Determination of volatile organic compounds around Aliaga by passive sampling methods

Abstract

Uçucu organik bileşikler (UOB) troposferik kimyadaki rolleri ve insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle en önemli hava kirleticileridir. Havadaki UOB konsantrasyonlarını belirlemek için, Aliağa kentsel ve endüstriyel alanlarında haftalık pasif örnekleme için, 48 örnekleme noktalı bir dikey hat sistemi kurulmuştur. Beş örnekleme dönemi 19-26 Aralık 2005, 21-28 Mart 2006, 19-26 Haziran 2006, 29 Ağustos ”“ 5 Eylül 2006 ve 9-16 Şubat 2007 tarihlerinde gerçekleştirilmiştir. Kullanılan metod ile 55 bileşik ölçülebilir ve belirlenebilir olmasına rağmen, bu beş dönemde yirmi üç UOB bulunmuş ve ölçülmüştür. Bu tez çalışmasında, örnek tüplerinde tutulan BTEK olarak adlandırılan benzen, toluen, etilbenzen ve ksilen isimli dört UOB üzerinde derinlemesine çalışılmıştır. BTEKler, bolca bulunması, ortak kaynakları ve ciddi sağlık etkileri nedeniyle UOBlerin en önemli grubudur. Aliağa bölgesinde, ortalama 2.10 µg m-3 ile styren en fazla bulunan organik bileşiktir ve bunu ortalama 1.65 µg m-3 ile 2-metilheksan ve ortalama 1.44 µg m-3 ile toluen takip eder. En yüksek UOB konsantrasyonları petrokimya ve rafineri bölgelerinde ölçülmüştür. BTEK seviyeleri kış aylarında yaza göre nispeten daha yüksek bulunmuştur. BTEK seviyelerinin düşük olmasının nedeni, yüksek sıcaklık ve güneş ışığı nedeniyle yüksek reaksiyon hızlarının kimyasal giderimi etkisi olabilir. Ortalama BTEK oranları 1. dönem için 2.5:5.3:1.0:1.5, 2. dönem için 2.7:4.9:1.0:2.2, 3. dönem için 2.0:6.7:1.0:2.5, 4. dönem için 2.5:8.3:1.0:3.6 ve 5. dönem için 13.0:25.9:1.0:3.3 tür. UOB'lerin olası kaynaklarını belirlemek için, toluen / benzen oranı da incelenmiştir. T/B oranları 1. dönem için 2.1, 2. dönem için 1.8, 3. dönem için 3.4, 4. dönem için 3.3 ve 5. dönem için 2.0 bulunmuştur. Kışın trafik kökenli kirlilik ana UOB kaynağı olmakla beraber yazın UOB kaynağı olarak endüstriyel faaliyetlerin de etkisi görülmektedir. T/B oranlarına göre, bu bileşikler kışın araç trafiğinden kaynaklanabilir olması ile beraber, yazın endüstriyel emisyonların daha fazla etkilediği söylenebilir. Bu çalışmada kaynak belirlenmesi yapılmamasına rağmen, farklı BTEK konsantrasyonları arasındaki korelasyonlar ana kaynağın trafik emisyonları olduğunu göstermiştir. Aliağa bölgesindeki kanser riskini incelemek için benzen seviyeleri de araştırılmıştır. Benzen kanserojen olarak bilinir ve 1 µg m-3 benzene sürekli maruz kalma, kan kanseri için 2.2 x 10-6 ”“ 7.8 x 10-6 arasında değişen risk yaratır. Genellikle 5µg m-3 değeri pratik sınır değer olarak düşünülebilinir (ENDS, 1996). Ortalama benzen konsantrasyonları 1. dönem için 0.66, 2. dönem için 1.22, 3. dönem için 0.27, 4. dönem için 0.13 ve 5. dönem için 0.78'dir. Genel olarak, kentsel alanda benzenden kaynaklı önemli kanser riski bulunmamaktadır. Bununla beraber, petrokimya ve rafineri alanlarında benzen seviyeleri 5µg m-3 den yüksektir ve ileride kesinlikle üzerinde çalışması gereken bir risk bulunmaktadır. Volatile organic compounds (VOCs) are most important air pollutants because of their role in the tropospheric chemistry and their adverse effects on human health. In order to determine their ambient VOC concentrations in Aliağa urban and industrial region a grid system with 48 sampling points for weekly passive sampling were established. The five sampling campaign periods that were conducted on December, 19-26, 2005; March 21-28, 2006; June, 19-26, 2006; August 29 ”“ September 5, 2006 and February 9-16, 2007. Twenty-three VOCs were detected and quantified in these five periods, although 55 such compounds were measureable and quantifiable with the method used. In this thesis work, four of the VOCs, namely the benzene, toluene, ethylbenzene and xylene which are altogether called BTEX compounds held by the sample tubes were studied in depth. BTEX are the most important group of VOCs for their abundance, common sources and serious health effects. Styrene was the most abundant volatile organic compound, followed by 2-methylhexane and toluene with an average of 2.10 µg m-3, 1.65 µg m-3 and 1.44 µg m-3 at Aliaga region. The highest VOC concentrations were measured at petrochemical and refinery areas. The levels of BTEX were relatively higher in winter as compared to summer periods. The reason of having lower levels of BTEX might be the effects of higher chemical removal reaction rates by higher temperatures and sunlight. The average BTEX ratios were 2.5:5.3:1.0:1.5 for period 1, 2.7:4.9:1.0:2.2 for period 2, 2.0:6.7:1.0:2.5 for period 3, 2.5:8.3:1.0:3.6 for period 4 and 13.0:25.9:1.0:3.3 for period 5. Toluene to benzene (T/B) ratio was also studied to identify the possible sources of VOCs. T/B ratios were 2.1 for period 1, 1.8 for period 2, 3.4 for period 3, 3.3 for period 4 and 2.0 for period 5. In winter vehicular exhaust was the main source of VOCs, however in summer industrial activities also affect the air pollution as source of VOCs. According to T/B ratios, these compounds were more likely originating from the vehicles in traffic in winter, however, they might be more affected by industrial emissions in summer. Although a source detection study was not made in this study, correlations between different BTEX concentrations showed that their major source were the traffic emissions. Also benzene levels were evaluated for the cancer risk in Aliaga region. Benzene is a known carcinogen and continous exposure to 1 µg m-3 produces a lifetime risk ranging of 2.2 x 10-6 ”“ 7.8 x 10-6 for leukaemia. Usually, 5µg m-3 is considered a practical limit (ENDS, 1996). Average benzene concentrations were 0.66 for period 1; 1.22 for period 2; 0.27 for period 3; 0.13 for period 4 and 0.78 for period 5. Generally speaking , these average values indicate no significant cancer risk due to benzene in the area. However benzene levels were higher than 5µg m-3 at the petrochemical and refinery yards and there was the risk for people which must definitely be studied further.