TÜRKİYE’DEKİ BAZI ÇİMENTO FABRİKALARININ HAVA KİRLİLİĞİNE KATKILARI

Ersan KALAFATOÐLU, Nuran ÖRS, Tülin GÖZMEN, Sibel SAÝN, Ýsmet MUNLAFALIOÐLU

The atmosphere plays an important role for the transfer of pollutants from sources to receptors. Its complex motions control both the transport and dilution of the pollutants. The mechanisms of these phenomena may change due to the local climate. The topography of the area plays also an important role for the transportation, diffusion, and diluton of the pollutants. Because of this reason the same EPA approved BREEZE model was applied to six existing cement production plants and to a planned cement grinding and mixing plant for two different locations in Turkey.

In the modelling studies the nitrogen dioxide (NO2) contribution of the six existing plants to the ambient air quality have been evaluated. Additinionally nitric oxide (NO) contribution of four plants, carbon monoxide (CO) contribution of one plant and suspended particulate matter (PM10)

contribution of four plants along with particulate matter (PM) deposition have been modelled. The PM10 and particulate matter deposition contribution of the planned cement installation for two different locations applying three different meteorologic data have also been evaluated.

For all the cases considered, the surface concentrations of the pollutants and particulate matter deposition per unit area have been calculated and the results are presented in various forms. The estimated ambient air quality contribution in the nearby urban areas are also given.

Four of the plants are located in a similar topography in the sense of surface heights. The others have different geographical characteristics. The results of the modelling applied to the plants emission are compared in terms of topography, climate, and the existing air quality regulations.

Ersan KALAFATOÐLU, Nuran ÖRS, Tülin GÖZMEN, Sibel SAÝN, Ýsmet MUNLAFALIOÐLU

*           Marmara Araþtýrma Merkezi, Malzeme ve Kimya Teknolojileri Araþtýrma Enstitüsü Kimya

Mühendisliði Bölümü, PK 21 Gebze, 41470 Kocaeli, Türkiye

**          Kalite ve Çevre Kurulu, Eskiþehir Yolu 9. km, Ankara, Türkiye

ÖZ

Kurulu altı çimento fabrikası ve kurulması planlanan bir çimento öğütme ve paketleme tesisi için hava kalitesine katkı modellemesi çalışmasında EPA (Environment Protection Agency) onaylı BREEZE AIR ISCLT3 yazılımı kullanılmıştır. Altı fabrikanın NO2 (azot dioksit), üç fabrikanın

NO (azot monoksit), bir fabrikanın CO (karbon monoksit) ve üç fabrikanın PM10 (havada asılı

partikül madde) ve PM (çöken toz) hava kalitesine katkıları modellenmiştir. Ayrıca kurulması planlanan tesisin PM10 ve PM modellemeleri üç farklı meteorolojik veri ve iki farklı topoğrafya verisi kullanılarak değerlendirilmiştir.

Tesislerin tümünün hava kalitesine etkileri, Hava Kalitesi Kontrol Yönetmeliği’nin (H.K.K.Y.) belirlediği sınır değerlerin altındadır. Genel olarak alıcı ortamlardaki en yüksek konsantrasyon değerleri fabrika sınırında veya yakın çevresinde gerçekleşmektedir.

ABSTRACT

EPA (Environment Protection Agency) approved BREEZE AIR ISCLT3 software was applied to six existing cement production plants and to a planned cement grinding and mixing plant in Turkey for air quality modelling. NO2  (nitrogen dioxide) contribution of the six existing plants, NO

(nitric oxide) contribution of three plants, CO (carbon monoxide) contribution of one plant and

PM10 (suspended particular matter) contribution of three plants along with particulate matter (PM) deposition have been modelled. The PM10 and PM deposition contribution of the planned cement installation in two different locations applying three different meteorology data have also been evaluated.

Air quality contributions of all the plants are below the Turkish Air Quality Protection Regulation (AQPR) limits. It has to be mentioned, however, that all the maximum air quality receptor points lie either within or close to the boundaries of the plant area.

1.         GİRİŞ

Çimento sanayii, Türkiye’de kurulu en eski endüstri kollarından biridir. Çimento fabrikalarının yakın çevresine yerleşim alanları kurulması, buralarda yaşayanları hava kirliliği problemleriyle yüzyüze getirmiştir. Sektörün son on yıldaki gayretli çabalarına rağmen fabrikaların kötü şöhreti hala silinememiştir. Sektör, hava kirliliğe katkısını minimuma indirebilmek için gönüllü olarak bir  takım önlemler almıştır. Çevre  Bakanlığı ile yapılan anlaşma sonucu Hava Kalitesi Kontrol Yönetmeliği’nde (H.K.K.Y.) [1] belirtilen sınır değerlerin altında sınırlar tespit edilmiştir (Çizelge 1). Verimli kontrol tekniklerinin uygulanması ile bu sınırların altında toz konsantrasyonları elde edilebildiği görülmüştür.

Çimento tesislerinde çok sayıda kaynak olduğundan emisyon ölçümleri oldukça zahmetli olmakta ve fakat rutin olarak yürütülmektedir. Bir fabrikanın emisyonlarının çevre hava kalitesine olan etkisinin ölçülmesi, pahalı ve zaman alıcı olmasının yanında fabrika civarındaki endüstrilerin emisyon kaynaklarının da hava kalitesine etkileri bulunması yüzünden kolay bir iş değildir. Bu sebeple, hava kalitesinin modellenmesi güvenilir girdilerin sağlanması koşuluyla oldukça işe yaramaktadır. H.K.K.Y., kurulacak olan fabrikanın çevre hava kalitesine etkisini modellemek amacıyla basit Gauss dağılımının kullanılmasını yeterli kabul etmektedir. Diğer yandan gelişmiş modeller, mevcut fabrikalar için de kullanılabilmektedir [2, 3].

Çizelge 1.         Türk Çimento Sanayi için belirlenmiş emisyon ve uzun dönem ortalama hava kalitesi sınır değerleri [1].

Reaktif olmayan kirletici emisyonlarının çevreye olan etkilerin değerlendirilmesi maksadıyla

kullanılan  bir  çok  hava  kalitesi  modeli  mevcuttur  (Çizelge  2)  [4].  Bunlardan  Uzun  Dönem Endüstriyel Kaynak Kompleksi (ISCLT), diğer model seçeneklerinden daha esnektir ve topoğrafik yüksekliklerin baca yüksekliğinden daha fazla olması gibi kompleks durumlarda da uygulanabilmektedir [5].

Çizelge 2.         Reaktif olmayan kirleticilerin rutin emisyonlarının etkisinin değerlendirilmesi

amacıyla kullanılan ve yükselti gözönüne alan bazı modeller [4].

2.         UYGULANAN YÖNTEM

Emisyonlar, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği Kalite ve Çevre Kontrol Müdürlüğü (TÇMB KÇKM) tarafından U.S. Environment Protection Agency (EPA) metodları kullanılarak ölçülmüştür. Kurulması planlanan fabrikaların hava kalitesi modellemesinde ise tasarım verileri kullanılmıştır.

Trinity Consultant Inc. tarafından geliştirilen BREEZE AIR ISCLT3 programı [5], emisyonların ortam hava  kalitesine olan  etkilerinin değerlendirilmesi amacıyla kullanılmaktadır. EPA uzun dönem endüstriyel kaynak kompleksi (ISCLT3) modeli Windows tabanlıdır. En fazla

1000   tane   nokta,  alan,   hacim   ve   açık   çukur   kaynaklarının   ve/veya   kaynak   gruplarının emisyonlarının  analizini  yapabilecek  kapasitededir.  Kentsel  bölgelerde  mevcut  alıcı  noktalar dışında özel alıcı noktaların da hava kalitesi değerlendirilebilmektedir. Baca yüksekliğindeki tüm arazi yükseltileri ve yer üstünde mevcut tüm alıcı noktalar için konsantrasyonlar hesaplanabilmektedir. Meteorolojik veriler rüzgar hızı, stabilite sınıfı ve rüzgar yönüne göre rüzgar frekans dağılımlarını içerir (STAR – STream ARray data).

Model için gerekli meteorolojik veriler, Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü tarafından yayımlanan  uzun  dönem  aylık  ortalama  iklim  verilerinden  hazırlanmıştır  [6].  Stabilite  sınıfları

H.K.K.Y. ve EPA yönetmeliklerindeki ilgili maddeler gözönüne alınarak belirlenmiştir [1-3]. Fabrika çevresindeki topografya incelenerek 1/25000’lik bir haritada 250 m aralıklarla belirlenen 5 km x 5 km’lik bir alandaki yükseltiler okunarak topoğrafya dosyaları oluşturulmuştur. Ayrıca, özel alıcıların yükseltileri ve konumları ile emisyon kaynaklarının konumları da girilmiştir.

3.         İNCELENEN TESİSLER

Modelleme çalışmalarında 7 ayrı fabrika verisi kullanılmıştır [7, 8]. Bu makalede gizlilik ilkesine  bağlı  kalınarak  fabrika  adları  numara  ile  gösterilmekte  ve  isimler  saklı  tutulmaktadır. Fabrika kapasiteleri ve nokta emisyon kaynaklarının sayısı ve fabrikanın konum özellikleri Çizelge

3’de verilmiştir. Altı fabrikanın NO2 (azot dioksit), üç fabrikanın NO (azot monoksit), bir fabrikanın CO (karbon monoksit) ve üç fabrikanın PM10 (havada asılı partikül madde) ve PM (çöken toz) hava kalitesine katkıları modellenmiştir. Kurulması planlanan çimento fabrikası (Tesis  7)  PM10 ve

PM modellemesi için iki ayrı yer seçimi yapılmış (Tesis 7a ve 7b/c)  ve bu yerlerden ikincisi için iki ayrı meteorolojik veri kullanılmıştır (Tesis 7b ve 7c).

Çizelge  3.        İncelenen çimento fabrikalarının özellikleri [7,8].

4.         SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRMELER

BREEZE   AIR   ISCLT3   programı   kullanılarak   hazırlanan   modelleme   çalışmalarının

sonuçları, her alıcı nokta için CO, NO, NO2, PM10 ve PM konsantrasyonlarının yıllık ortalama değerlerinin maksimumları alınarak Çizelge  4’de verilmiştir. Bu sonuçların H.K.K.Y.’de belirlenen sınır değerlerle karşılaştırmaları ise Çizelge  5’de sunulmuştur.

Çizelge    5’den  görülebileceği  gibi  fabrikaların  hava  kalitesine  katkıları sınır değerlerin altında gözükmektedir. Ancak bu yorum göreceli olup aynı bölgede başka büyük kirletici tesislerin ve/veya kaynakların bulunup bulunmamasına bağlıdır. Genel olarak havada asılı partikül madde,

çöken toz ve NO2  konsantrasyonları H.K.K.Y.’nin belirlediği sınır değerlerin % 30-50’si kadardır. Tesisten kaynaklanan emisyonların kirliliğe katkılarının az ya da çok olması, çevre hava kalitesinin ölçülmesiyle veya diğer önemli emisyon kaynaklarının da modellenmesiyle belirlenebilir. Bunun

yanında genel olarak alıcı ortamlardaki en yüksek konsantrasyon değerleri fabrika sınırında veya yakın çevresinde gerçekleşmekte, uzak noktalara pek ulaşamamaktadır.

Çizelge  4.        Hava kalitesine katkı yıllık ortalama değerlerinin maksimumları.

Çizelge  5.        H.K.K.Y.’ne göre tesislerin hava kalitesine katkı değerleri [%].

Topoğrafya ve meteorolojik şartların kirlilik dağılımına etkilerini göstermek amacıyla Şekil 1 ve 2’de sırasıyla, 1 no’lu (kentsel, düz, düşük rakım) ve 2 no’lu (kırsal, kompleks, orta rakım) fabrikaların rüzgar   gülleri,  topografya ve   çevrelerinde yer yüzeyinde PM10 konsantrasyonları

N

Þekil 1. Tesis no 1 için rüzgar gülü, rakým ve PM10 katký deðerleri

Þekil 2. Tesis no 2 için rüzgar gülü, rakým ve PM10 katký deðerleri.

verilmektedir. Fabrikaların 1 km çapı içerisinde kalan alanların en fazla etkilendikleri, diğer alanların ise kirlilikten etkilenmedikleri söylenebilir.

Kurulması planlanan tesis için meteorolojik verilerin eksikliği, yapılan modelleme çalışmalarında tesise 100 km uzaklıkta bulunan en yakın iki istasyonun verilerinin kullanılmasını zorunlu kılmıştır. Şekil 3 ve 4’de kırsal, kompleks arazi ve yüksek rakımda kurulu fabrika için bu iki farklı meteorolojik  veri  kullanılarak  elde  edilen,  yer  yüzeyinde  PM10  konsantrasyonları rüzgar gülleri ile birlikte verilmiştir. Çizelge   4, 5 ve Şekil 3, 4’den görüleceği gibi sonuçlar 4 katlık bir farklılık göstermektedirler. Modelleme çalışması, hava kalitesine katkının az olduğu konumun saptanması için yapılmıştır. Her durumda da katkıların düşük olması ve sözkonusu bölgede başka endüstri kaynaklarının bulunmaması bu farklılığı önemsiz kılmaktadır.

Þekil 3. Tesis 7 için birinci meteorolojik veri ile rüzgar gülü ve PM10 katký deðerleri

Þekil 4. Tesis 7 için ikinci meteorolojik veri ile rüzgar gülü ve PM10 katký deðerleri.

KAYNAKLAR

1.  Hava Kalitesi Korunmasý Yönetmeliði, Resmi Gazete, No. 19269, 2 Kasým 1986.

2.  Beychok, Milton R. , Fundamentals of stack gas dispersion, Irvine CA., 1994.

3.  Doty, Stephen R. , Climatological Aids in Determining Air Pollution Potential, National Climatic

Center, Federal Building, Ashewille, NC 28801, 1983.

4.  Seigneur, C., Understand the basics of air-quality modelling, Chemical Engng Progress, March,

68-74, 1992.

5.  EPA User’s Guide for the Industrial Source Complex (ISC3) Dispersion Models, EPA-454/B-95-

003a, 1995.

6.  Meteoroloji Bülteni, Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara, 1974.

7. Kalafatoğlu E., Örs N. , Sain S., Gözmen T., İşbilir F., Koral M., Munlafalıoğlu İ., Çimento Fabrikası Hava Kalitesi Modellemesi ve Toz Emisyonunda Özel Maddelerin Belirlenmesi, Teknik Raporlar, TÜBİTAK, Marmara Araştırma Merkezi, Malzeme ve Kimya Teknolojileri Araştırma Enstitüsü, 1996 ve 1997.

8.  Kalafatoğlu E., Örs N. , Sain S., Gözmen T., İşbilir F., Munlafalıoğlu İ., Çimento Fabrikası Hava

Kalitesi Modellemesi, Teknik Raporlar, TÜBİTAK, Marmara Araştırma Merkezi, Malzeme ve

Kimya Teknolojileri Araştırma Enstitüsü, 1996 ve 1997.