Hava Kirliliğinde Kükürtoksitler

Konusu 'Kimya' forumundadır ve RüzGaR tarafından 16 Ocak 2008 başlatılmıştır.

  1. RüzGaR Super Moderator


    Hava Kirliliğinde Kükürtoksitler

    Gaz halindeki kirleticiler arasında kükürtoksitler en çok bilinen birincil hava kirleticilerdendir. Bunlar çoğunlukla durağan kaynaklarda fosil yakıtların yanması sonucunda meydana gelirler. Antropojenik kükürt oksitlerin %80’inden fazlasının durağan kaynaklardan meydana geldiği bilinmektedir. Bu emisyonların dünya üzerindeki durumuna bakıldığında en büyük payın Avrupa’nın endüstrileşmiş bölümü ile Kuzey Amerika olduğu görülür.

    Petrol ve kömür gibi fosil yakıtlar kabaca % 0.5 ila %6 arasında kükürt içerirler Dolayısıyla bu yakıtların yanması sonucunda kükürt çoğunlukla SO2 şeklinde atmosfere neşrolur. Atmosferde kükürtün yoğunlaşma fazındaki şekli ise SO4-2 dir. Kükürtdioksit yanıcı olmayan renksiz bir gazdır. 0,3 ppm –1 ppm derişimlerinde ağızda karakteristik bir tad bırakmakta, 3 ppm'’n üstünde ise boğucu bir hisse yol açmaktadır. Atmosferde kalıcılık süresi 40 günü bulmaktadır. SO2 nin sayısal değerleri incelendiğinde bütün dünyada her yıl neşredilen global emisyonların 132 milyon tonu, antropojöenik emisyonların ise 50-75 milyon tonu bulduğu tahmin edilmektedir. Avrupa’da ise her yıl yaklaşık 20 milyon tonun üzerinde kükürtün deşarj edildiği bilinmektedir.

    Kükürtdioksit atmosfere neşrolunduktan sonra bir dizi reaksiyona uğramaktadır. Bunlardan biri de OH- serbest radikali ile olanıdır. Burada;

    SO2 +OH-→HOSO2 (1)
    HOSO2 + O2→SO3 +H2O (2) meydana gelir.
    SO3 aşağıda görüldüğü gibi havadaki su buharı ile reaksiyona girerek asit yağmurlarının temel sebebi olan H2 SO4 dönüşür.
    Böylece; SO3 +H2O→ H2SO4 (3)

    Reaksiyon sonunda açığa çıkan ürünlerden bir diğeri ise sülfattır. Oluşan sülfatlar ise çoğunluğu 0.2-0.9 mm çapa sahip katı tanecikler şeklinde olup, görünür ışığın 0.4 – 0.8 mm olan dalga boyları ile girişim yaparak görüş uzaklığını azaltırlar. Kent atmosferinde SO2 nin tipik derişimlerinde, bağıl nemin de % 50’den fazla olduğu günlerde önemli görüş kayıpları olur. Örneğin; 265 mg/m³ SO2 ve % 50 bağıl nem içeren atmosferde görüş mesafesi 8 km’nin altına düşer ki bu da büyük uçakların kalkış ve inişine engel olan bir durumdur.

    Kirli ve temiz hava örneklerinde SO2 değerlerini kıyaslarsak;

    Temiz havada ; 2x10-4 ppm SO2
    Kirli havada ; 0.2 ppm SO2 bulunmaktadır.
    Bu rakamları birbirine oranlayacak olursak kirli havada 1000 kat daha fazla SO2 bulunduğunu görürüz.

    SO2 KAYNAKLARI
    Hava kirliliğine yol açan kaynaklar temel özellikler göz önüne alınarak iki grupta değerlendirilmektedir.
    - Doğal hava kirliliği
    - Antropojenik hava kirliliği (insan yapımlı)
    1) Doğal Hava Kirliliği:
    - Volkanlar: Rastgele zamanlarda ya da sürekli bir şekilde önemli miktarlarda kükürtdioksit neşreden birer kaynak olma özelliğine sahiptir.
    2) Antropojenik Hava kirliliği:

    - Endüstri:
    * Demir ve Çelik İzabesi: Genellikle piritik demir cevheriyle çalışılan tesislerde pirit kavurma (sinter) sırasında oluşan SO2; çelik hazırlama sırasında açığa çıkan SO2 belli başlı kaynakları oluşturur. Özellikle cevherden demir zenginleştirip izabe eden sinter tesislerinde SO2 kirlenmesinin en önemli problem olduğu söylenebilir.

    * Maden Endüstrisi: Bakır ve diğer madenlerin izabe tesisleri endüstriyel SO2 kaynaklarının en başında yer alır. Ülkemizde Murgul ve Samsun bakır işletmelerinin çevre kirletmesi özelliklerinin ünü ülke boyutlarını aşmıştır. Bu tesislerin ilki çok değerli sarı çam ormanlarını, ikincisi ise ekili tarım alanlarını tehdit etmektedir.
    Çinko izabesinde yine sülfürlü bir cevherden yapıldığından bu esnada SO2 yayınlanır.
    Kurşun izabesi; bu da galen adı verilen PbS den izabe edildiğinden çok büyük miktarlarda SO2 nin kaynağıdır.

    • Petrol endüstrisi: Rafinerilerde ham petrolün ortalama kükürt içeriğine bağlı olarak (ki % 1-2 kadardır) fraksiyonla damıtma ile petrol ürünleri elde edilirken oluşan;
    a) organik kükürtlü gazlar
    b) H2S ve sülfürler ve bunların oksitlenme ürünleri olan;
    c) SO2, SO3 ve sülfatlar çok büyük sorunlar oluşturur.

    Hava Kirliliğinin ve Kontrolünün Esasları
    * Kağıt Endüstrisi: Kağıt endüstrisinde kağıt hamurunun işlenmesi esnasında yüksek miktarlarda buhara gereksinme duyulur. Buharın elde edilmesinde kullanılan fosil yakıtlar nedeniyle SO2 kirliliği söz konusudur.

    * Tekstil Endüstrisi: Kumaş üzerinde yapılan çeşitli işlemler SO2 çıkmasına sebebiyet verir.
    * Çimento Endüstrisi: Yakıt kullanımı nedeniyle kükürt kirliliğe neden olmaktadır.

    - Termik Santral: Elektrik enerjisinin üretiminde kullanılan yakıtlar içerisinde en ön planda kömür ve petrol gibi fosil yakıtlar gelmektedir. Örneğin; A.B.D.’de elektrik enerjisinin % 90’ından fazlası kömür ve petrolden elde edilir. Bu yakıtlar içerisinde bulunan en önemli elemanın kükürt olması nedeniyle enerji santralleri, yüksek miktarlarda yakıt kullanmaları sebebiyle en fazla SO2 kirlenmesine yol açan kirletici kaynaklar olmaktadır. Bütün dünyada enerji ihtiyacının giderek artış göstermesi ve fosil yakıt kullanımından vazgeçmeyen politikalar nedeniyle kükürt bileşikleri bakımından dünyamızın geleceğini tehdit etmektedir. Bunun sonucu olarak, SO2 ve azotoksitler toprak ve suyun asitleşmesine sebep olan elemanlar olmaktadır. Bu nedenle enerji santralleri hava kirleticilerin uzun menzil taşınımına yol açmaları bakımından günümüzün en kritik hava kirliliği yaratan kaynakları olmuş ve olmaya da devam etmektedir.

    - Konutların Isıtılması: Konut ısıtılmasında ve enerji temininde kullanılan fosil yakıtlar içerisinde en büyük pay kömür ve petrole aittir. Kullanılan yakıtın kalitesi bu tür kaynaklardan gelen hava kirliliği üzerine çok fazla etki yapmaktadır. Son yıllarda özellikle kış mevsimlerinde başta büyükşehirlerimiz olmak üzere çok sayıdaki çarpık yerleşimin hakim olduğu, endüstri ağırlıklı şehirlerde SO2 konsantrasyonunun hava kalitesi standartlarının birkaç katını aşması olağan hale gelmiştir.

    YAKITLAR
    Katı yakıt; denince ilk akla gelen kömürdür. Kömür bünyesinde organik ve anorganik kükürt olmak üzere başlıca iki halde bulunur. Anorganik kükürt piritik veya sülfat halde genellikle külde bulunur. Organik kükürt ise kömürdeki karbonun yandığı gibi yanarak SO2 YE DÖNÜŞÜR VE ATMOSFERE ATILIR. Bu veya benzer yoldan atmosfere karışan SO2 ile onun atmosferdeki transformasyon ürünleri olan sülfit ve sülfatlar kondansasyon yoluyla toz taneciklerine dönüşür. Kendi aralarında veya başka taneciklerle birleşerek büyür ve çökelirler.

    Sıvı yakıt; Isıtma amacıyla yakılan sıvı yakıtlar gazyağı, mazot gibi beyaz ürünler bir yana bırakılırsa, daha çok ağır petrol türevleri olan “fuel-oil” türleridir. Bu grupta düşünülen ham petrol distilasyonu kalıntısı katran, yüksek kül ve kükürt içeriğine sahip olabilmektedir. Özellikle bazı tür ham petrollerden elde edilen u grup yakıtlarda bu ve benzeri zararlı maddeler daha fazla olabilmektedir.turkeyarena.com
    Gaz yakıtlar; doğal gaz, sıvılaştırılmış petrol gazları vs. Bu tür yakıtlar yandığında hava kirlenmesine neden olmazlar. Ancak sızıntı veya patlama söz konusudur.

    HAVA KALİTESİ STANDARTLARI
    Kükürtdioksit (SO2), kükürttrioksit (SO3) dahil
    UVS KVS
    Genel 150 400 (900)*
    Endüstri Bölgesi 250 400 (900)•
    UVS: (Uzun vadeli sınır değer): Aşılmaması gereken, bütün ölçüm sonuçlarının aritmetik ortalaması olan değerlerdir.

    KVS: (Kısa vadeli sınır değer): Max günlük ortalama değerler veya istatistik olarak bütün ölçüm sonuçları sayısal değerlerinin büyüklüğüne göre dizildiğinde, ölçüm sonuçlarının % 95’i aşmaması gereken değerlerdir.

    SO2 KİRLİLİĞİNİN ÇEVRE ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ
    - İnsan Sağlığına Etkileri: SO2 ve SO3 kükürtoksitlerinin atmosferde en çok bulunan türleridir. Renksiz bir gaz olan SO2 0.3-1.0 ppm arasında keskin kokusu vardır.
    Atmosferde fotokimyasal veya katalitik reaksiyonlar neticesinde SO2, kısmen SO3 veya H2SO4’e ve bunun tuzlarına dönüşür. Partiküller ve rutubet ile birlikte daha zarar verici etkileri vardır.
    İnsan sağlığı üzerinde yaptığı olumsuz etkilerden biri, brokokonstriksiyon olarak bilinen solunum yollarında direncin artmasıdır. Yapılan araştırmalar SO2 ve SO3’ün fizyolojik etkilerinin daha ziyade üst solunum yollarında keskin, boğucu ve tahriş edici bir özellik göstermesi şeklinde görüldüğünü ortaya çıkarmıştır. 1972’de New York’da yapılan bir çalışmada kükürtoksit konsantrasyonunun yoğun olduğu bölgelerde, 1-12 yaş grubu arasındaki çocuklarda akut bronşit hastalıklarında % 18 artış olduğu gözlenmiştir.

    Kükürtdioksitin yukarıda bahsedilen etkileri, bilhassa çok yüksek konsantrasyonların meydana geldiği episodlarda, hastalık ve ölüm oranlarında artışlara sebep olmuştur. Aralık 1952’de Londra’da meydana gelen episod’da SO2 partikül konsantrasyonlarının normal seviyelerinin birkaç katına ulaşması neticesinde hava kirliliğinden dolayı ölen insanların sayısında önemli bir artış gözlenmiştir.
    İstanbul’da yapılan bir çalışmada SO2 ve duman konsantrasyonları artışı ile akciğer ve solunum yolları hastalıkları (KaAlt) nedeniyle hastahanelere yapılan müracaat sayısında artış görülmüştür.
    - Yapı ve malzemeler üzerindeki etkileri; Yapılan gözlemler, SO2’nin 1-2 ppm konsantrasyon arasında boya filmlerinin kuruma sürelerini % 50-100 arttırdığını göstermiştir. 7-10 ppm arasında ise bu süre 3 güne kadar çıkmaktadır. Bu ortamlarda kuruyan yüzeylerin ise daha az dayanıklı oldukları belirlenmiştir.

    Kükürtoksitler, atmosferde veya metal yüzeylerinde H2SO4 oluşturmak suretiyle, metallerin korozyon hızlarının da artmasına neden olmaktadır. Bu etki hem metal cinsine hem de SO2’nin atmosferdeki konsantrasyon ve etkili olduğu süreye bağlıdır. Çeşitli SO2 konsantrasyonlarında ve sürelerde metal korozyonun 1.5 ila 5 kat arttığı gözlenmiştir. ABD’nin “Pittsburg” kentinde, SO2 konsantrasyonunun 1926-1960 periyodu arasında 0.15 ppm’den 0;05 ppm’e düşerek 3 kat azalması neticesinde, çinkonun korozyon hızında da 4 kat bir azalma olduğu görülmüştür.
    Metallerin korozyonunda SO2 nin etkisi yanında, sıcaklık ve nemin de etkisi bulunmaktadır. Örneğin Alüminyum SO2’e karşı oldukça dayanıklı olmasına mukabil, yüksek SO2 konsantrasyonlarında (1280 ppm) ve nisbi nem % 70'’n üzerine çıktığında korozyon hızı önemli ölçüde artmaktadır.SO2 nin yapılar üzerindeki etkisi, kireçtaşı (CaCO3) ile reaksiyona girerek suda çözünebilen, dolayısıyla yapıların zamanla yıpranmasına yol açan CaSO4 ve CaSO4, 2H2O meydana getirmesidir. Bu yıpranma mermer yapılarda da meydana gelmektedir.

    Genellikle hava kirleticilerinin tekstil, kumaş ve dokumalar üzerinde yapısal bağları zayıflatıcı ve germe kuvvetini düşürücü etkileri vardır. SO2 nin selüloz elyaflar, naylon pamuk ve rayon üzerinde zarar verici etkileri bulunmaktadır.
    A.B.D.’nin St. Louis kentinde yapılan bir çalışmada, hava kirliliğinin yoğun olduğu bölgelerde, pamuk malzemelerin germe kuvvetlerinde 1 yıl içinde % 50’den daha fazla bir azalma gözlenmiştir.
    SO2 nin deri ve kağıt malzemeler üzerinde de yıpratıcı etkileri vardır. SO2 deri tarafından absorbe edilerek H2SO2’e dönüşür. Ve bu da derinin yapısını bozar. Bu bilhassa kütüphanelerdeki kitap ciltlerinin çatlamasına yol açar. Kağıttaki selüloz elyaf, SO2’nin etkisi ile zayıflar. Bunda kağıt üretiminde kullanılan kimyasal maddelerin içinde bulunan eser miktardaki metallerin SO2’nin H2SO4’e dönüşümünü kataliz edici etkisinde önemli bir rolü bulunmaktadır.
    - Bitkiler Üzerindeki Etkisi: Hava kirleticileri doğrudan veya dolaylı olmak üzere iki yoldan etkiler. Doğrudan etki, bitki yaprağının yüzeylerinde bulunan ve stomata adı verilen deliklerden girmeleri neticesinde meydana gelir.

    Hava kirleticilerinin dolaylı etkisi ise, toprak ve su kanalı ile bitki köklerini etkileme suretiyle belirir.
    SO2, kloroplastların sayısında azalma nedeniyle renk solması veya sararması (klorosis) ve yüzeyde benekleşme (filecking) şeklinde fiziksel etkiler veya mekanizmalarında aksaklıklar, verimde düşmeler gibi fizyolojik ve biyokimyasal etkiler şeklinde belirir.

    SO2 ARITMA YÖNTEMLERİ
    Baca gazlarında kükürtdioksitin arıtılması ile ilgili olarak literatürde pek çok yöntem önerilmiştir. Önerilen bu yöntemlerin bazıları prototip uygulama aşamasına gelebilmiş, ancak bir kaçı ticari olarak endüstride kullanılabilecek gelişmişlik düzeyine ulaşabilmiştir.
    Baca gazında bulunan SO2 nin arıtılması yöntemleri genelde, arıtma amacı ile hazırlanmış bir arıtıcı akışkanın baca gazları ile temasa geçirilerek SO2 nin arıtıcı akışkana aktarılması prensibine dayanmaktadır. Bu aktarma işlemi SO2 nin “çözülmesi-absorbe edilmesi” veya “bir yüzeyde tutulması” esasına dayanmaktadır (Absorbsiyon; adsorpsiyon).

    Kükürt arıtma yöntemlerinin sınıflandırılması genelde; arıtıcı akışkanın özelliğine, arıtıcı akışkanın yenilenebilirliğine yani sürekli kullanılıp kullanılmaması durumuna (açık / kapalı devre akışkan), yan ürünlere ve özelliklerine, aynı zamanda diğer kirleticilerin de (örneğin NOX) birlikte arıtılma durumuna (birleşik yöntem) vb nedenlere göre yapılmaktadır.

    SO2 arıtma yöntemleri, SO2 nin çözülmesi –absorbesi esasına dayanan “yaş yıkama” yöntemleri ile SO2 nin çözülmeden kuru olarak bir yüzeyde tutulması, “yüzeysel tutma” yöntemleri olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Yaş yıkama proseslerinde arıtıcı akışkan, arıtıcı çözeltiden (kireç çözeltisi, Amonyak çözeltisi vb) oluşmaktadır. Çözücü madde olarak genelde su kullanılmaktadır. Kuru, yüzeysel tutma yöntemlerinde arıtıcı akışkan genelde tozlaştırılarak yanma gazına enjekte edilmektedir. Kısmi kuru yüzeysel tutma yöntemlerinde ise, tozlaştırılmış arıtıcı madde sulandırılarak baca gazı içerisinde atomize edilmektedir.

    ANTROPOJENİK EMİSYONLARIN ÖNLENMESİ İÇİN ÇARELER
    • Daha az kirleten yakıtların kullanılması (kömür ve sıvı yakıtlarda desülfürizasyon uygulanması doğal gaz kullanımı düşük kükürtlü kömür ve sıvı yakıtlarına yönelme)
    • Fosil yakıt kullanımının azaltılması (enerji tasarrufu, daha verimli enerji kullanımı, yenilenebilir enerjilere yönelme)
    • Yanmadan kaynaklanan kirliliğin azaltılması (yanma veriminin azaltılması)
    • Endüstriden kaynaklanan emisyonların azaltılması (yeni teknolojilerin kullanımı)
    • SO2 için desülfüriasyon yapılması
    • Katı yakıtların gazlaştırılması, akışkan yatak gibi yanma teknolojilerine yönelmedir. Uygun büyüklükteki kömür taneciklerine akışkan özellik kazandırılarak Newtonian olmayan akışkan halindeki yakma işlemi diğer bir deyişle akışkan yatakta yakma, günümüzde en iyi yöntem olarak kabul edilmektedir.
     



Sayfayı Paylaş