Bolu tünel havasının ve yol tozunun elementel/organik karbon ve pah kompozisyonu
Elementel-organic carbon and pah composition of Bolu tunnel atmosphere and road dust
Yazar: FİKRİYE TUĞÇE DEMİR
Danışman: PROF. DR. DURAN KARAKAŞ
Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Organik karbon = Organic carbon ; Poliaromatik hidrokarbonlar = Polyaromatic hydrocarbons

Özet:
Türkiye'nin karayolu ağının Edirne–İstanbul–Ankara eksenindeki otoyol üzerinde yer alan Bolu Dağı Tüneli'nde PUF örnekleyicilerle toplanan hava örneklerinde, Elementel ve Organik Karbon (EK ve OK) ile partikül ve gaz fazında A.B.D. Çevre Koruma Ajansı'nın (USEPA) öncelikli kirleticiler listesindeki 16 PAH bileşiği tayin edilmiştir. Çalışma sonunda; 16 öncelikli PAH bileşikleri, Elementel Karbon (EK) ve Organik Karbon (OK) için trafik kaynaklı Emisyon Faktörleri (EF) hesaplanmıştır. Emisyonların mevsimsel değişimini görebilmek için yaz ve kış olmak üzere örneklemeler iki mevsimde yapılmıştır. Birinci örnekleme (kış sezonu) 24 Şubat-02 Mart 2014 tarihleri arasında, ikinci örnekleme (yaz sezonu) ise 02-04 Haziran 2014 tarihleri arasında yapılmıştır. Çalışmada ayrıca yol tozu örnekleri de toplanmış ve EK-OK, partikül ve gaz fazı PAH bileşikleri için analizlenmiştir. OK-EK analizleri, Sunset marka OK-EK analizörü kullanılarak NIOSH 870 protokolü ile yapılmıştır. Partikül ve gaz fazındaki PAH analizleri ise, sokslet ekstraksiyon tekniği kullanılarak ekstrakt edildikten sonra, temizleme kolonundan geçirilip HPLC-DAD ile tayin edilmiştir. 
Kış sezonunda tünel girişinde ölçülen ortalama OK ve EK derişimi sırasıyla 14,2 ± 12,8 µg/m3 ve 16,3  ± 6,83 µg/m3, tünel çıkışında ise 41,3 ± 15,6  µg/m3 ve 68,4  ± 23,1 µg/m3 olarak bulunmuştur. Yaz sezonunda ise tünel girişinde ölçülen ortalama OK ve EK derişimleri sırasıyla 18,1 ± 10,1 µg/m3 ve 22,4 ± 8,7 µg/m3, tünel çıkışında ise 63,2 ± 17,9 µg/m3 ve 88,0 ± 27,5 µg/m3 olarak bulunmuştur. Ayrıca OK'ların TSP konsantrasyonlarına olan katkısı kış örneklemelerinde % 25,1 ± 7,3; yaz örneklerinde ise % 23,8 ± 7,5 olarak hesaplanmıştır. EK katkıları ise kış örneklerinde % 41,9 ± 12,0 ve yaz örneklerinde de % 37,2 ± 11,5 olarak belirlenmiştir. Yaz mevsiminde en yüksek konsantrasyona sahip PAH bileşikleri sırasıyla fenantren, antrasen ve piren; kış mevsiminde floren, fenantren ve piren olarak hesaplanmıştır. PAH konsantrasyonları (IP/(IP+ BghiP)) tanımlama oranı kış mevsiminde 0,36; yaz mevsiminde ise 0,42 olarak hesaplanmıştır. Bu oranlara bakılarak her iki sezonda da dizel araçların daha baskın olduğu söylenebilmektedir.
OK-EK Analizör sisteminin özelliği nedeniyle OK pikleri sıcaklık farkına göre OK1, OK2, OK3 ve OK4 olarak ayrılmaktadır. Bu OK pikleri 15 PAH bileşiği (naftalin hariç) ile ilişkilendirilmiştir. Bunun sonucunda asenaftilen, asenaften ve floren toplamının OK1 piki ile yüksek korelasyona (r=0,85) sahip olduğu görülmüştür. Fenantren, antrasen, floranten, piren, benzo(a)antrasen ve krizen bileşiklerinin toplamı ile OK2 piki incelenmiş ve r=0,85 olarak bulunmuştur. OK3 piki ile benzo(b)floranten, benzo(k)floranten, benzo(a)piren, indeno(1,2,3,c-d)piren, dibenzo(a,h)antrasen ve benzo(g,h,i)perilen bileşiklerinin konsantrasyonlarının toplamı ilişkilendirilmiş ve r = 0,87 olarak bulunmuştur.
Tünelinde içerisinde hesaplanan taşıt kaynaklı OK ve EK emisyon faktörleri (EF), araç başına her bir kilometre için miligram olarak, kış döneminde daha düşük (EFOK: 36,9 ± 16,1; EFEK:  62,7 ± 22,7), yaz döneminde daha yüksek (EFOK: 55,3 ± 9,9; EFEK:75,8 ± 28,27) görülmektedir. PAH bileşikleri içinde emsiyon faktörleri belirlenmiş ve yüzde dağılımları incelenmiştir. Buna göre gaz fazında PAH bileşiklerinden fenantren, floren ve piren kış mevsiminde daha baskın olurken, yaz mevsiminde fenantren, antrasen ve piren bileşikleri baskın olmuştur. Partikül fazı PAH bileşiklerinden fenantren ve floren kış mevsiminde daha baskın olurken, benzo(k)floranten ve benzo(a)piren yaz mevsiminde daha baskın bileşiklerdir.
Yol tozu örneklerindeki OK, EK ve PAH kakıları sırasıyla % 11,4 ± 0,26; % 1,91 ± 0,31; % 0,25 ± 0,12 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca yol tozu örneklerindeki en yüksek konsantrasyona sahip PAH bileşikleri sırasıyla benzo(k)floranten, piren, benzo(a)antrasen ve floranten olarak tespit edilmiştir. Literatür değerlerine göre Bolu tünelindeki yol tozu PAH kompozisyonunun daha yüksek konsantrasyon değerlerine sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
Tunnel air samples were collected by using PUF samplers in the Bolu Mountain Tunnel located on the highway in the axis of Edirne-Istanbul-Ankara on the road network of Turkey; Concentrations of Elemental and Organic Carbons (EC and OC) and particulate and gas phase US-EPA priority polltant PAH compounds were determined at the entrance and the exit of the tunnel. At the end of the study; Emission Factors (EF) were calculated for 16 priority PAH compounds and Elemental Carbon (EC) and Organic Carbon (OC). In order to examine the seasonal changes of emissions, two sampling surveys were performed, namely in summer and winter seasons. The first sampling (winter season) was done between February 24 and March 02, 2014 and the second sampling (summer season) was done between June 02 and June 04, 2014. In addition road dust samples were also collected and analysed for particulate and gas phase PAHs and EC-OC to determine the road dust contributions. OC-EC determinations were performed by using the NIOSH 870 protocol by a Sunset OC-EC analyzer. Particulate and gas phase PAHs were determined by HPLC-DAD after soxhelet extraction technique and celan-up columns.
The average OC and EC concentrations measured at the entrance of the tunnel during the winter season were 14.2 ± 12.8 μg/m3 and 16.3 ± 6.83 μg/m3 respectively, at the exit of the tunnel 41.3 ± 15.6 μg/m3 and 68.4 ± 23.1 μg/m3, respectively. In the summer season, average OC and EC concentrations measured at the entrance of the tunnel were 18.1 ± 10.1 μg/m3 and 22.4 ± 8.7 μg/m3, respectively, and at the exit of the tunnel the average concentrations were 63.2 ± 17.9 μg/m3 88.0 ± 27.5 μg/m3, respectively. Furthermore, the contribution of OC to TSP concentrations was 25.1 % ± 7.3 % in winter samples, 24 ± 7.5 % in summer samples. The contribution of EC to TSP was 42 ± 12 % for winter season and 37 ± 12 for summer season. In summer season, the most abundant PAH compounds were phenanthrene, anthracene and pyrene, in winter season the most frequently observed PAH compounds were fluorene, phenanthrene and pyrene.
The output of the OC-EC Analyzer system contains four OC peaks and reported as  OK1, OK2, OK3 and OK4 depending on the temperature program in the analysis protocol. These OK peaks were associated with the sum of PAH compounds which were classified with respect to their ring numbers. As a result of summer season, the sum of acenaphthene, acenaphthylene, and fluorene appears to have a high correlation (r = 0.85) with OK1 peak. OK2 peak had significant correlation with the sum of phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, benz[a]anthracene and chrysene compounds were investigated and calculated as r=0.85. The sum of benzo[b]fluoranthene,  benzo[k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, indeno[1,2,3-cd]pyrene, dibenzo[a,h]anthracene and benzo(g,h,i)perylene compounds showed strong correlation with OC3 peak (r = 0.87). 
As a result; in winter season phenanthrene, fluorene and pyrene were found as the most abundant gaseous PAHs compunds while phenanthrene, anthracene and pyrene were the highest ones in summer season. Fort he particulate phase PAH compounds phenanthrene and fluorene were found as the most abundant compunds while benzo[k]fluoranthene and benzo[a]pyrene compounds were the highest in summer season.
The contribution of OC, EC and PAHs to road dust were determined as 11.4 ± 0.26 %; 1.91 ± 0.31 %; 0.25 ± 0.12 %, respectively. Benzo[k]fluoranthene, pyrene, benz[a]anthracene and fluoranthene were found to have the highest concentration PAHs. PAH concentrations determined from tunnel road dust were higher than the literature values.