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
    • 14
      kwiecień
      W Dzienniku Ustaw (poz. 680) opublikowane zostało Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 marca 2018 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów. Rozporządzenie implementuje między innymi 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.
    • 03
      kwiecień
      W Centralnej Bazie Orzeczeń Sądów Administracyjnych opublikowany został Wyrok WSA w Gliwicach z dnia 16 marca 2018 r. w sprawie ze skarg R. K., R. S. i "A" S.A. w K. na uchwałę Sejmiku Województwa Śląskiego z dnia 7 kwietnia 2017 r. nr V/36/1/2017 w przedmiocie ograniczenia eksploatacji instalacji, w których następuje spalanie paliw. Skarżący R. K., R. S. są mieszkańcami województwa śląskiego, którzy korzystają z tradycyjnych pieców węglowych, które nie spełniają parametrów instalacji, jakie zgodnie z zaskarżoną uchwałą są dopuszczone do stosowania, i będą zobowiązani do ich wymiany, jak również do niespalania paliw których użytkowanie zostało zabronione na mocy uchwały. Tym samym wg skarżących uchwała antysmogowa narusza ich prawa, w tym  konstytucyjną zasadę wolności i praw człowieka i obywatela. Rozpatrując skargę Wojewódzki Sąd Administracyjny w Gliwicach wskazał, że Konstytucja dopuszcza wprowadzenie ograniczeń w zakresie korzystania z wolności i praw konstytucyjnych, prawa i wolności jednostki nie mają charakteru absolutnego. Jak stanowi art. 31 ust. 3 Konstytucji RP - ograniczenia w zakresie korzystania z konstytucyjnych wolności i praw mogą być ustanawiane tylko w ustawie i tylko wtedy, gdy są konieczne w demokratycznym państwie dla jego bezpieczeństwa lub porządku publicznego, bądź dla ochrony środowiska, zdrowia i moralności publicznej, albo wolności i praw innych osób. Podstawą prawną przyjęcia przedmiotowej uchwały był art. 96 POŚ. Przepis ten dał sejmikom uprawnienie do wprowadzenia, w drodze uchwały, ograniczenia lub zakazów w zakresie eksploatacji instalacji, w których następuje spalanie paliw, w celu zapobieżenia negatywnemu oddziaływaniu na zdrowie ludzi lub na środowisko. Te ważne wartości chronione konstytucyjnie dopuszczają wprowadzenie ograniczeń w zakresie korzystania z wolności i praw, celem realizacji dobra wspólnego. Sąd nie podzielił również pozostałych zarzutów konstytucyjnych skarżących i oddalił skargę. Orzeczenie nie jest prawomocne.
    • 22
      luty
      W Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej (2018/C 054/05) opublikowana została Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – Przegląd wdrażania polityki ochrony środowiska. Ocenie została poddana zarówno implementacja polityki i prawodawstwa UE, jak i ich stosowanie. Do następnego etapu przeglądu, zdaniem Europejskiego Komitetu Regionów, powinna zostać włączona ocena wdrażania dyrektywy w sprawie emisji przemysłowych. Pozytywnie oceniono zamiar Komisji Europejskiej, co do pogłębienia wiedzy o jakości administracji publicznej w poszczególnych krajach. Komitet zwraca się również do państw członkowskich, by ułatwiały dokonywanie lokalnych i regionalnych przeglądów wdrażania polityki ochrony środowiska odpowiadających przeglądom krajowym. Jednocześnie, zauważając ograniczone zasoby administracji lokalnej do wystarczającego rozwoju własnego know-how w zakresie wymogów regulacyjnych, Komitet wzywa państwa członkowskie oraz władze lokalne i regionalne do zadbania o to, by zasoby finansowe i ludzkie organów ds. środowiska odpowiadały przekazanym zadaniom. Wzywa władze lokalne i regionalne, by przy wsparciu ze strony państw członkowskich skorzystały z pomocy technicznej w ramach europejskich funduszy strukturalnych i inwestycyjnych w kontekście celu tematycznego 11, aby zwiększyły zdolność instytucjonalną i administracyjną swoich działów ochrony środowiska. Zachęca je również, by wykorzystały program wspierania reform strukturalnych UE do usprawnienia swych organów ds. środowiska. Wzywa władze lokalne i regionalne, by wspierały dobrowolne umowy sektorowe z kluczowymi sektorami przemysłowymi lub umowy między władzami publicznymi a podmiotami społecznymi w celu dostarczenia informacji, rozpoznania problemów i znalezienia rozwiązań. Podkreśla, że UE musi realizować bardziej stanowczą i skuteczną politykę ograniczania zanieczyszczeń u źródła w wielu obszarach polityki ochrony środowiska, gdyż bez tego niemożliwe będzie przestrzeganie różnych aktów prawodawstwa UE dotyczącego norm jakości środowiska na szczeblu lokalnym i regionalnym. Uznaje, że ograniczona dostępność danych nadal powoduje problemy związane z wdrażaniem polityki i prawodawstwa UE, i że władze lokalne i regionalne mają do odegrania kluczową rolę w gromadzeniu wiedzy i danych, dostarczaniu informacji ogółowi społeczeństwa i podnoszeniu świadomości wśród obywateli.
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB
    Szkolenia Bilans LZO
    szkolenia rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń
    Szkolenia Obliczenia emisji
    OZE Energiczny Obywatel

    Zobacz komunikaty JRC / US EPA / EEA / NIK:

    EU: Clean air - Commission improves car emissions tests further (04.05.2018)

    emisja spalin
    © 123rf.com

    EEA: Reported data on large combustion plants covered by the Industrial Emissions Directive (04.05.2018)

    emisja LCP raportowanie
    © 123rf.com

    EEA: European Union Emissions Trading System (EU ETS) data (02.05.208)

    EEA: Air Quality e-Reporting (25.04.2018)

    EEA: Monitoring of CO2 emissions from passenger cars – Regulation (EC) No 443/2009 (24.04.2018)

    EPA: The U.S. Government and Pennsylvania Settle with MarkWest for Air Emission Violations at Natural Gas Facilities (24.04.2018)

    EEA: No improvements on average CO2 emissions from new cars in 2017 (23.04.2018)

    emisja spalin z samochodów
    © EEA

    Commission welcomes final vote on energy performance of buildings (18.04.2018)

    EPA: Latest Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks Shows Continued Progress (18.04.2018)

    JRC: Air quality  - EU action reduces pollution from shipping in European coastlines, cities and ports (16.04.2018)

    EEA: Tax breaks and incentives make Europeans buy cleaner cars (12.04.2018)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Long-term monitoring of black carbon across Germany OPEN ACCESS

    A study of atmospheric mixing of trace gases by aerial sampling with a multi-rotor drone OPEN ACCESS

    The traffic emission-dispersion model for a Central-European city agrees with measured black carbon apportioned to traffic OPEN ACCESS

    Small-scale variations in ozone concentration in low mountains

    Zobacz EUR-Lex:

    emisje ekologiczne oznakowanieDecyzja Komisji  2018/680 z dnia 2 maja 2018 r. ustanawiająca kryteria oznakowania ekologicznego UE dla usług sprzątania pomieszczeń (04.05.2018)

    Wyrok Trybunału Sprawiedliwości z dnia 28 lutego 2018 r. (wniosek o wydanie orzeczenia w trybie prejudycjalnym) w sprawie oceny oddziaływania na środowisko po zrealizowaniu przedsięwzięcia wg nowej procedury, zgodnej z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2011/92/UE z dnia 13 grudnia 2011 r. w sprawie oceny skutków wywieranych przez niektóre przedsięwzięcia publiczne i prywatne na środowisko (23.04.2018)

    Wyrok Trybunału Sprawiedliwości z dnia 22 lutego 2018 r. – Komisja Europejska / Rzeczpospolita Polska: długotrwałe przekroczenie norm jakości powietrza (16.04.2018)

    smog Wrocław Polska
    © 123rf.com

    Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/410 z dnia 14 marca 2018 r. zmieniająca dyrektywę 2003/87/WE w celu wzmocnienia efektywnych pod względem kosztów redukcji emisji oraz inwestycji niskoemisyjnych oraz decyzję (UE) 2015/1814 (19.03.2018)

    Rezolucja ustawodawcza Parlamentu Europejskiego z dnia 5 lipca 2016 r. w sprawie wymogów dotyczących wartości granicznych emisji i homologacji typu w odniesieniu do silników spalinowych wewnętrznego spalania przeznaczonych do niedrogowych maszyn ruchomych (16.03.2018)

    Komunikat Komisji dotyczący ekoprojektu dla klimatyzatorów i wentylatorów przenośnych oraz etykiet efektywności energetycznej dla klimatyzatorów (09.03.2018)

    Decyzja Rady (UE) 2018/219 z dnia 23 stycznia 2018 r. w sprawie zawarcia Umowy między Unią Europejską a Konfederacją Szwajcarską w sprawie powiązania ich systemów handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych (16.02.2018)

    Zawiadomienie dla przedsiębiorstw zamierzających w 2019 r. przywozić do Unii Europejskiej lub z niej wywozić substancje kontrolowane, które zubożają warstwę ozonową, oraz dla przedsiębiorstw zamierzających w 2019 r. produkować lub przywozić te substancje do nieodzownych zastosowań laboratoryjnych i analitycznych (15.02.2018)