Erzurum atmosfrinde ikincil partiküllerin karakterizasyonu
Characterization of secondary particles in Erzurum atmosphere
Yazar: ALİYE DOLAR
Danışman: PROF. DR. ERGÜN YILDIZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Erzurum = Erzurum ; Kirleticiler = Pollutants ; Organik karbon = Organic carbon

Özet:
Amaç: Çalışma dâhilinde amaçlarımız şunlardır: ince partikül maddedeki (PM2.5'teki) karbon, iyon ve iz element içeriğini belirlenmek, elementel karbon izleyici yöntemi kullanılarak ikincil organik aerosol (SOA) miktarlarını hesaplamak, bu türlerin PM2.5 derişimine katkıları bulmak ve zenginleşme faktörü, PMF tekniği ve HYSPLIT programı ile PM2,5 kaynaklarını saptamaktır.
Yöntem: Erzurum atmosferinde ince partikül madde (PM2,5) ölçümü iki ayrı noktada (şehir merkezi (kentsel) ve üniversite kampüsünde (yarı kırsal) yapılmıştır. PM2,5 örnekleri yüksek hacimli hava örnekleyici ile 2015 yılı kış ve yaz döneminde toplanmış ve gravimetrik olarak hesaplanmıştır. PM2,5'deki karbon (OK ve EK) analizleri termo optik yöntemle, iyon analizleri IC cihazıyla ve ağır metal analizlerinin ICP-MS cihazıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca gaz kirleticilerden ozon ve azot oksitler de pasif yöntemle örneklenmiş ve spektrofotometreyle belirlenmiştir. 
Bulgular: Çalışmada Erzurum atmosferinde şehir merkezi (ŞM) ve üniversite kampüsü (ÜK) örnekleme istasyonlarından ölçülen ortalama PM2,5 derişimleri sırasıyla 50 ve 23 µg m-3 olarak bulunmuştur. PM2,5 içeriğindeki OK ve EK derişimleri ise şehir merkezinde (ŞM) sırasıyla 14 ve 6 µg m-3, üniversite kampüsünde (ÜK) sırasıyla 4 ve 2 µg m-3, OK/EK oranları da sırasıyla 2,4 ve 2,8 olarak hesaplanmıştır. SOA belirlemede en etkil yöntemlerden biri olan EK izleyici yöntemi kullanılarak (OK/EK)birincil oranı 1,22 olarak belirlenmiştir. Bu oranla hesaplanan SOA verileri ŞM ve ÜK için sırasıyla 12 ve 4 µg m-3 bulunmuş ve SOA'nın PM2,5'e katkısı sırasıyla %24 ve %17 olarak ölçülmüştür. PM2,5 içeriğindeki SO42-, NO3- ve Cl- iyonlarının derişimleri ise ŞM'de sırayısla 5-3 ve 2 µg m-3 ve ÜK'de sırayısla 3- 2 ve 0,4 µg m-3 olarak gözlenmiştir. PM2,5'teki 27 elementin derişimlerine bakıldığında ŞM'de 0,01 ng m-3 Be ile 559 ng m-3 Ca arasında, ÜK'de 0,01 ng m-3 Tl ile 202 ng m-3 Al arasında değiştikleri gözlenmiştir. Sonuçta bütün türlerde ŞM değerleri ÜK değerlerinden yüksek bulunmuştur. Buradan yola çıkarak kirletici kaynaklarından ŞM örnekleme noktasının daha çok etkilendiği sonucu çıkarılabilir. Zenginleşme faktörü analizi sonucundan her iki örnekleme noktasında As, Ag, Sb ve Se elementlerinin oldukça zenginleştiği görülmüştür. Elde edilen veri seti kullanılarak Pozitif Matris Faktörizasyon (PMF) modeli uygulanmıştır. PMF modelinin analiz sonuçlarından ŞM örnekleme noktasında 7, ÜK örnekleme noktasında 5 faktör belirlenmiştir. ŞM faktörleri ve PM2,5'e yüzde katkıları %18 toprak tozu, % 17 karışık kentsel kaynak, %16 araç emisyonu, %15 endüstriyel emisyonlar, %12 kömür yakma, %12 yol tuzlama ve %10 Cr ile ilişkili emisyon faktörü olarak sıralanmıştır. ÜK faktörleri ve PM2,5'e yüzde katkıları ise %24 ikincil sülfat, %23 inşaat tozu, %19 toprak tozu, %19 yanma ve %15 ikincil nitrat olarak sıralanmıştır. Ayrıca PMF modeliyle belirlenen kaynakların doğruluğu HYSPLIT geri yörünge analizi yardımıyla desteklenmiştir. 
Sonuç: Elde edilen veriler ışığında Erzurum kentinin çeşitli kirlilik kaynaklarından etkilendiği ve şehrin partikül madde kirliliği açısından literatürde orta kirlilik düzeyinde olduğu bulunmuştur. Sonuçlar ilgili mercilerle paylaşılarak gerekli yasal düzenlemelerle Erzurum atmosferinin hava kalitesi artırılacaktır.

Abstract:
Purpose: Our aims within the study are: to determine the carbon, ion and trace element in fine particulate matter (PM2.5), is to calculate the secondary organic aerosol (SOA) using the elemental carbon tracer method, to find the contributions of these species to the concentration of PM2.5, to find the contributions of these species to the concentration of PM2.5 and to determine the sources of PM2.5with enrichment factor, PMF technique and HYSPLIT program.
Method: Measurement of fine particulate matter (PM2.5) in Erzurum atmosphere was carried out at two different locations (city center (urban) and university campus (semi-rural). PM2.5 samples were collected with a high-volume air sampler in the winter and summer periods of 2015 and calculated gravimetrically. The analysiss of carbon (OK and EK) were carried out by thermo-optical method, the analysis of ions were performed by IC and the analysis of heavy metals were made by ICP-MS. in addition,  gas pollutants ,ozone and nitrogen oxides, were also sampled by passive method and determined by spectrophotometer.
Findings: In the study, In the study, PM2.5 was measured from the city center (ŞM) and university campus (ÜK) sampling stations in Erzurum atmosphere. Average concentrations of PM2.5 were found to be 50 and 23 µg m-3, respectively. The concentrations of OC and EC in PM2.5 were 14 and 6 µg m-3, respectively, in the city center (ŞM), and 4 and 2 µg m-3, respectively, in the university campus (ÜK). The OC/EK ratios were also calculated as 2,4 and 2,8, respectively. Using the EK tracer method, which is one of the most effective methods in determining SOA, the primary ratio (OK/EK) was determined as 1,22. SOA calculated with this ratio were found 12 and 4 µg m-3 for ŞM and ÜK, respectively, and the contribution of SOA to PM2.5 was measured as 24% and 17%, respectively. The concentrations of ions, SO42-, NO3- ve Cl-, in PM2.5 were observed as 5-3 and 2 µg m-3, respectively, in ŞM, and 3- 2 and 0.4 µg m-3, respectively, in ÜK. It has been observed that the concentrations of 27 elements in PM2.5 vary between 0.01 µg m-3 Be and 559 µg m-3 Ca in ŞM, and between 0.01 µg m-3Tl and 202 µg m-3Al in ÜK. As a result, ŞM values were found to be higher than ÜK values in all species. In other words, it can be concluded that the ŞM sampling point is more affected by the pollutant sources. In the enrichment factor analysis, it was observed that As, Ag, Sb and Se elements were highly enriched in both sampling locations. Positive Matrix Factorization (PMF) model was applied using the obtained data set. As a result of the PMF model, 7 factors in ŞM and 5 factors in ÜK were determined. ŞM factors and their percentage contributions to PM2.5 are listed as 18% soil dust, 17% mixed urban source, 16% vehicle emissions, 15% industrial emissions, 12% coal burning, 12% road salting and 10% Cr related emission factor. . The ÜK factors and percentage contributions to PM2.5 are listed as 24% secondary sulfate, 23% construction dust, 19% soil dust, 19% coal burning and 15% secondary nitrate. In addition, the accuracy of the sources determined by PMF was supported by HYSPLIT back trajectory analysis.
Results: According to the data obtained, Erzurum was found to be affected by various pollution sources. The city is at medium level in the literature on particulate matter pollution. The results will be shared with the relevant authorities and the air quality of Erzurum atmosphere will be increased with the necessary legal regulations.