Frakcje pyłu – techniki pomiarowe

    Skład frakcyjny emitowanego pyłu jest specyficzny dla źródła emisji. Zależy od ogółu zjawisk zachodzących w źródle, w szczególności od parametrów procesu, budowy źródła oraz stosowanych procesów oczyszczania odgazów. Wymienione cechy sprawiają, że przyjęcie charakterystyki wyznaczonej dla innego źródła jest bardzo ograniczone i musi zostać poprzedzone dogłębną analizą podobieństwa wszystkich czynników determinujących uziarnienie pyłu. Najmniejszym błędem jest obarczone przejęcie charakterystyki pyłu dla źródeł prostych, o podobnej budowie, niewyposażonych w urządzenia odpylające i pracujących na zbliżonych parametrach, np. kotłów o jednakowej mocy i budowie, zasilanych takim samym paliwem gazowym lub ciekłym, lub stanowisk spawalniczych wykorzystujących tę samą technikę spawania, parametry prądu spawalniczego, rodzaj spawanego materiału i materiału łączącego. W praktyce prawdopodobieństwo uzyskania tak znacznej zgodności jest bardzo małe. Z tego względu dla instalacji, z których emisja pyłu ma duże znacznie dla jakości powietrza, jeśli tylko jest to możliwe, zaleca się wykonanie pomiarów składu granulometrycznego emitowanych pyłów, mimo że obecne techniki pomiarowe stwarzają wiele trudności, a uzyskiwane wyniki w niektórych przypadkach mogą być obarczone znaczną niepewnością. Powszechnie wykorzystywane są następujące metody pomiarowe:

    • aspiracja pyłu i oznaczenie składu granulometrycznego metodą dyfrakcji laserowej,

    • aspiracja impaktorem kaskadowym,

    • separacji w cyklonach lub filtrach (w tym z kondensacją),

    • pomiar ilości i wielkości cząstek w podczerwieni (Infrared Particle Sizer).

    Dobór metody wyznaczenia składu frakcyjnego pyłu zależy od celu pomiaru:

    • pomiary udziału w pyle ogółem frakcji PM2,5 i PM10: dowolna z opisanych powyżej metod,

    • oznaczenia zawartości metali i ich związków w pyle zawieszonym PM10, dla których określono wartości odniesienia w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu (Dz.U. Nr 16, poz. 87):

    a) pomiary wymagające akredytacji: pobór frakcji PM10 i oznaczenie składu frakcji PM10 lub dla pyłów o jednorodnym składzie (brak znaczenia uziarnienia dla składu) oznaczenie metali i ich związków w pyle ogółem, oznaczenie udziału frakcji PM10 w pyle ogółem (dowolną metodą wg wymagań akredytacji) oraz przeliczenie wyników umożliwiające wiarygodne wskazanie zawartości metali i ich związków w pyle PM10,

    b) pomiary niewymagające akredytacji: zalecana metoda – separacja frakcji PM10 i oznaczenie w niej zawartości metali i ich związków,

    • oznaczenia udziału pyłu zawieszonego PM2,5 i PM10 w pyle ogółem oraz określenie ich składu lub zawartości we frakcjach wybranych związków chemicznych: metoda impaktora kaskadowego lub metoda separacji w cyklonach i na filtrach,

    • oznaczenie składu granulometrycznego w rozbiciu na wiele frakcji (składu pełnego): metoda dyfrakcji laserowej, analiza toru cząstek, metoda impaktora kaskadowego.

    Składy frakcyjne przedstawione w zakładkach poświęconych poszczególnym zbiorom danych (CEIDARDS, US EPA AP-42, Speciate, wyniki badań w Niemczech oraz badań Polskiej Akademii Nauk) zostały uzyskane z wykorzystaniem różnych metod, w tym najczęściej poprzez separację na cyklonach i filtrach, dyfrakcje laserową oraz metodę impaktora kaskadowego. Poniżej przedstawiono krótką charakterystykę poszczególnych metod.

    Dyfrakcja laserowa

    Pobór pyłu prowadzony jest najczęściej na standardowe sączki lub gilzy do pomiaru stężenia pyłu, z których jest on następnie „wymywany” do ośrodka dyspersyjnego z wykorzystaniem metody ultradźwiękowej, po czym poddawany jest oznaczeniu właściwemu na granulometrze laserowym. Metoda analityczna wykorzystuje zjawisko dyfrakcji optycznej światła monochromatycznego (ugięcia fali światła lasera), które zachodzi na granicy ośrodka nieprzepuszczalnego (cząstek stałych) i ośrodka przepuszczalnego (cieczy dyspersyjnej).

    Zaletą metody jest standardowy, prosty pobór pyłu oraz niski koszt oznaczenia. Jej głównymi wadami są natomiast ograniczenia w zakresie stosowania wynikające ze wzrostu niepewności dla pyłów o kształcie ziaren innych niż kuliste oraz trudności z doborem cieczy dyspersyjnej umożliwiającej utworzenie ośrodka optycznego. Przeważnie jako ciecz dyspersyjną wykorzystuje się wodę, alkohol etylowy lub alkohol izopropylowy. Nie jest zatem możliwe wykonanie oznaczenia dla wielu rodzajów substancji rozpuszczalnych w tych cieczach. Wątpliwości mogą również budzić wyniki analiz pyłów o znacznej wilgotności, krystalizujących po poborze podczas suszenia lub transportu próbki. Przeprowadzenie próbki pyłu przekrystalizowanego do ośrodka dyspersyjnego może prowadzić po uzyskania innego rozkładu ziaren niż pierwotny.

    Impaktor kaskadowy

    Jest to metoda bezpośredniego pomiaru składu frakcyjnego pyłu, w przeciwieństwie do metod nieselektywnego poboru pyłu i oznaczania granulometrii próbki pobranego pyłu ogółem. Zasada działania impaktora wykorzystuje różnicę sił bezwładności (zależnej od masy cząstek) i pozostałych sił oddziałujących na cząstki zawarte w gazie przepływającym przez poszczególne półki (stopnie) przyrządu. W zależności od budowy impaktora możliwe jest oznaczenie od 2 do 13 frakcji.

    Oprócz podstawowej zalety selektywnego poboru pyłu o różnym zakresie średnic ziaren, impaktory wyposażone w układ pomiaru ładunków cząstek umożliwiają uzyskanie orientacyjnego obrazu rozkładu uziarnienia on-line (w trakcie wykonywania pomiarów). Selektywne pobranie pyłu umożliwia wykonanie dodatkowych analiz w obrębie poszczególnych frakcji. Metodę pomiaru emisji z wykorzystaniem impaktora kaskadowego opisano w normie VDI 2066-5: 1994 Particulate matter measurement - Dust measurement in flowing gases; particle size selective measurement by impaction method – Cascade impactor.

    Poprawne przeprowadzenie pomiaru wymaga analizy parametrów fizycznych zapylonego gazu (temperatury, wilgotności) oraz własności pyłu (zawilgocenia, zawartości związków lotnych). Znaczenie ww. parametrów dla wyników pomiarów prowadzonych w zakresie charakterystycznym dla powietrza atmosferycznego (pomiary imisji) przedstawiono w pracy Równoważność metod pomiarowych on-line i odniesienia stosowanych do oznaczenia PM10, J. Gołębiewski, K. Szymańska, Ochrona powietrza w teorii i praktyce, PAN, Zabrze, 2012 dostępnej na stronie
    https://ipis.zabrze.pl/dokumenty/konferencje/2012/p.doc.

    Separacja w cyklonach i filtrach

    Separacja w cyklonach i filtrach umożliwia podział pyłu na kilka frakcji i jest stosowana w oznaczeniach emisji i stężeń pyłu na stanowiskach pracy. Metodą z tej grupy stosowaną przez U.S.EPA jest metoda 0020 SASS (source assessment sampling system), umożliwiająca wyodrębnienie z pyłu ogółem 4 frakcji z wykorzystaniem 3 cyklonów i filtra dokładnego. W standardowym układzie wyodrębniana jest frakcja PM1, PM3, PM10 oraz pył pozostały, stanowiący uzupełnienie zbioru do wartości pyłu ogółem. Filtracje prowadzi się również z wykorzystaniem filtrów PTFE. Odrębną grupę metod stanowią: EPA Method 5 oraz EPA Method 202 umożliwiające pobór pyłu całkowitego dającego się aspirować na filtrze oraz po kondensacji. Metody te opisano w zakładce Baza danych U.S. EPA.  Zasady i wyposażenie niezbędne do wykonywania pomiarów emisji ze źródeł stacjonarnych określono w metodzie EPA 201A: Methods for Measurement of Filterable PM10 nad PM2.5 and Measurement of Condensable PM Emissions From Stationary Sources, Final rule December 21, 2010.

    Metoda filtracji poprzedzona separacją wstępną została również uznana jako metoda referencyjna dla pomiarów zapylenia powietrza atmosferycznego przez EC Working Group on Guidance for the Demonstration of Equivalence w dokumencie Guide to the demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods (01.2010).

    Pomiar ilości i wielkości cząstek w podczerwieni (Infrared Particle Sizer)

    Metoda polega na pomiarze zmian strumienia promieniowania podczerwonego w strefie pomiarowej - w świetle przechodzącym, w wiązce światła równoległego. Cząstki poruszające się w powietrzu lub cieczy w przestrzeni pomiarowej powodują w wyniku rozproszenia osłabienie strumienia świetlnego, który jest odbierany przez fotodiodę. Każdej cząstce odpowiada impuls elektryczny proporcjonalny do jej wielkości. Każde ziarno skanowane jest kilkanaście razy w czasie przelotu przez przestrzeń pomiarową (pomiar z częstością do 12 000 000 razy na sekundę).

    Zbiór cząstek jest pierwotnie mierzony z podziałem na 4096 klas wymiarowych i przekształcany - kalibrowany na 256 klas wymiarowych dostępnych dla użytkownika. Metoda pozwala na identyfikację wielkości cząstek oraz na ich precyzyjne zliczenie w całym zakresie pomiarowym. Analizatory są kalibrowane przy pomocy odpowiednich wzorców cząstek sferycznych lub dla cząstek o dowolnym kształcie według analizy sitowej.

    Dziedziny w jakich stosuje się metodę zliczania cząstek w podczerwieni przedstawiamy na stronie Pomiary metodą IPS

    Charakterystyka emisji pyłów

    Określając charakterystykę pyłu z poszczególnych źródeł należy pamiętać, że w części z nich może występować naturalna zmienność profilu granulacji, związana np. ze zmianami obciążenia źródła. Zmienność ta nie jest tak znaczna jak w przypadku zależności emisji od warunków procesu, niemniej jednak dla wielu źródeł obliczane wartości wynikowe, to jest ładunki pyłu z poszczególnych frakcji w danym okresie rozliczeniowym powinny tę zmienność uwzględniać. Wobec źródeł o znacznej zmienności przy wyznaczaniu współczynników emisji należy stosować ogólne zasady opisane w dziale Obliczenia emisji lub w dziale Opłaty w zakładce Opłaty na podstawie wyników pomiarów okresowych.

    Aktualności
    • 05
      październik
      W Dzienniku Ustaw (poz. 1890 - 1893) opublikowane zostały 4 rozporządzenia Ministra Energii z dnia 27 września 2018 r. dotyczące paliw stałych: - w sprawie wymagań jakościowych dla paliw stałych, - w sprawie sposobu pobierania próbek paliw stałych, - w sprawie metod badania jakości paliw stałych, - w sprawie wzoru świadectwa jakości paliw stałych. Rozporządzenia stanowią akty wykonawcze do ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw (Dz. U. z 2018 r. poz. 427, 650, 1654 i 1669). © Pixabay
    • 01
      październik
      W Monitorze Polskim (poz. 923) opublikowane zostało coroczne Obwieszczenie Ministra Środowiska w sprawie wykazu miast o liczbie mieszkańców większej niż 100 tysięcy i aglomeracji, w których wartość wskaźnika średniego narażenia przekracza wartość pułapu stężenia ekspozycji… Spośród 30  ocenianych aglomeracji i miast dla 16 wartość wskaźnika średniego narażenia uległa zmniejszeniu (min. dla aglomeracji Wrocławskiej, Warszawskiej), 4 zwiększeniu, a 10 nie uległa zmianie. Pierwszy raz w historii ocen dla  miasta Wałbrzycha i aglomeracji lubelskiej wskaźnik średniego narażenia nie przekroczył pułapu stężenia ekspozycji wynoszącego 20 µg/m3.  Najwyższą wartość wskaźnika w roku 2017 określono dla aglomeracji krakowskiej (32 µg/m3) oraz górnośląskiej (30 µg/m3). Najniższą dla miasta Koszalina (13 µg/m3). Zobacz szczegółowe zestawienie wskaźników © Pixabay
    • 04
      czerwiec
      W Dzienniku Ustaw (poz. 1022) opublikowane zostało Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 maja 2018 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody. Rozporządzenie wdraża dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2015/2193 z dnia 25 listopada 2015 r. w sprawie ograniczenia emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza ze średnich obiektów energetycznego spalania (Dz. Urz. UE L 313). Jedną z kluczowych zmian jest wprowadzenie obowiązku wykonywania okresowych pomiarów emisji, co najmniej raz na trzy lata, ze źródeł spalania paliw o nominalnej mocy cieplnej nie mniejszej niż 1 MW, z których emisja wymaga zgłoszenia. Dla źródeł istniejących pierwsze pomiary przeprowadza się nie później niż do dnia 1 stycznia 2024 r. lub 1 stycznia 2029 r., w zależności od mocy źródła. Dla źródeł nowych pierwsze pomiary przeprowadza się w terminie nie dłuższym niż 4 miesiące od daty uzyskania pozwolenia na wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza, pozwolenia zintegrowanego albo dokonania zgłoszenia, albo od daty rozpoczęcia użytkowania źródła. przejdź do rozporządzenia..
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB
    szkolenie f-gazy
    szkolenia rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń
    Szkolenia Obliczenia emisji
    Szkolenia Bilans LZO
    OZE Energiczny Obywatel

    Zobacz komunikaty JRC / US EPA / EEA / NIK:

    EPA: Utah Physicians for a Healthy Environment receives $120,000 for air quality project in Summit County, Utah (04.10.2018)

    EEA: Exceedance of air quality standards in urban areas (02.10.2018)

    EEA: Exposure of ecosystems to acidification, eutrophication and ozone (02.10.2018)

    zanieczyszczenie powietrza kwaśne deszcze
    © EEA

    EEA: Rural concentration of the ozone indicator AOT40 for crops, 2015 (02.10.2018)

    ozon zanieczyszczenie powietrza
    © EEA

    EEA: Rural concentration of the ozone indicator AOT40 for forest, 2015 (02.10.2018)

    EEA: Agricultural area in EEA member countries for each ozone exposure class (02.10.2018)

    EEA: Trend in EU mercury emissions to air 1990 2016 (28.09.2018)

    emisja rtęci
    © EEA

    EPA Recognizes Supermarkets Across America for Smart Refrigerant Management (25.09.2018)

    EPA and DOJ Settle with Derive Systems over Vehicle Emissions Control Defeat Devices (24.09.2018)

    EEA: Mercury pollution remains a problem in Europe and globally (19.09.2018)

    EEA: Mercury in Europe's environment (19.09.2018)

    emisja rtęci Polska
     © Pixabay

    NIK: Czysto, cicho, bezszelestnie - czyli strefy czystego transportu po polsku (17.09.2018)

    NIK i ETO o wpływie zanieczyszczenia powietrza na zdrowie obywateli (15.09.2018)

    EEA: Ozone-depleting substances 2018 (14.09.2018)

    emisja freony f-gazy
    © EEA

    EPA: Pittsburgh, Pa. group wins contest for developing air quality monitors in Wildland Fire Sensors Challenge (13.09.2018)

    NIK: Emisja z sektora przemysłowego i z transportu (12.09.2018)

    emisje NIK
    © NIK

    EPA: Manchester, New Hampshire Municipal Waste Incinerator to Reduce Mercury Emissions Under Settlement with United State (12.09.2018)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

     

    Impact of biomass burning and its control on particulate matter over a city in mainland Southeast Asia during a smog episode

    Impact of particulate matter (PM) emissions from ships, locomotives, and freeways in the communities near the ports of Los Angeles (POLA) and Long Beach (POLB) on the air quality in the Los Angeles county

    Lattice-Boltzmann Large-Eddy Simulation of pollutant dispersion in street canyons including tree planting effects

    kanion uliczny
    © Pixabay

    Emissions of Volatile Organic Compounds from road marking paints

    Zobacz EUR-Lex:

    emisja zanieczyszczeń ETO

    Sprawozdanie specjalne ETO nr 23/2018 Zanieczyszczenie powietrza. Nasze zdrowie nadal nie jest wystarczająco chronione (13.09.2018)

    © ETO

    Decyzja wykonawcza Komisji 2018/1147 z dnia 10 sierpnia 2018 r. ustanawiająca konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) w odniesieniu do przetwarzania odpadów (17.08.2018)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego: Działania UE na rzecz poprawy przestrzegania prawa ochrony środowiska i zarządzania środowiskiem (10.08.2019)

    Wyrok Trybunału z dnia 7 czerwca 2018 r. - wniosek o wydanie orzeczenia w trybie prejudycjalnym (Sprawa C-160/17) - Ocena skutków wywieranych przez niektóre plany i programy na środowisko naturalne - Obszar miejski objęty scaleniem - Możliwość odstępstw od obowiązujących założeń zagospodarowania przestrzennego - Zmiana „planów i programów” (30.07.2018)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego - Komunikat Komisji: Osiągnięcie mobilności niskoemisyjnej (25.07.2018)

    Wyrok Trybunału Sprawiedliwości z dnia 31 maja 2018 r. – Komisja Europejska / Rzeczpospolita Polska (Uchybienie zobowiązaniom państwa członkowskiego - Dyrektywa 2011/92/WE - Ocena oddziaływania na środowisko odwiertów w celu poszukiwania lub rozpoznawania złóż gazu łupkowego - Głębokie wiercenia - Kryteria selekcji - Ustalenie progów -  Sprawa C-526/16 (23.07.2018)

    Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2018/986 z dnia 3 kwietnia 2018 r. zmieniające rozporządzenie wykonawcze (UE) 2015/504 w odniesieniu do dostosowania przepisów administracyjnych dotyczących homologacji i nadzoru rynku pojazdów rolniczych i leśnych do wartości granicznych emisji dla etapu V (18.07.2018) 

    Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2018/988 z dnia 27 kwietnia 2018 r. w sprawie zmiany i sprostowania rozporządzenia wykonawczego Komisji (UE) 2017/656 określającego wymogi administracyjne dotyczące wartości granicznych emisji i homologacji typu w odniesieniu do silników spalinowych wewnętrznego spalania przeznaczonych do maszyn mobilnych nieporuszających się po drogach zgodnie z rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/1628 (18.07.2018)

    Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2018/989 z dnia 18 maja 2018 r. w sprawie zmiany i sprostowania rozporządzenia delegowanego Komisji (UE) 2017/654 uzupełniającego rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/1628 odnośnie do wymogów technicznych i ogólnych dotyczących wartości granicznych emisji i homologacji typu w odniesieniu do silników spalinowych wewnętrznego spalania przeznaczonych do maszyn mobilnych nieporuszających się po drogach (18.07.2018)

    Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2018/985 z dnia 12 lutego 2018 r. uzupełniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 167/2013 w odniesieniu do wymogów dotyczących efektywności środowiskowej i osiągów jednostki napędowej pojazdów rolniczych i leśnych oraz ich silników, a także uchylające rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2015/96 (18.07.2018)

    Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2018/987 z dnia 27 kwietnia 2018 r. w sprawie zmiany i sprostowania rozporządzenia delegowanego (UE) 2017/655 uzupełniającego rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/1628 odnośnie do monitorowania emisji zanieczyszczeń gazowych z silników spalinowych wewnętrznego spalania w trakcie eksploatacji zamontowanych w maszynach mobilnych nieporuszających się po drogach (18.07.2018)