İzmit atmosferinde partiküldeki poliaromatik hidrokarbonların ve eser elementlerin seviyelerinin, mekânsal dağılımlarının ve kaynaklarının belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Kocaeli ili, İzmit ilçesinde 14 örnekleme noktasında PM2.5'e bağlı 16 PAH ve 40 eser elementin seviyeleri araştırılmıştır. Yaz mevsiminde (42 örnek) ve kış mevsiminde (42 örnek) yüksek hacimli hava örnekleyicileri kullanılarak toplam 84 örnek toplanmıştır. PM2.5 ortalama kütle konsantrasyonu 33,78 ± 22,22 µg/m3 olarak bulunmuştur. En yüksek seviyeler trafik yükünü temsil eden Cedit (103,6 µg/m3) ve endüstriyel kirliliği gösteren Sanayi (50,32 µg/m3) örnekleme noktalarında belirlenmiştir. Toprak tozunun yoğun olduğu ve/veya inşaat faaliyetlerinin olduğu bölgelerde yaz döneminde kış dönemine göre baskınlık (K/Y<1) söz konusu olmuştur. PM2.5'e bağlı PAH'ların konsantrasyonları sırasıyla 0,0002 ng/m3 (Phe) ile 5,590 ng/m3 (BbF) aralığında değişmiştir. Baskın PAH bileşiklerinin BbF (1,647 ng/m3), BaP (1,014 ng/m3), Chy (0,883 ng/m3), BgP (0,857 ng/m3) ve Pyr (0,848 ng/m3) olduğu belirlenmiştir. BaP konsantrasyonunun DSÖ sınır değerlerinin üzerinde olduğu görülmüştür. Σ16PAH konsantrasyonları yaz mevsiminden (2,000±0,137 ng/m3) kış mevsimine (14,923±0,805 ng/m3) artan konsantrasyonlar ile belirgin bir mevsimsel değişim göstermiştir. Kent merkezinden uzaklaştıkça konsantrasyon seviyelerinin düştüğü gözlemlenmiştir. PCA ile PAH'ların yaz mevsiminde kaynaklarının trafik emisyonları (%52,45) ve endüstriyel emisyonlar (%28,30), kış mevsiminde ise trafik emisyonları (%50,96), kömür yakma (29,71) ve petrojenik kaynak (%15,23) olduğu belirlenmiştir. Moleküler tanı oranları ile de kış dönemi ile aynı kaynakların baskınlığı belirlenmiştir. PM2.5'e bağlı eser elementlerin konsantrasyonları ise 0,0004 ng/m3 (Lu) ile 510,20 ng/m3 (Ca) aralığında değişmiştir. PM2.5'teki eser elementlerde Ca (510,20 ng/m3), K (215,04), Fe (204,78), Na (202,69), Mg (79,79), P (77,18), Al (74,29) ve Zn (67,04) elementlerinin (ng/m3) baskınlığı görülmüştür. Al, Fe ve Ti gibi toprak elementlerinin yaz mevsiminde (Y/K>1), Zn, Cu, P, Pb ve Se gibi antropojenik elementlerin kış mevsiminde baskın (Y/K<1) olduğu tespit edilmiştir. Cd (0,2 ± 0,09 ng/m3), Ni (1,74 ± 1,43 ng/m3) ve Pb (6,24 ± 3,09 ng/m3) gibi sağlık açısından riskli elementlerin konsantrasyonlarının DSÖ, AB direktifi ve HKDYY'nde ki sınır değerleri aşmadığı belirlenmiştir. ZF analizi ile Cu, Zn, Pb, Se ve Cd gibi elementlerin antropojenik kaynaklarla (ZF>100) ilgili olduğunu tespit edilmiştir. PCA analizi ile eser elementlerin yaz mevsimi kaynakları toprak kaynağı (%20,9), trafik emisyonu (%17,35), deniz tuzu (%16,17), yol tozu (%15,1) ve endüstriyel emisyonlar (%8,0) olarak belirlenmiştir. Kış dönemi kaynaklarının ise kontamine toprak (%38,05), toprak kaynağı (%16,8), yol tozu (%10,03), endüstriyel emisyon (%8,44), yanma kaynağı (%7,47) ve kömür yakma (%6,36) kaynağı olduğu tespit edilmiştir.

In this study, the levels of 16 PAHs and 40 trace elements related to PM2.5 were investigated at 14 sampling points in Kocaeli province, Izmit district. A total of 84 samples were collected using high volume air samplers in summer (42 samples) and winter (42 samples) seasons. The mean mass concentration of PM2.5 was found to be 33.78 ± 22.22 µg/m3. The highest levels were determined at Cedit (103.6 µg/m3), which represents the traffic load, and at the Sanayi sampling points (50.32 µg/m3), which indicates industrial pollution. In areas where soil dust is intense and/or construction activities are active, PM2.5 mass concentrations are dominant in summer compared to winter (K/Y<1). The concentrations of PM2.5-bound PAHs ranged from ng/m3 (Phe) to 5.590 ng/m3 (BbF), respectively. The predominant PAH compounds were determined to be BbF (1.647 ng/m3), BaP (1.014 ng/m3), Chy (0.883 ng/m3), BgP (0.857 ng/m3) and Pyr (0.848 ng/m3). It was observed that the BaP concentration was above the WHO limit values. Σ16PAH concentrations showed a significant seasonal variation with increasing concentrations from (2.000±0.137 ng/m3) to winter (14.923±0.805 ng/m3). It has been observed that concentration levels decrease as you move away from the city center. With PCA, it has been determined that the sources of PAHs are traffic emissions (52.45%) and industrial emissions (28.30%) in summer, and traffic emissions (50.96%), coal burning (29.71%) and petrogenic sources (15.23%) in the winter season. With the molecular diagnosis rates, the dominance of the same sources with the winter period was determined. The concentrations of trace elements due to PM2.5 varied between 0.0004 ng/m3 (Lu) and 510.20 ng/m3 (Ca). The dominance of Ca (510.20), K (215.04), Fe (204.78), Na (202.69), Mg (79.79), P (77.18), Al (74.29) and Zn (67.04) elements (ng/m3) was observed in trace elements in PM2.5. It has been determined that soil elements such as Al, Fe and Ti are dominant in summer (Y/K>1), anthropogenic elements such as Zn, Cu, P, Pb and Se are dominant in winter (Y/K<1). It has been determined that the concentrations of elements with health risks such as Cd, Ni and Pb do not exceed the limit values in WHO, EU directive and HKDYY. With EF analysis, it has been determined that elements such as Cu, Zn, Pb, Se and Cd are related to anthropogenic sources (ZF>100). By PCA analysis, summer sources of trace elements were determined as soil source (20.9%), traffic emissions (17.35%), sea salt (16.17%), road dust (15.1%) and industrial emissions (8.0%). It has been determined that the sources of winter period are contaminated soil (38.05%), soil source (16.8%), road dust (10.03%), industrial emission (8.44%), combustion source (7.47%) and coal burning source (6.36%).