İstanbul'daki solunabilir partikül maddenin boyut dağılımının istatistiksel analizi
Statistical analysis of size distribution of respirable particulate matter in Istanbul
Yazar: KRISTINA SCHERBAKOVA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜLKÜ ALVER ŞAHİN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Hava kalitesi = Air quality ; Hava kirleticiler = Air pollutants ; Hava kirliliği = Air pollution ; İstatistik = Statistics

Özet:
Partikül maddenin insan sağlığı üzerindeki etkisi PM'nin boyutu ve kimyasal içeriğine bağlıdır. Bu çalışmanın amacı, İstanbul'un 5 ayrı noktasında solunabilir partikül maddenin boyut dağılımının belirlenmesidir. PM'nin boyut dağılımında kaynak etkisini belirlemek için örneklemeler İstanbul'un farklı bölgelerinde (yerleşim, trafik, endüstriyel, kırsal) gerçekleştirilmiştir. PM örneklemesi Andersen 8-kaskatlı toplayıcı ile, Temmuz 2008 ? Nisan 2010 tarihleri arasındaki periyotta her istasyondan 7±2 gün olarak yapılmıştır. Ölçülen PM boyut aralıkları: <0,43 µm, 0,43-1 µm, 1-1,7 µm, 1,7-2,6 µm, 2,6-3,5 µm, 3,5-5,2 µm, 5,2-6,5 µm 6,5-8 µm ve >8 µm'dir. PM örnekleri Quartz fiber filtreler üzerine toplanmıştır. PM kütlesel konsantrasyonları gravimetrik olarak standart oda koşullarında belirlenmiştir.Yapılan ölçümlerde Askıda Partikül Maddenin (APM) en yüksek (50,16 µg/m3) ve en düşük (16,93 µg/m3) ortalama konsantrasyonu sırasıyla Göztepe ve Kilyos'ta belirlenmiştir. Şehir arka planı olarak seçilen Kilyos'a oranla Beşiktaş'ta 2 kat, Rasathane'de 1,3 kat Avcılar'da 1,5 kat ve Göztepe'de 3 kat fazla APM konsantrasyonu gözlenmiştir. Boyut dağılım analizi sonucu PM'nin boyut dağılımının en iyi bi-modal yapı ile temsil edildiği belirlenmiştir. Özellikle Beşiktaş, Avcılar ve Göztepe istasyonlarında ince tozların frekansında kışın yaza oranla yaklaşık 2 ile 3 kat artış gözlenmiş buna karşın kaba tozların frekansında yarı yarıya bir azalış gözlenmektedir. >1 µm boyutlu PM'nin kümülatif boyut dağılımı çıkarılmış ve Ortalama Kütlesel Aerodinamik Çap (dp50) ve Geometrik Standart Sapma (GSD) değerleri hesaplanmıştır. Dp50 değeri hem yaz hem de kış en düşük Rasathane'de (sırasıyla 3,53 ve 1,68 µm) en yüksek ise Kilyos'ta (sırasıyla 5,19 ve 4,99 µm) hesaplanmıştır. Genel olarak tüm istasyonlarda antropojenik kaynakların etkisi ile kış örneklerinde ortalama çap yaza oranla düşüktür.Kümülatif dağılım denklikleri kullanılarak 8 farklı boyutta örneklenen PM'ler kıyaslama yapmak üzere uluslar arası standart parametrelere (PM10, PM2.5 ve PM1) dönüştürülmüştür. PM10 konsantrasyonları hiçbir örnekleme noktasında ülkemiz, sınır değerinin üzerine çıkmamıştır. Ancak Göztepe'de ve Beşiktaş'ta toplanan PM10 ve PM2,5 konsantrasyonlarının Dünya Sağlık Örgütü sınır değerini aştığı görülmektedir. PM1 için tanımlanmış bir standart olmayıp sağlık riski en yüksek PM boyutunu oluşturmaktadır. Son yıllarda PM konusunda yapılan çalışmalarda PM1 önemli bir yer tutarken ülkemizde bu konuda yapılmış bir çalışmaya rastlanamamıştır. Bu çalışma kapsamında belirlenen PM1 konsantrasyonları PM2,5'un yaklaşık %30-40'ını oluşturmaktadır.Bu çalışmada incelenen İstanbul genelindeki solunabilir PM'nin, boyut dağılım analizi ve kaynak irdelemesi PM'nin hem doğal hem de antropojenik kaynaklardan oluştuğunu göstermiş ve bölgesel farklılıkların atmosferik PM konsantrasyonunda belirleyici olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
The effect of particulate matter on human health depends on size and chemical content of PM. The aim of this work is to determine size distribution of inhalable airborne particulate matter collected at 5 sites in the city of Istanbul. In order to determine the effects of source in PM size distribution studies were provided in several unidentical regions (urban, traffic, suburban and industrial). The particulate matter was measured between July 2008 and April 2010 with an Anderson 9-stage cascade impactor. The samplers time was 7±2 days at each station. Size ranges measured under the study: <0,43 µm, 0,43-1 µm, 1-1,7 µm, 1,7-2,6 µm, 2,6-3,5 µm, 3,5-5,2 µm, 5,2-6,5 µm 6,5-8 µm and >8 µm. Quartz fiber filters were used as impaction substrates. The collected PM mass was determined gravimetrically in stable temperature and humidity condition .According to the measurements of total suspended particulate matter (TSP), the highest (50,16 ?g/m3) and lowest (16,93 ?g/m3) mean concentrations were determined at Göztepe and Kilyos relatively. Relatively to the Kilyos, selected as the background of the city, the following relations of other concentrations were observed: two times higher in Beşiktaş, 1,3 times in Rasathane, 1,5 times in Avcılar, and three times higher concentration of TSP in Göztepe. The results of analysis of size distribution indicated that the size distribution of TSP shows a bi-modal structure. Especially at the Beşiktaş, Avcılar and Göztepe stations the increase in frequencies of fine particles in about 2 and 3 times was observed in the wintertime compared to the summertime, in the contrast, frequency of coarse particles decreased at half. Cumulative size distribution of PM>1 ?m size was obtained and Mass Median Aerodynamic diameter (dp50) and Geometric Standard Deviation (GSD) were calculated. The lowest values of dp50. either in summertime or in wintertime were found in Rasathane (3,53 and 1,68 microns respectively), whilst the highest values were calculated in Kilyos (5,19 and 4,99 microns respectively). In general, under affects of anthropogenic sources over all stations the average diameter in wintertime samples is lower than in summertime ones.Using cumulative distribution equivalence, PM sampled at different 8 sizes were converted into international standard parameters (PM10, PM2,5 ve PM1). Concentrations of PM10 in our country have not exceeded the limit value at any sample point. Only in concentrations of PM10 and PM2,5 collected at Göztepe and Beşiktaş stations values exceeding the minimum value provided by the World Health Organization are observed. While not being a well-known standard, PM1 constitutes the highest risk for human health among other PM. While in studies of PM made in recent years has not been provided in Turkey yet. PM1 concentrations determined under this study constitute approximately 30-40% of PM2,5.Inhalable PM?s size distribution analysis and source examining, studied under this work, showed that PM size distributions are caused by a combination of processes including local anthropogenic and natural sources and determined regional differences as decisive factor for atmospheric PM