Antalya kent atmosferindeki toz miktarının geliştirilen örnekleme yöntemi ile belirlenmesi
Determination of dust in the urban atmosphere of Antalya using a developed sampling method
Yazar: AHMET MUSTAFA TEPE
Danışman: DOÇ. DR. GÜRAY DOĞAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışma partiküler maddeye (PM) bağlı metal örneklemesinde kullanılan konvansiyonel yönteme, düşük hacimli ve doğa tabanlı alternatif yaratmak amacıyla bir örnekleyici geliştirilmesi ve bunun performansının konvansiyonel sistemlerle birlikte kentsel bir atmosferde denenmesi üzerine kurulmuştur. Bu kapsamda konvansiyonel yöntemdeki filtrenin yerine biyo-materyal olarak karayosunu kullanılmıştır. Geliştirilen örnekleyici konvansiyonel yöntemde belirli bir hacim çekişinde ön impaktör görevi görerek 10 µm aerodinamik çapa sahip partiküler maddeden (PM10) büyük partikülleri örnekleme alanının dışında tutmakta ve örnekleme yerindeki rüzgâr ile taşınan partikülün enerjisini kullanmaktadır. Geliştirilen örnekleyici yüzeyindeki hava direnci kaynaklı enerji düşüşünü dengelemek ve örnekleyici içerisinde kısmi bir negatif basınç oluşturmak için küçük bir fan kullanılmıştır.
Tez kapsamında laboratuvar ortamında yetiştirilmesi hedeflenen karayosunu kullanılması hedeflenmiş olsa da kontaminasyon sebebiyle bu işlem başarısız olmuş; B planı olarak doğada kendiliğinden yetişen karayosunları temin edilmiş ve bu karayosunları ön işlemden geçirildikten sonra örnekleyicinin içerisine yerleştirilmiştir.
Geliştirilen cihazlar tez kapsamında Antalya kent merkezinde iki ayrı kampanya periyodunda 8 aylık bir süreçte (her biri bir ay olmak üzere 8 ayrı örnekleme döneminde) kullanılmıştır. Aynı dönemde konvansiyonel cihazlar ile birinci kampanya periyodunda (21/09/2021-21/12/2021) her gün bir PM2.5 ve bir PM2.5-10 örneği toplanmıştır. İkinci kampanya periyodunda (19/01/2022-19/06/2022) ise konvansiyonel örnekleyiciler ile her üç günde bir kesintisiz 72 saat olacak şekilde bir PM2.5 ve bir PM2.5-10 örneği toplanmıştır. Birinci kampanya periyodunda toplanan örneklerin elementel analizleri ODTÜ Merkezi Laboratuvarı'nda, ikinci kampanya periyodunda toplanan örneklerin analizleri ise IYTE Tümleşik Araştırma Merkezlerinde ICP-MS ve ICP-OES cihazları ile yapılmıştır. Mevsimsel geçişlerdeki kirletici kaynaklarının etkisini incelemek için ikinci kampanya periyodunda toplanan örneklerin sadece 21/03/2022 ile 19/06/2022 tarihleri arasındaki üç aylık dönemde toplanan kısmı analiz edilmiştir.
İlk kampanya dönemi sonuçları incelendiğinde doğadan toplanarak ön işlemden geçirilen karayosunlarının maruz kaldıkları topraktan ayrıştırılamamasından dolayı sonuçlar konvansiyonel sistemlerden farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. İkinci kampanya dönemindeki son iki örnekleme sürecinde karayosunlarının ön yıkama prosedürü geliştirilmiştir. Ancak yıkama işlemindeki değişikliklerin sonuçlara olumlu olarak yansımadığı gözlenmiştir. Genel olarak Na ve As gibi bazı elementlerin konsantrasyon değişimlerinde konvansiyonel ve geliştirilen örnekleme sistemleri sonuçları arasında benzerlikler tespit edilmiştir. Yapılan toprak zenginleştirme faktörü ve kaynak belirleme analizlerinde, karayosunlarının toprak kökenli elementleri bünyelerinde daha fazla bulundurduğu ve antropojenik etkilerden daha az etkilendiği tespit edilmiştir.
Geliştirilen örnekleyicinin homojen bir örnekleme ortamı yaratamaması ve artan rüzgâr hızı ile örnekleme hızının fazlalaşması sebebiyle oluşan sapmanın düzeltilememesi, konvansiyonel örnekleyici ile elde edilen sonuçlar arasında farklılık gözlenmesinin diğer nedenleri olarak ön plana çıkmaktadır.
Yapılan kaynak belirleme çalışması sonrasında toprak faktörünün, geliştirilen örnekleme sisteminde kullanılan karayosunlarının bünyesinde yer almasının bir sapmaya neden olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle diğer faktörlerin (antropojenik, yanma ve yağ yanması) daha düşük katkılarla da olsa kaynakların zaman içerisindeki dağılımını benzer şekilde göstermiş olmaları değerli bulunmuştur.
Geliştirilen örnekleyici ile daha uzun çalışmalar yapılarak belirsizliklerin giderilmesinin faydalı olacağı; ayrıca karayosunlarındaki geri plan konsantrasyonu genel olarak düşük PAH ve PCB gibi antropojenik yarı uçucu kirleticilerin tayini konusunda çalışmalar gerçekleştirilebileceği düşünülmektedir.

Abstract:
This study aims to develop a nature-based sampler as an alternative to conventional particulate matter (PM) sampling and evaluate its performance in an urban atmosphere alongside conventional systems. In this context, moss has been used as a biomaterial instead of a filter in the conventional method. In the conventional method, using the energy of the particle carried by the wind- instead of the region holding particles larger than the aerodynamic diameter of 10 micrometers (PM10), which is a pre-impactor at a certain volume drawn- inspired by PM emission control devices, pre-impactors have been designed for different wind speeds. A small fan was used to balance the energy loss due to friction and create a partial negative pressure inside the device.
Although the aim was to use moss cultivated in a laboratory environment, this process failed due to contamination. As a contingency plan, naturally, growing mosses were provided, and these mosses were placed inside the sampler after pre-treatment.
The developed devices were used in two separate campaign periods in the city center of Antalya over eight months (with eight sampling periods, each lasting one month). During the first campaign period (21/09/2021-21/12/2021), one PM2.5 and one PM2.5-10 sample were collected daily using conventional samplers. In the second campaign period (19/01/2022-19/06/2022), one PM2.5 and one PM2.5-10 sample were collected every three days continuously for 72 hours using conventional samplers. The elemental analyses of the samples collected during the first campaign period were conducted at the Middle East Technical University (METU) Central Laboratory, while the analyses of the samples collected during the second campaign period were conducted at the IzTech Integrated Research Centers. All analyses were performed using ICP-MS and ICP-OES devices. Due to budget constraints, only a portion of the samples collected during the second campaign period, specifically between 21/03/2022 and 19/06/2022, were analyzed.
When the results of the first campaign period were examined, it was found that the results differed from the conventional systems due to the inability to separate the mosses collected from nature from the soil they were exposed to. During the last two sampling processes in the second campaign period, a pre-washing procedure for the mosses was developed. However, it was observed that the changes in the washing process did not positively impact the results. Generally, similarities were found between the results of the conventional and developed sampling systems in terms of concentration changes of certain elements such as Na and As. The soil enrichment factor and source identification analyses determined that mosses contained more soil-derived elements and were less affected by anthropogenic influences.
The inability of the developed sampler to create a homogeneous sampling environment and its failure to correct the deviation caused by higher sampling rates, which are a result of increased wind speeds, emerges as another reason for the observed differences between the results obtained with the conventional sampler.
After the source identification study, it was determined that the presence of the soil factor in the composition of the mosses used in the developed sampling system caused a deviation. Therefore, it is valuable that other factors (anthropogenic, combustion, and oil burning) showed a similar distribution of sources over time, albeit with lower contributions.
Longer studies are aimed to be conducted with the developed sampler to eliminate uncertainties. It is also considered that investigations can be carried out to determine anthropogenic semi-volatile pollutants, such as PAHs and PCBs, which have low background concentrations in mosses.