Hava kalitesinin değerlendirilmesinde farklı yöntemlerin geliştirilmesi
The analysis of air quality with the different methods
Yazar: HASAN ÖZSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Arduino etkinlikleri = Arduino activities ; Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Haritalama = Mapping ; Hava kalitesi = Air quality ; Hava kirliliği = Air pollution ; İstatistiksel analiz = Statistical analysis

Özet:
Hava kirliliğine sebep olan kirleticilerin havadaki konsantrasyonlarının zamana bağlı olarak ölçülmesi ve oluşturulan serilerin analiz edilmesi, hava kirliliğine karşı önlemler alınabilmesi açısından son derece önemlidir. Ayrıca atmosfer kirliliğinin kontrol edilebilmesi için kirlilik takibinde teknolojinin kullanılması gereklidir. Bu amaçla çalışmada, arduino tabanlı ekipmanlar ve yazılımlar geliştirilerek, SO2, CO2, CO, CH4, NOX, O3, PM2,5 ve VOC konsantrasyon değerleri, üretilecek elektronik cihazlar vasıtasıyla, anlık, koordinata bağlı, noktasal kaynaklı mekân tabanlı olarak ölçülmüştür. Ülkemizde üretimi olmayan hava kirliliği ölçüm cihazları, arduino tabanlı mikrodenetleyici cihazlar ve elektronik sensörler kullanılarak üretilmiştir.  

Çalışmanın en önemli amacı, aletin üretilmesinden daha çok, hava kirliliği değerlerinin, ilgili aletler ile ölçülerek, belirlenen çalışma alanı için çoklu kirlilik haritalarının oluşturulmasıdır. Ekipman, koordinata bağlı hava kirliliği konsantrasyon değerlerinin elde edilmesini sağlamıştır. Bu sayede bölgesel ve noktasal nitelikte çok değerli olan, kirlilik konsantrasyon değerlerine bağlı veriler kullanılarak, kirlilik haritaları üretilmiştir. Ülkemizde şehirlerde hava kirliliği ölçüm istasyonları ile alınan ölçüm sonuçları sadece ilgili ölçüm noktalarını temsil etmektedir. Mevcut veriler kullanılarak hiçbir şehir için detaylı kirlilik haritaları oluşturulamamaktadır. Kirlilik parametre sayısı birçok istasyonda PM ve SO2 ile sınırlandırılmıştır. Bu çalışma kapsamında üretilen taşınabilir ekipmanlar ile önceden yerleri belirlenen minimum 50 nokta için SO2, CO2, CO, CH4, NOX, O3, PM2,5 ve VOC kirlilik parametreleri 1 yıl boyunca Mayıs 2021 tarihinden, Haziran 2022 tarihine kadar ölçülmüştür. 

Bu ölçüm değerleri ile hem zamana bağlı, hemde mekânsal kirlilik haritaları elde edilmiştir. Ekipmanların çoklu ve eş zamanlı kullanımı ile aynı anda birçok noktada kirlilik değerleri ölçülmüştür. Bu kapsamda kirlilik değerlerinin yanında, kirlilik taşınım, kirlilik difüzyon ve atmosferik etkilerin de Karabük ilinin atmosfer kirliliğini nasıl etkilediği değerlendirilmiştir. Kış mevsiminde hanelerden kaynaklanan emisyonların kirletici konsantrasyonlarını %50'den fazla değiştirmediği sonucuna varılabilmektedir. Karabük ilinde sürekli emisyonlar nedeniyle sanayi en etkin kirletici kaynağıdır. Ancak ulaştırma kaynaklı emisyonlar ve hanelerden kaynaklanan emisyonlar Safranbolu'daki bazı ölçüm noktalarında, sanayiden daha fazla kirlilik yaratabilmektedir. Haritalar kirlilik konusunda net bilgiler vermiştir.  

Çalışma sadece ulusal boyuttaki hava kirliliği çalışmalarına değil, Ülkemizin taraf olduğu kirlilik ve iklim değişikliği konularındaki uluslararası anlaşmalara da oldukça önemli bir destek sağlayacağı düşünülmektedir. Çalışma kesikli olmasına rağmen, farklı ölçüm noktalarında eş zamanlı çoklu parametre ölçümüne dayanması sebebiyle sadece Ülkemizde değil, uluslararası bilim alanında da ilk olma özelliği taşımaktadır. Çoklu ölçümler olarak nitelendirilen bu bazda çalışmalar yapılarak, kirlilik haritaları daha önce çalışılmamıştır. Söz konusu çalışma sonuçları, bilimsellik, çevresel boyut ve ekonomik olarak, Ülkemize büyük bir katma değer sağlayacaktır. Çalışma kapsamı Karabük ili için sınırlandırılmıştır. Yöntem, hava kirletici konsantrasyonlarının net olarak tespiti için her şehre ve ilçeye uygulanabilecektir.

Abstract:
In order to prevent air pollution, it was crucial to monitor the concentrations of pollutants that cause it in the air as a time series and to analyse the resulting series. Additionally, the use of technology in atmospheric pollution control was necessary. In this study, Arduino-based equipment and software were developed, and the instantaneous, coordinate-dependent, point and location-based air pollution concentrations of SO2, CO2, CO, CH4, NOX, O3, PM2.5, and VOC were determined. Air pollution measuring devices, which are not produced in our country, are produced using Arduino-based microcontroller devices and electronic sensors. 

The most important aim of this study is to determine the air pollutant concentration values of the study area to produce multiple pollution maps utilizing produced equipment. The equipment provided the production of coordinated base air pollution concentration values. Thus, pollution maps were produced using these values, which were valuable in regional and local consideration. In our country, only the pertinent points were represented by the outputs of air pollution monitoring stations in cities. Detailed pollution maps cannot be created for any province from the available information. The number of pollution parameters was limited to PM and SO2 in many stations. The study's portable equipment was used to measure the pollutants SO2, CO2, CO, CH4, NOX, O3, PM2,5 and VOC over a year, from May 2021 to June 2022 for a minimum of 50 points determined in advance. 

The time and spatial pollution maps were obtained by using these measured values. By using multiple equipment, the pollutant concentrations were measured simultaneously at multiple points. Along with pollution values, the atmosphere of Karabuk province was also assessed for pollution convection, pollution diffusion, and atmospheric effects. According to the study, residential emissions do not change pollutant concentrations by more than 50% over the winter season. Due to continuous emissions, the industry was the most effective source of pollutants in Karabuk province. However, at some measuring sites in Safranbolu, residential and transportation emissions may produce more pollution than industry. The maps provided detailed pollution information.

This study will provide very important support not only for national air pollution studies but also for air pollution and climate change studies within the scope of international agreements of Turkey as a party. Although the study was intermittent, it is the first of its kind in the domestical and international scientific community due to its bases on simultaneous multi-parameter measurement at several locations. Pollution maps had not been created before on this basis describing as multiple measurements. The results of this study will contribute our country in terms of scientific, environmental, and economic aspects. The scope of this study was limited to Karabuk province. However, the method is encouraged to be applied to every city and district for determining the net concentrations of air pollutants.