Composition and source apportionment of atmospheric particulate matter: Bolu case

Abant İzzet Baysal Üniversitesi kampüsünde Mart 2013 - Şubat 2014 tarihleri arasında toplam 326 PM2.5-10 teflon filtre, 312 PM2.5 teflon filtre, 172 PM10 kuvars filtre ve 166 PM2.5 kuvars filtre örnekleri toplanmıştır. Teflon filtreler anyon(F-, Cl-, NO2-, NO3-, Br-, SO4-2) ve katyon (Li+, Na+, NH4+, K+, Mg+2, Ca+2) ve elementlerin (Li, Be, Na , K, Mg, Al, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, As, Se, Rb, Sr, Y, Mo, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, W, Hg, Pt, Au, Pb, Bi, Tl, Th, U) miktarlarını belirlemek için kullnılmıştır. Kuvars filtreler PM10 ve PM2.5 modlardaki organik karbonu (OK), elemental karbonu (EK) ve toplam karbonu (TK) değerlendirmek için kullanılmıştır. Analizler için ICP-MS, İyon Kromatografi ve termal/optik transmitans karbon analizörü kullanılmıştır. Her bir parametrenin ölçülen konsantrasyonları, istatistiksel mevsimsel ve zamansal olarak değerlendirilmiştir. Kalsiyum, Al, Fe, Na, Mg ve K en fazla aritmetik ortalamalara sahiptirler. Toprak kaynaklı elementler en çok kaba fraksiyonda bulunurken, insan kaynaklı elementler en çok ince fraksiyonda bulunmuşlardır. Partikül madde aritmetik ortalama konsantrasyonları ve standart sapmaları ısınma olmayan sezonda daha az olarak bulunmuşlardır. Partikül madde konsantrasyonu, bazı örnekleme günlerinde 4856 sayılı Çevre ve Orman Bakanlığının kanunu tarafından belirlenen sınır değerlerden daha yüksek bulunmuştur. NO3-/SO42- oranları örnekleme alanının, hareketli emisyonlardan çok kömür yanmasından etkilendiğini göstermiştir. Katyonun anyona oranı ve çoklu lineer regrasyon sonucundan, partikül maddenin asidik olduğu bulunmuştur. OK ve EK arasındaki korelasyonlar aylık olarak yapılmıştır. Yüksek korelasyon katsayıları benzer kaynaklardan atıldıklarını göstermektedir. Birincil OK'nin konsantrasyonları genelde ikincil OK'nin konsantrasyonlarından daha fazladır. OK ve EK'nin konsantrasyonları ısınma sezonunda artan bir eğilim göstermektedir. Kaynak paylaşımı çalışmaları, zenginleşme faktörü hesaplamaları, rüzgar sektörü analizi, geri trajektöriler ve pozitif matriks faktörleme (PMF) kullanılarak yapılmıştır. Her iki fraksiyonda da insan kaynaklı elementler çok fazla zenginleşmiştir. Örnekleme alanındaki dominant rüzgar sektörü batı güney batıdır. Bu yönden lokal kaynaklar olmadığından, uzun mesafe taşınım ana kirlilik kaynağıdır. Kirlilik güllerinden bulunan insan kaynaklı kirleticiler için diğer kirlilik kaynakları şehir merkezi ve otobanlardır. Her iki partikül modunda da geri trajektörilerle birleştirilmiş PMF sonuçları örnekleme alanını etkileyen 8 faktör vermiştir. Kaba partiküller için bunlar trafik, kömür ve odun yanması, yaşlı aerosol, tarımsal aktiviteler, kirli toprak, demir-çelik işleri, toprak, deniz-uzun mesafe taşınımdır. Toprak (Sahra etkisi), şehir faktörü, deniz-uzun mesafe taşınım, kümes hayvanları sektörü, kömür ve biyokütle yakımı, trafik-madencilik, yaşlı aerosol, atık yakımı-demir çelik işleri ince partiküldeki kaynaklardır.

Totally 326 PM2.5-10 teflon filter, 312 PM2.5 teflon filter, 172 PM10 quartz filter and 166 PM2.5 quartz filter samples were collected in the campus of Abant İzzet Baysal University between March 2013 and February 2014. Teflon filters were used to determine the amounts of anions (F-, Cl-, NO2-, NO3-, Br-, SO42-) and cations (Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+) and elements (Li, Be, Na, K, Mg, Al, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, As, Se, Rb, Sr, Y, Mo, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, W, Hg, Pt, Au, Pb, Bi, Tl, Th, U). Quartz filters were used to evaluate organic carbon (OC), elemental carbon (EC) and total carbon (TC) in PM10 and PM2.5 mode. For the analysis, ICP-MS, ion chromatography and termal/optical transmittance carbon analyzer were used. The measured concentrations of each parameter were evaluated statistically, seasonally and temporally. Calcium, Al, Fe, Na, Mg, and K had the highest arithmetic mean concentrations. The crustal elements were mostly found in the coarse fraction and the anthropogenic ones were in the fine fraction. The arithmetic means and standard deviations of the particulate matter concentrations were lower in the nonheating season. Particulate matter concentrations were greater than the limit values regulated by law number 4856 of the Ministry of Environment and Forestry in some sampling days. The NO3-/SO42- ratio indicated that the sampling site was affected from the coal burning rather than emissions from mobile sources. As a result of cation to anion ratio and multiple linear regression, it was found out that the particulate matter was acidic. The correlations between OC and EC were performed monthly. The high correlation coefficients indicated that they were emitted from the similar sources. The concentrations of primary OC were generally greater than the concentrations of secondary OC. The concentrations of both however showed the increasing trend in the heating season. The source apportionment studies were done by using enrichment factor calculation, wind sector analysis, back trajectories and positive matrix factorization (PMF). The antropogenic elements were highly enriched in both fractions. The dominant wind sector in the sampling area was from West South West sector. There are no local sources from that direction therefore the long-range transportation is the main pollution source. The other pollution sources for the anthropogenic elements that were found from the pollution roses were the city center and highways. The results of PMF combined with back trajectories gave 8 factors affecting the sampling site for both particulate modes. They were named as: Traffic, coal and wood burning, aged aerosol, agricultural activities, polluted soil, iron-steel works, soil, sea-long range transportation for coarse particulate matter. The sources for fine particulate matter were as follows: Soil (Saharan effect), urban factor, sea-long range transportation, poultry sector, coal and biomass burning, traffic-mining, aged aeosol, waste incineration-iron-steel works.