Mersin atmosferik çökelme örneklerinin formaldehit içeriklerinin incelenmesi

Abstract

Formaldehit (HCHO), karbonil grubu içeren ve normal koşullarda gaz fazında bulunan organik bir bileşiktir. Endüstriyel bir kimyasal olarak geniş ölçüde kullanılan bu bileşik, fosil yakıtların tam yanmaması sonucunda atmosfere karışır ve özellikle kentlerde hava kirliliğinin derecesini göstermesi bakımından önem taşır. Bu tez çalışmasının amacı, Mersin'de atmosferden yaş ve kuru çökelme yolu ile taşınan çözünmüş organik bileşiklerden formaldehitin zamana ve meteorolojik koşullara bağlı olarak nasıl bir değişim sergilediğini incelemek ve bu yolla Mersin Üniversitesi Çiftlikköy Kampüsü atmosferinin trafik kaynaklı kirletici emisyonlarından ne ölçüde etkilendiğini belirlemektir. Bu amaçla, Çiftlikköy Kampüsü'ndeki örnekleme istasyonundan 30 Mart 2013 – 30 Mart 2014 tarihleri arasındaki bir yıl süresince atmosferik çökelme örnekleri toplanmış ve bu örneklerde pH ve elektriksel iletkenlik (EC) ölçümlerine ek olarak iki farklı spektrofotometrik yöntemle formaldehit (HCHO) analizleri gerçekleştirilmiştir. Örnekleme dönemi boyunca toplanan 77 adet atmosferik çökelme örneğinde (35 yaş, 33 kuru ve 9 bulk) ölçülen pH değerleri 4,59 - 8,18 arasında değişmektedir. Yaş çökelme örnekleri için hesaplanan hacim ağırlıklı ortalama pH değeri 5,44, geometrik ortalama EC değeri ise 33,5 S/cm'dir. Yaş çökelme örneklerinin % 91'i, atmosferik karbondioksit ile dengede olan yağmur suyunun pH'sının 5,60 olduğu düşünülürse, alkali karakterlidir (pH > 5,60). İki farklı spektrofotometrik yöntemle ölçülen formaldehit sonuçlarını karşılaştırmak için Student t-testi uygulanmış, Nash yöntemi ile kromotropik asit yöntemleri arasında istatistiksel açıdan bir fark gözlenmemiştir. Ancak, analitiksel açıdan Nash yönteminin daha güvenilir bir yöntem olduğu bulunmuştur. Formaldehit için hesaplanan yıllık yaş ve kuru çökelme akıları karşılaştırıldığında yaş çökelme yoluyla inen formaldehit akısının (50,1 mg/m2.yıl); kuru (4,5 mg/m2.yıl) ve bulk çökelme (3,2 mg/m2.yıl) akılarının çok üzerinde olduğu görülmektedir. Formaldehit taşınımı ağırlıklı olarak yaş çökelme yolu ile gerçekleşmektedir. Kuzey Afrika ve Orta Doğu gibi kurak bölgelerden kaynaklanan mineral tozun etkisi altında olan bölgenin klimatolojik koşulları, özellikle ilkbahar ve sonbahar aylarında hava kütlelerinin Kuzey Afrika üzerinden sistematik olarak toz taşımasına elverişlidir. Böyle bir sistemle taşınan mineral toz, yüksek demir içeriği nedeniyle kızıl renkte olup bu taşınım sırasında yağan yağmurlar `kızıl yağmur` olarak nitelendirilmektedir. Örnekleme dönemi boyunca toplanan kızıl (n:11) ve normal (n:24) yağmur örneklerine ait hacim ağırlıklı ortalama formaldehit derişimleri karşılaştırılmış ve bu iki grup örneğin formaldehit içerikleri arasında istatistiksel açıdan anlamlı bir fark bulunmamıştır. Yıllık formaldehit akıları temelinde yapılan karşılaştırma sonuçları da, atmosferik yaş çökelme açısından, mineral toz taşınımının bölge atmosferindeki formaldehit taşınımı üzerinde etkili olmadığını ortaya koymuştur. Benzer karşılaştırma kuru çökelme örneklerine de uygulanmış, ancak bu kez kızıl toz içeren kuru çökelme örnekleri yolu ile gerçekleşen yıllık formaldehit akısının, normal kuru çökelme örneklerine ait yıllık akıdan yaklaşık iki kat daha yüksek olduğu görülmüştür.

Formaldehyde is an organic compound containing a carbonyl group and it is in the gaseous state under normal conditions. It is also a widely used industrial chemical and released into the atmosphere as a result of incomplete combustion of fossil fuels. Therefore, it can be considered as an indicator of air pollution level particularly in urban areas. The aim of this study was to examine the atmospheric abundance of formaldehyde and to quantify its wet, dry and bulk deposition fluxes depending on time and meteorological conditions, in this wise, to determine the degree of air pollution originated from traffic emissions in the Mersin atmosphere. For this purpose, atmospheric deposition samples have been collected at Mersin University, Çiftlikköy Campus during one year period between 30 March 2013 - 30 March 2014. These samples were analyzed to determine pH, electrical conductivity (EC) and formaldehyde concentrations by two different spectrophotometric methods. Totally, 77 atmospheric deposition samples (35 wet, 33 dry and 9 bulk) have been collected covering all deposition events within one year period. The pH varied from 4,59 to 8,18 for all deposition samples. The volume weighted mean pH value calculated for wet deposition samples is 5,44 and the geometric mean of EC is 33,5 S/cm. Out of 35 wet deposition samples, 91 % reflects alkaline pH character, as compared to 5,60 of precipitation at equilibrium with atmospheric carbon dioxide (pH > 5,60). In order to test for significant differences between concentrations of HCHO measured by two different spectrophotometric methods (Nash and Chromotropic Acid), the Student's t test (two-tail at 5 %) was applied to the data. The results of this statistical test showed that there is no significant difference between the respective data sets of the two methods. However, Nash method is considered to be a more reliable method from the analytical perspective. The comparison of the wet and dry depositional formaldehyde fluxes on annual basis revealed that formaldehyde is mostly transported by the way of wet deposition from the atmosphere in Mersin Region. The annual wet depositon flux of formaldehyde (50,1 mg/m2.yr) was found to be much higher than the annual dry (4,5 mg/m2.yr) and bulk deposition (3,2 mg/m2.yr) fluxes of this constituent. Mersin region is under the influence of long range dust transportation originated from the arid North Africa and the Middle-East Region. The precipitation events coinciding with dust transport are called as `red rain` due to the high iron content of mineral dust. The wet deposition samples collected during one year period are classified as normal (n:24) and red rain (n:11) samples. When the volume weighted mean formaldehyde concentrations of these two data sets are compared, statistically no significant difference is observed. The comparison of the data on annual formaldehyde flux basis also revealed the same result; in terms of wet deposition, dust transportation is not effective on the regional atmospheric transportation of formaldehyde. On the other hand, the similar comparison applied to the dry deposition samples revealed that the annual formaldehyde flux of samples containing high amount of red dust (3,1 mg/m2.yr) is almost twice higher than the annual formaldehyde flux of normal samples (1,4 mg/m2.yr.