiküllerin dokunmuş elyaf filtreler yardımıyla tutulduğu sistemlerdir. Filtre malzemeleri bir metal kafes üzerine geçirilir ve tüp şeklindedir. Bu filtre ortamı yüzeyinde tutulan partiküller uygun yöntemlerle temizlenirler. Filtre malzemesini oluşturan elyaflar arasındaki boşluklar 50- 75 µm boyutlarında olmasına rağmen 1 µm ve daha küçük boyutlu partiküller yüksek verimle tutulabilirler. Bunun için temiz filtre elemanı yüzeyinde zamanla bir partikül keki oluşumu gereklidir.
Torbalar genellikle 3-9 m uzunluk ve 12,5-30 cm çapında silindirik malzemelerdir ve belirli sayıda torbadan oluşan gruplar halinde izole kompartmanlar halinde dizayn edilirler. İşletme koşulları torba malzemesine göre belirlenir.Poliolefin, nylon, akrilik ve polyester gibi malzemeler nispeten düşük(95-150 oC) sıcaklıklarda çalıştırılırken cam elyaflı, teflon veya Nomex malzemeli olan torbalar 500 oC’a kadar çalıştırılabilirler.
Torbalı filtrelerde toz tutma mekanizmaları çeşitlidir.Bunlar;
· Eylemsizlik – toz partikülleri gaz akımının yönünü değiştirmek yerine dikey filtre duvarlarına çarparak ilerler.
· Alıkonma – tozlar filtre yapısının gözenek büyüklüğünden dolayı gaz akımı sırasında filtrelere tutunurlar
· Brownian hareket – mikron altı partikülller filtreye difüz olurlar ve partikül ve toplama yüzeyi miktarını arttırırlar.
· Elektrostatik tutma – elektrostatik yük varlığında toz tutma verimi arttırılabilir.
Bu mekanizmaların kombinasyonu ile filtrede oluşan toz keki ile gaz akımına direnç sürekli olarak artar. Filtreler peryodik olarak temizlenmelidir.
Torbalı filtrelerin temel dizayn parametreleri
-Temizleme mekanizmaları
o Sallama/sarsma
o Ters hava
o Hava jetleri(pulse jet)
-Filtre boyutları
Hava/yüzey alanı oranı
Filtrasyon hızı
-Basınç Düşmesi
Fan gücü
Vakum/basınç oranı
-Torba Malzemesi
Malzeme özelliği
Dokuma özelliği
-Torba ömrü
Temizleme sıklığı
Gaz bileşimi
Giriş yapısı özellikleri
Temizleme Mekanizmaları
Sarsma: En eski temizleme mekanizması olup gaz akımı kesildikten sonra torbaların sarsılarak toz kekinin silkelenmesi sağlanır. Silkelenen tozlar altta yer alan toz toplama haznesine iletilir ve dışarı alınır. Torbalar bir taşıma çubuğuna asılıdırlar ve alt ağızları bir çerçeveye bağlanmıştır(Şekil 34). Temizleme amacıyla devreden çıkarılan filtre yerine yedekte tutulan temiz bir filtrenin devreye alınması gerekir. Bu sistemler küçük kapasiteli tesislerde tercih edilir.
Şekil 34. Sarsmalı Torbalı Filtre
Ters Hava ile temizleme:Bu sistemde torbalar ters taraftan verilen basınçlı hava ile temizlenir.Çok sayıda otomatik vana ve valfler yardımıyla belirli zaman aralıklarında toz kekine ters taraftan 10 -30 sn süre ile temiz hava verilir(Şekil 35).
Şekil 35. Ters Hava Akımı ile Temizlemeli Torbalı Filtre
Bu sistemin avantajı oldukça uzun torbaların kullanılmasına ve bu nedenle daha küçük filtre boyutlarına imkan vermesidir. Bu sistemde torbalar temizleme işleminde nispeten daha az hasar gördükleri için daha uzun ömürlü olurlar.
Hava Jeti(Pulse jet) ile temizleme: Etkili ve en yaygın kullanılan temizleme yöntemidir.Yüksek basınçlı hava(70-100 psi) çok kısa bir süre içinde bir darbe oluşturacak şekilde torba içine verilir(Şekil 36).
Şekil 36. Hava Jeti ile temizleme
Torbalı Filtre boyutlandırma
Hava miktarı/Torba yüzey alanı: Sarsmalı ve ters hava ile temizlemeli filtrlerde bu oran 0,5-0,7 m3dak-1/m2 ve hava jetli filtrelerde 2 m3dak-1/m2 olarak uygulanır.
Kutu hızı: Hava jetli filtrelerde önemli bir parametre olup yukarı yönlü hava hareketinin hızı olarak tanımlanır. Yüzeyden sökülen tozların kendi ağırlıkları ile çökelmesinde dikkate alınması gereken bir parametre olup 0,75-1,05 m/s değerini aşmamalıdır.
Islak Yıkayıcılar
Islak yıkayıcılar atomize edilmiş bir sıvı(genellikle su) damlacıkları ile gaz akımı içindeki partiküllerin çarpıştırılması ile partikülün daha büyük çapa sahip su damlacığı içine alınması ve böylece gaz akımından ayrılmasının sağlanmasına dayanan bir arıtma sistemidir. Su damlacığı içindeki partikül önce yıkayıcı yüzeyine buradan da bir sıvı akımı halinde yıkayıcı dışına alınır.Bu sistem ile 0,1 -20 µm boyut aralığındaki partiküller yüksek verimle tutulabilir.Partikül çapı küçüldükçe eylemsizlik kuvvetleri ve tutma verimi de hızla azalır. Dolayısı ile küçük partiküllerin tutma veriminin artırılması için sıvı damlacıklarının sayısı ve boyutlarının küçültülmesi gerekir ki bu da enerji maliyetlerinin ciddi oranda artırır. Bu nedenle 1 µm’den küçük çaplı partiküller için tutma verimi fazla yüksek değildir.
Islak yıkayıcılar partikülleri sıvı damlacıkları içinde yakaladıkları için partiküllerin kaçma şansı söz konusu olmaz. Bu sistem yüksek sıcaklıklı gazların aynı zamanda soğutulmasına da imkan verdiği için patlama riski olan gazların arıtılmasında avantajlıdır.
Islak yıkayıcılar partikül giderimi yanında bir kısım gaz formundaki kirleticilerinde giderilmesinde etkilidir. Böylece hem partikül hem de asidik gazlar aynı anda kontrol edilebilir.
Islak yıkayıcıların birçok tipi bulunmaktadır. Bunlar;Spreyleme kuleleri, siklonik spreyleme kuleleri, kendiliğinden spreylemeli kuleler, tepsili yıkayıcılar, venturi tipli yıkayıcılar ve venturi jetli yıkayıcılar olarak verilebilir.
Bazı ıslak yıkayıcı tipleri gaz formundaki kirleticilerin kontrolü kısmında verilmişti(Şekil 6 ve 7). Kendiliğinden spreylemeli kuleler(Şekil 37), tepsili yıkayıcılar(Şekil 38), venturi(Şekil 39) ve venturi jetli yıkayıcılar (Şekil 40) da verilmiştir.
Şekil 37. Kendiliğinden spreylemeli kuleler Şekil 38. Tepsili Kuleler
Şekil 39. Venturi Yıkayıcı Şekil 40. Venturi jetli yıkayıcılar
Islak yıkayıcıların partikül tutma verimleri ve diğer dizayn parametreleri Tablo 16 da verilmiştir.
Tablo 16. Islak Yıkayıcı Karakteristikleri
Karakteristik
Sprey kulesi
Siklonik sprey kulesi
Kendiliğinden spreylemeli kuleler
Tepsili kuleler
Veturili yıkayıcılar
Venturi jetli yıkayıcılar
Verim,%
90
95
90
97
95
92
Dp, µm
> 8
> 5
>2
>5
>0,2
>1,0
Hız, m/s
0,9-1,8
45-75
-
-
45-150
-
Nozul basıncı, atm
2,45-2,8
-
-
-
-
2,8-8,4
Basınç kaybı, cm SS
2,5-10
10-20
20-30
20-30
-
5-10
Sıvı/gaz oranı, lit/1000 m3
1500-3000
450-900
75
300-450
450-1500
4500-12000
Enerji ihtiyacı, HP/1000 m3saat
0,30-1,35
0,62-1,86
1,35-2,7
1,35-3,33
1,85-7,4
-
Düşen bir su damlacığının partikül giderme kapasitesi Şekil 41 de görülmektedir.
Şekil 41. Bir sprey kulesinde düşen bir sıvı damlacığının partikül giderme veriminin değişimi