Hayvan barınaklarında hava kirleticilerinin karakterizasyonu
Characterization of air pollutants in animal barns
Yazar: İLKER KILIÇ
Danışman: PROF. DR. İSMET ARICI
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Amonyak = Ammonia ; Hayvan barınakları = Animal housisng

Özet:
Bu çalışmada, Bursa bölgesinde bulunan broyler ve yumurta tavuğu kümesleri ile süt sığırı barınaklarının iç ortamında, gaz ve partiküler madde konsantrasyonlarının belirlenmesi, barınaktan atmosfere olan salımların ortaya konması ve bu salımların tahminlenmesini sağlayacak Bursa bölgesine özgü salım modellerin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu amaçla, her hayvan türünden seçilen 3 adet barınakta, kış ve yaz dönemlerinde bir yıl süreyle 4 gün boyunca 24 saatlik sürekli ölçümler yapılmıştır. İncelenen hayvan barınaklarında, NH3, H2S, CH4, CO2 ve partiküler madde gibi kirleticilerin konsantrasyonları ile sıcaklık, bağıl nem ve havalandırma oranı gibi iç ortam çevre koşulları belirlenmiştir. Elde edilen verilerden yararlanarak, hayvan barınaklarından kaynaklanan kirletici salımları hesaplanmıştır. Kış dönemi çalışmaları Aralık 2008-Mart 2009 tarihlerinde, yaz dönemi çalışmaları ise Haziran-Eylül 2009 tarihleri arasında yürütülmüştür. Çalışmada ayrıca iç ortam çevre koşulları ile kirletici konsantrasyonu ve salımı arasındaki ilişki ortaya konulmaya çalışılmış, bölge için uygulanabilecek regresyon eşitlikleri ile salım faktörleri belirlenmiştir.Çalışmada, ortalama NH3, H2S, CH4, CO2 ve PM konsantrasyonları broyler kümeslerinde sırasıyla, 19,59 ppm, 20,33 ppb, 9,05 ppm, 1.726 ppm ve 0,91 mg/m3, yumurta tavuğu kümeslerinde sırasıyla, 5,93 ppm, 14,05 ppb, eser miktar, 790 ppm ve 0,18 mg/m3, süt sığırı ahırlarında sırasıyla 1,52 ppm, 53,87 ppb, 28,63 ppm, 328 ppm, 0,04 mg/m3 olarak belirlenmiştir. İncelenen barınaklarda kirletici konsantrasyonları hayvan türüne, mevsimlere ve gün durumuna göre önemli farklılıklar göstermiştir (P<0.01 ve P>0.05). Belirlenen konsantrasyon değerleri, hayvan sağlığı açısından barınakta izin verilebilecek maksimum konsantrasyonların altında gerçekleşmiştir. İncelenen hayvancılık işletmelerinde elde edilen NH3, H2S ve PM konsantrasyonları OSHA, NIOSH ve ACGIH gibi kuruluşların hayvan barınaklarında çalışan işçi sağlığı için önerdiği sınır değerlerinin altında yer almaktadır.İncelenen barınaklardan kaynaklanan NH3, H2S, CH4, CO2 ve PM salım değerleri, broyler kümesleri için 630 g/h, 2,10 g/h, 9,22 g/h, 141 kg/h ve 7,6 g/h, yumurta tavuğu kümesleri için 58 g/h, 0,67 g/h, eser miktarda, 24 kg/h ve 4,9 g/h ve süt sığırı ahırları için 44 g/h, 3,7 g/h, 634 g/h, 28 kg/h, 1,26 g/h olarak belirlenmiştir. Kirletici salımları hayvan türüne, mevsimlere ve gün durumuna göre önemli farklılıklar göstermiştir (P<0.01 ve P>0.05). Çalışmada NH3, H2S, PM için elde edilen salım oranları, gerek ABD, EPA tarafından gerekse AB tarafından belirlenen izin verilebilir maksimum salım oranlarına uygun bir seyir izlemiştir. Ancak hayvan sayısı ve birim alanda barındırılan hayvan sayısının yüksek olduğu işletmelerde gaz ve PM kirletici salımları ABD ve AB'deki büyük işletmelerden elde edilen sonuçlara paralel değerlerin elde edilmesi beklenebilir.Barınak iç ortam koşulları ile kirletici konsantrasyonu ve salımları arasındaki ilişkiler incelendiğinde, broyler kümeslerinde H2S, CH4 ve PM , yumurta tavuğu kümeslerinde H2S ve PM, süt sığırı ahırlarında CH4, CO2, PM konsantrasyon ve salımları için, istatistiksel olarak önemli düzeyde bulunmuştur (P<0.01, P<0.05).Çalışma sonuçları ışığında, hayvan barınaklarından kaynaklanan kirletici gaz ve PM salımları için Bursa bölgesine özgü salım faktörleri oluşturulmuştur. Buna göre, NH3, H2S, CH4, CO2 ve PM, broyler kümesleri için sırasıyla 0,68 g/gün.tavuk, 0,96 mg/gün.tavuk, 0,62 mg/gün.tavuk, 331 g/gün.tavuk ve 16 mg/gün.tavuk, yumurta tavuğu kümeslerinde 0,20 g/gün.tavuk, 1,4 mg/gün.tavuk, 72 g/gün.tavuk, 11 mg/gün.tavuk, süt sığırı ahırlarında ise 0,09 g/gün.BHB, 0,007 mg/gün.BHB, 1,3 g/gün.BHB, 60 g/gün.BHB ve 2,6 mg/gün.BHB olarak belirlenmiştir. Bu faktörlerin ışığında Bursa bölgesinde faaliyet gösteren hayvan barınaklarından kaynaklanan NH3, H2S, CH4, CO2 ve PM salımlarını barınak iç ortam sıcaklık ve bağıl nem değerleri ile havalandırma miktarı ve hava hızına bağlı olarak tahminlemek mümkün olabilir.

Abstract:
The determination of gas and particulate matter concentrations and emissions in broiler and layer houses and dairy barns located in Bursa region and development of emission models for Bursa region was aimed in this study. In order to measure air pollutant emissions from these barns, three broiler and layer houses and dairy barns were selected. The measurements of NH3, H2S, CH4, CO2 and particulate matter concentrations and indoor environmental conditions such as temperature, relative humidity and airflow were conducted 24 h continuously for four days throughout a winter and summer seasons. The air pollutant emissions from these barns were calculated using pollutant concentration and airflow data. Summer period of study was conducted between June and September 2009, while winter measurements were conducted between December 2008 and March 2009. In this study, relationship between indoor environmental conditions and pollutant concentrations and emissions were also tried to reveal and regressions equations and emission factors were obtained for the Bursa region.The average daily means of NH3, H2S, CH4, CO2 and PM concentrations were measured as 19,59 ppm, 20,33 ppb, 9,05 ppm, 1,726 ppm and 0,91 mg/m3 for broiler houses, 5,93 ppm, 14,05 ppb, trace amounts, 790 ppm and 0,18 mg/m3 for layer houses and 1,52 ppm, 53,87 ppb, 28,63 ppm, 328 ppm and 0,04 mg/m3 for dairy barns. The pollutants concentrations in these barns were varied significantly based on animal species, seasons and day time (P<0.01, P<0.05). For animal health, obtained concentrations of pollutants were lower than permissable concentrations of same pollutants in barn. The NH3, H2S and PM concentrations for all animal barns were lower than the limit concentrations which were recommended by OSHA, NIOSH and ACGIH for worker health.The average hourly means of NH3, H2S, CH4, CO2 and PM emissions were 630 g/h, 2,10 g/h, 9,22 g/h, 141 kg/h and 7,6 g/h for broiler houses, 58 g/h, 0,67 g/h, trace amounts, 24 kg/h and 4,9 g/h for layer houses and 44 g/h, 3,7 g/h, 634 g/h, 28 kg/h and 1,26 g/h for dairy barns, respectively. The pollutant emissions from barns showed considerable seasonal, diurnal variations and also the differences among emissions from animal species were significant (P<0.01 and P>0.05). The NH3, H2S, PM emission rates for all sites were lower than US EPA and EU standards. The gas and PM emissions from barns which have high capacity and density may be expected in parallel with emissions rates obtained from barns in USA and EU.It was determined that indoor environmental conditions affected significantly concentrations and emissions of H2S, CH4 ve PM for broiler houses, H2S and PM for layer houses and CH4, CO2 and PM for dairy barns (P<0.01, P<0.05).The emission factors of NH3, H2S, CH4, CO2 and PM for the Bursa region were determined as 0,68 g/ d.hen, 0,96 mg/ d.hen, 0,62 mg/d.hen, 331 g/ d.hen and 16 mg/ d.hen, respectively for broiler houses, 0,20 g/ d.hen, 1,4 mg/ d.hen, 72 g/ d.hen and 11 mg/ d.hen, respectively for layer houses and 0,09 g/d.AU, 0,007 mg/ d.AU, 1,3 g/ d.AU, 60 g/ d.AU and 2,6 mg/ d.AU for dairy barns, respectively. In light of these factors, it can be possible to estimate that NH3, H2S, CH4, CO2 and PM emissions from animal barns in Bursa region based on indoor temperature, relative humidity values, ventilation rate and air speed.