Hava Kalitesi Ölçüm Metotları

Dünya Sağlık Örgütü’ne göre hava kirliliğinin dünyanın en büyük çevresel sağlık riski olduğunu, insanların %99’unun kirli hava soluduğunu ve her sekiz ölümden birine neden olduğunu gösteren istatistikler sunuldu (URL 1, 2). Atmosferik kirlenme bölgesel olaylar yanında insanlığı ve küresel yaşamı tehdit eden dengesizliklerin oluşmasına etken olmaktadır. Enerji üretimi, kimyasallar ve sosyal yaşamdaki gelişmeler, yan ürünleri ve atıkları ile çevreyi büyük ölçekte olumsuz etkileme gücüne ulaşmış bulunmaktadır.

Hava kirliliğini önlenebilmesi için en etkili yöntem atmosferdeki kirletici seviyelerini izlemektir. Hava kalitesi izlemeye yönelik geleneksel yaklaşım, sertifikalı araçlarla donatılmış ve sıkı bir dizi düzenleyici protokole göre işletilen sabit düzenleyici istasyonlardan oluşan bir ağ oluşturmaktır (EPA, 2021). Yüksek maliyetli olan bu sistemle sınırlı sayıda ölçüm yapılabilmekte ve bu nedenle hava kalitesinin düşük olabileceği birçok noktada hava kirleticilerine maruziyet anlaşılamamaktadır. Özellikle endüstriyel tesislerinin çevresel etkilerini değerlendirme de bu yöntem çok yetersizdir.

Geleneksel yöntem, geniş alanları kapsayan bir izleme ağı için uygun değildirler. Bu nedenle çevresel etkinin değerlendirilmesinde referansa yakın ölçümler kullanılmaktadır. Yakın referans hava kalitesi izleme, yakın zamanda gelişmiş sensör teknolojisi ve yeni ölçüm paradigmalarının birleşmesinden ortaya çıkan bir kategoridir (URL 3). Kirlilik dağılmasını anlaşılmasını sağlamada büyük kolaylık sağlayan bu referanslar, daha yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlüklü verileri daha ucuz bir şekilde sağlayarak ve geleneksel sisteme entegre edilerek büyük bir izleme ağının oluşturulmasına olanak sağlarlar. Özellikle kısa vadede kirlilik seviyesinin anlaşılmasında bu yöntem çok etkilidir.

Gösterge, ortam hava kalitesinin izlenmesine ilişkin AB Yönergesi 2008/50/EC tarafından tanımlanan bir kategoridir. Referanstan daha düşük bir veri kalitesi hedefini karşılayan bir ölçüm için geçerlidir (AB, 2008). Atmosferdeki kirletici seviyelerinin belirlenmesinde kullanılan en yaygın örnekleme yöntemlerinden biri de pasif örnekleme yöntemidir. Sağlık riski belirleme çalışmaları yanında hem dış ortamda hem de iç ortamda yaygın olarak kullanılmaktadır. Pasif örnekleyicilerin başlıca avantajları; boyutunun küçük ve kullanımının kolay olması, geleneksel yönteme göre ucuz olması, herhangi bir güç kaynağına ihtiyaç duyulmaması gibi birçok unsur bulunmaktadır.

Pasif örnekleme yöntemi difüzyon yoluyla havadaki kirliliklerin adsorbent üzerine toplanması tekniğine dayanır. Organik kirleticilerin yanında inorganik kirleticilerinde pasif örnekleme tüpleri ile havadaki derişimleri belirlenebilir. Bu yöntem özellikle endüstriyel tesis alanlarındaki hava kalitesini anlama da yaygın olarak kullanılmaktadır. Mevcut ve yeni kurulacak fabrikaların etki alanında Hava Kirlenmesine Katkı Değeri’nin hava kalitesi dağılım modellemesi kullanılarak hesaplanması, tesis etki alanında hava kalitesinin ölçülmesi ve ölçüm metotlarının belirlenmesi çevre mevzuatı gereğince zorunludur (URL 4). Geleneksel yöntemlerin boyutu ve maliyeti nedeniyle sanayini alanlarının etki alanlarında hava kirliliğinin takibi sınırlı kalmaktadır. Bu da diğer ölçüm metotlarına duyulan ihtiyacı arttırmaktadır.

Hava Kalitesi Dağılım Modellemesi sonuçlarına göre hesaplanan Hava Kalitesine Katkı Değerinin en yüksek olduğu inceleme alanında 2 ay süre için en az 4 adet pasif örnekleme noktası seçilir. Hava kirliliğinin yoğun olduğu diğer inceleme alanlarında da, en az iki inceleme alanı olmak kaydıyla her bir inceleme alanında 2 adet pasif örnekleme noktası seçilir. Hava kirliliğinin yoğun olduğu inceleme alanlarında pasif örnekleme yeri ve sayısı, işletmenin kapasitesi ve kirletici emisyon yüküne bağlı olarak belirlenir. Örnekleme süresi; tüpler ayda bir sefer değiştirilerek 2 ay boyunca örnekleme yapılır (Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı, 2014).

Pasif örnekleme tüpleri ile kirleticinin havadaki derişimini hesaplamak için kirleticinin absorbent üzerindeki miktarının gaz kromotografi cihazıyla ölçülmesi gerekmektedir. Her kirletici için tutma sabiti farklıdır. Tutma sabiti, teorik olarak tüpün geometrisinden deneysel sonuçlar kullanılarak hesaplanır. Teorik tutma sabiti yalnızca tüpün şekline bağlı olduğundan dolayı diğer meteorolojik parametreler ve absorbentten bağımsızdır. Deneysel tutma sabiti, pasif örnekleme tüplerinin maruz kalması ile hesaplanır. Pasif örnekleme yanında aktif örnekleme yapılarak tutma sabiti hesaplanmaktadır. Yapılan çalışmalar deneysel tutma sabitinin teorik tutma sabitinden çok farklı olduğunu göstermiştir (URL 5). Örneğin benzen için yapılmış çalışmalarda bulunan tutma sabitleri arasındaki fark %100’lere ulaşmıştır (URL 4).

Şu anda hava kirliliğinin izlenmesinde geleneksel yöntemlerin yerine düşük maliyetli hava sensörleri giderek daha fazla dikkat çekmekte ve bunların gelişimi hızla genişlemeye ve gelişmeye devam etmektedir. EPA ‘Hava sensörü’ terimini, maliyeti daha düşük, taşınabilir, aynı anda birkaç kirleticiyi ölçebilen ve genellikle düzenleyici monitörlerden daha kolay çalıştırılan düzenleyici olmayan bir teknoloji sınıfı olarak ifade etmektedir. Referans ölçüm yöntemleriyle hava kirliliğinin izlenmesi, ölçüm cihazlarının bakımı ve kalibrasyonu için kalifiye operatörler gerektirir. Hava sensörleri ise insan müdahalesi olmadan çalıştırılabilen ve vasıfsız kullanıcıların ek teknik bilgiye ihtiyaç duymadan hava kirliliğini izlemesini mümkün kılan donanım ve yazılım setini tanımlamaktadır.  EPA ve AB hava sensörleri için standart test protokolü ve hedefine yönelik çalışmalar yapılmaktadır.

Airqoon Hava Sensörü ile Hava Kalitesi Ölçümü

Bugün sensör sistemlerinden elde edilebilecek ölçümlerin veri kalitesi sorgulanmaktadır. Sensör sistemleri ölçümlerinin ulusal ve uluslararası standartlara göre izlenebilirliğini sağlayan yapılandırılmış bir metrolojik yaklaşımla sensör sistemlerinin değerlendirilmesine ilişkin CEN/TS 17660–1 protokolü önemli bir adımdır. Bu protokolde, 2008/50/EC Direktifinde belirlenen gösterge ölçümlerin ve objektif tahminlerin DQO’su kullanılarak veri kalitesi hedefleri oluşturulmuştur. Test protokollerinde bu değerler hesaplanıp rapor edilecektir. Bu sensör sistemleri gösterge niteliğinde ölçümler veya objektif tahminler olarak kullanıldığında yeterli veri kalitesi elde edebilir (CEN, 2021).

Pasif örneklem tüpleriyle yapılan ölçümler basit ve ucuz olarak adlandırılsa da tüplerin ayda bir değiştirilmesi kalifiyeli eleman ve laboratuvara taşınma süreci maliyet gerektirmektedir. Aynı zamanda bu tüplerle günlük ortalama ölçümler elde edilebilir ancak kirlilik trendi anlaşılamaz. Ayrıca pasif numune alıcılar, referans enstrümantasyon kadar hassas değildir, kimyasal girişimden ve ayrıca atmosferik koşullardan etkilenir, endüstriyel tesislerin kirliliğinin üretim aşamalarında günün hangi saatinde olduğunu belirlemek zordur (Castell ve diğerleri, 2017). Bulut tabanlı hava sensörleriyle kirlilik an ve an takip edilebilmekte ve kirlilik trendleri açıkca gözlenebilmektedir. Bakımı ve kalifiye elaman ihtiyaç duyman hava sensörleri uzaktan çalıştırılabilmektedir. Hava sensörleri atmosferdeki kirleticilerinin yanı sıra meteorolojik ölçümler gerçekleştirebilmesiyle de kirliliğinin kaynağını anlaşılabilmektedir.

Hava sensörlerinin standart test protokolüne yönelik çalışmaların bitmesiyle birlikte sensörlerin kullanıma hızla artacaktır. Sensörlerin geleneksel izleme sisteme entegre edilmesi sadece izleme maliyetini düşürmekle kalmayıp sanayi tesislerinin etki alanındaki kirlilik maruziyetinin anlaşılması ve kentlerin planlaması için önemli bir gelişme olacaktır.

Kaynakça:

Castell, N., Dauge, F. R., Schneider, P., Vogt, M., Lerner, U., Fishbain, B., Broday, D., Bartonova, A. (2017). Ticari Düşük Maliyetli Sensör Platformları, Hava Kalitesi İzleme ve Maruz Kalma Tahminlerine Katkıda Bulunabilir Mi? Environment International, 99, 293–302.

CEN/TS 17660–1 2021 — Hava kalitesi – Hava Kalitesi Sensör Sistemlerinin Performans Değerlendirmesi – Bölüm 1: Ortam Havasındaki Gaz Halindeki Kirleticiler.

Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. (2014). Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği- EK II.

EPA/600/R-20/280 Şubat 2021 – İnce Partikül Maddeli Hava Sensörleri için Performans Testi Protokolleri, Metrikleri ve Hedef Değerler: Ortam, Dış Mekan, Sabit Saha, Düzenleyici Olmayan Ek ve Bilgilendirme İzleme Uygulamalarında Kullanım.

URL 1: Dünya Sağlık Örgütü, 2022.

URL 2: Birleşmiş Milletler, Mart 2014.

URL 3: Aeroqual, Kasım 2021.

URL 4: Yeşil Aşk, 2022.

URL 5: AEM Laboratuvarı, Mayıs 2022.