Zonguldak kentsel atmosferinde partikül madde boyut dağılımı ve ağır metal bileşenleri
Particle matter size distrubition in Zonguldak urban atmosphere and heavy metal components
Yazar: EREN KARAKAVUZ
Danışman: PROF. DR. YILMAZ YILDIRIM
Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, basamaklı ayrıştırıcı (cascade impactor) ile örnekleme yapılarak Zonguldak ilinde atmosferik partikül maddelerin (PM) boyutlarına göre konsantrasyonlarının hesaplandı, partikül madde ağır metal ve iyon içeriklerinin belirlendi.
Tez çalışmasında Ocak 2015-Ocak 2016 tarihleri arasındaki dönemde basamaklı ayrıştırıcı ile örneklemeler yapılmış ve gravimetrik analizler sonucunda; Örnekleme Noktası 1 (evsel kaynaklı kirlilik noktası) için; PM10 konsantrasyonu 142,98 µg/m3, PM2,5 konsantrasyonu 89,07 µg/m3 ve PM1 konsantrasyonu 58,60 µg/m3 olarak hesaplanmıştır. Örnekleme Noktası 2 (trafik kaynaklı kirlilik noktası) için; PM10 konsantrasyonu 105,47 µg/m3, PM2,5 konsantrasyonu 79,69 µg/m3 ve PM1 konsantrasyonu 49,22 µg/m3 olarak hesaplanmıştır. Örnekleme Noktası 3 (endüstri kaynaklı kirlilik noktası için) ise; PM10 konsantrasyonu 93,88 µg/m3, PM2,5 konsantrasyonu 69,02 µg/m3 ve PM1 konsantrasyonu 52,46 µg/m3 olarak hesaplanmıştır. Evsel kaynaklı kirlilik noktası için; kütlesel olarak kaba partikül yüzdesi 37,7 iken ince partikül yüzdesi 62,3 olarak hesaplanmıştır. Trafik kaynaklı kirlilik noktası için; kütlesel olarak kaba partikül yüzdesi 24,55 iken ince partikül yüzdesi 75,45 olarak hesaplanmıştır. Endüstri kaynaklı kirlilik noktası için ise kütlesel olarak kaba partikül yüzdesi 26,47 iken ince partikül yüzdesi 73,53 olarak hesaplanmıştır.
Toplanan örneklerle ICP-MS ile Al, Cu, Zn, Mo, Ag, Cd, Hg, Pb, Cr, Fe ve Ni elementleri için analiz yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda evsel kirlilik kaynağında ağır metallerin kütlesel olarak kaba modda %76,38, ince modda ise %23,62 oranında olduğu hesaplanmıştır. Trafik kaynaklı kirlilik noktasında ağır metallerin kütlesel olarak kaba modda %54,77, ince modda ise %45,23 oranında olduğu hesaplanmıştır. Endüstri kaynaklı kirlilik noktasında ise ağır metallerin kütlesel olarak kaba mod oranı %48,73, ince mod oranı ise %51,27 olarak hesaplanmıştır.
Ayrıca IC yardımıyla analizi yapılan örneklemelerde; nitrat (NO3-), sülfat (SO4-2), sodyum (Na), potasyum (K), magnezyum (Mg) ve kalsiyum (Ca) iyonları için konsantrasyon değerleri ve kütlesel olarak kaba ve ince fraksiyon değerleri bulunmuştur. Evsel kirlilik kaynağında kütlesel olarak ince modda %65, kaba modda %35 oranında iyon dağılımı gözlemlenmiştir. Trafik kaynaklı kirlilik noktasında ise ince modda %60, kaba modda ise %40 oranında iyonların dağıldıkları gözlemlenmiştir.
Genel anlamda her üç bölgede yapılan örnekleme ve analiz sonuçları incelendiğinde ince modda bulunan partikül yüzdesi kaba moddan daha fazladır. Pearson korelasyon testi ile ağır metal ve iyonlar arasında ilişkilendirme yapılmıştır. Fe hariç tüm elementler ve iyonlar arasında pozitif bir ilişki tespit edilmiştir. Bu ilişki, Cu, Mo, Ag, Cd, Pb ve Ni elementleri için pozitif ve yüksek derecede (≈0,850) güçlü bir ilişki olurken Hg, Cr ve Fe elementleri için pozitif ve orta derecede (≈0,650) güçlü bir ilişki olarak tespit edilmiştir. Durum iyonlar açısından değerlendirildiğinde ise nitrat iyonu Zn hariç (-0,774) tüm element ve iyonlar ile pozitif ve orta derecenin üzerinde güçlü (≈0,700) bir ilişki ortaya koymuştur. Sülfat, Zn hariç (-0,100) tüm element ve iyonlar ile pozitif ve yüksek derecede güçlü (≈0,800) bir ilişki ortaya koymuştur.

Abstract:
In this thesis, concentrations of atmospheric particulate matter in Zonguldak province were calculated by cascade impactor sampling and heavy metal and ion content of particulate matters were determined.
In thesis study, samples were collected by 8 stage non-viable cascade impactor between January 2015-January 2016 and as a result of gravimetric analysis; for Sampling Point 1 (domestic pollution) PM10 concentration was 142,98 µg/m3, PM2,5 concentration was 89,07 µg/m3 and PM1 concentration was 58,60 µg/m3.  Concentrations at Sampling Point 2 (traffic pollution) were; PM10 concentration 105,47 µg/m3, PM2,5 concentration 79,69 µg/m3 and PM1 concentration 49,22 µg/m3. Concentrations at Sampling Point 3 (industrial pollution) were; PM10 concentration 93,88 µg/m3, PM2,5 concentration 69,02 µg/m3and PM1 concentration 52,46 µg/m3 respectively. While coarse particule mass fraction for domestic pollution was %37,7, fine particule mass fraction was %62,3. For traffic pollution, coarse particule mass fraction was %24,55 and fine particule mass fraction was %75,45. Coarse particule mass fraction at industrial pollution sampling point was %26,47 and fine particule mass fraction was %73,53.
After gravimetric analysis, Al, Cu, Zn, Mo, Ag, Cd, Hg, Pb, Cr, Fe and Ni were analysed using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). As a result of analysis; heavy metal mass fraction for domestic pollution in coarse mode was %76,38 and heavy metal mass fraction in fine mode was %23,62. For traffic pollution, coarse mode mass fraction was %54,77 and fine mode mass fraction was %45,23. Coarse mode mass fraction at industrial pollution sampling point was %48,73 and fine mode mass fraction was %51,27.
Furthermore, in samples analyzed by ion chromotography (IC), concentrations and coarse-fine mode mass fractions were calculated for nitrate, sulfate, sodium, potassium, magnesium and calcium ions. Coarse mode mass fraction for domestic pollution was %65 and fine mode was %35. Coarse mode mass fraction for traffic pollution was %40 and fine mode was %60.
In general, when the sampling and analysis results in all three regions were examined, the percentage of particles in fine mode (≈%60) is higher than in coarse mode (≈%40). Correlation between heavy metals and ions were investigated using Pearson Correlation Test. Positive correlation were found between heavy metals and ions except Fe. While this correlation was positive and high (≈0,850) for Cu, Mo, Ag, Cd, Pb and Ni elements, correlation was positive and medium (≈0,650) for Hg, Cr and Fe elements. For ions, nitrate was correlated positive and above medium (≈-0,774) with all ions except Zn. Sulphate was correlated positive and high (≈-0,100) with all ions except Zn.