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
    • 06
      marzec
      Zapraszamy na Konferencję Paliwa z odpadów, która odbędzie się w dniach 19 – 21 marca br. w Katowicach. Problematyka paliw z odpadów staje się obecnie  kluczowa w gospodarce odpadami wraz z polepszaniem technologii segregacji. Konferencja od lat stanowi  największą w Polsce platformę wymiany informacji na temat wytwarzania i wykorzystywania paliw z odpadów. Wśród wielu ciekawych tematów, zaplanowanych przez organizatora – ABRYS Sp. z o.o. znajdzie się między innymi prezentacja stanowiska ministerstwa Środowiska w sprawie perspektyw zagospodarowania frakcji energetyczne w lokalnych ciepłowniach.
    • 05
      marzec
      Opublikowany przez JRC dokument referencyjny odnosi się do Dyrektywy 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 marca 2006 r. w sprawie gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego i stanowi aktualizację dokumentu z roku 2009 (MTWR BREF). W zakresie oddziaływania na powietrze atmosferyczne dokument charakteryzuje głównie emisje niezorganizowane pyłu. Za najlepsze dostępne techniki BAT do ich ograniczania wskazano utrzymanie wysokiej wilgotności powierzchni o potencjalne emisyjnym, zamgławianie i zraszanie materiału w trakcie przeładunku, ochronę przed wiatrem poprzez stosowanie barier wiatrochronnych lub zamkniętych obszarów składowania oraz rekultywację powierzchni i techniki odpowiedniego zabezpieczenia taśmociągów. © Pixabay
    • 25
      luty
      Już za dwa dni – 27 lutego rozpoczną się w Kielcach Targi EKOTECH. Tegoroczna edycja potrwa do 1 marca i obejmie między innymi konferencję „Neutralizacja odorów i substancji toksycznych w zakładach utylizacji odpadów ",  wykład prof. dr hab. Jana Łabętowicza dot. zanieczyszczenia powietrza i projektu RDI2CluB oraz pokaz eliminacji zapylenia i odorów przy zastosowaniu mgły wodnej. © TARGI KIELCE S.A.
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB
    szkolenia rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń
    Szkolenia Bilans LZO
    Szkolenia Obliczenia emisji

    Zobacz komunikaty JRC / US EPA / EEA / NIK / MŚ:

    EPA Announces Environmental Compliance Website for the Crude Oil and Natural Gas Sector (09.04.2019)

    emisje LZO ropa gaz EPA portal
    © U.S. EPA

    EPA and Ohio Agree that Cleveland Area Now Meets Federal Air Quality Standard for Fine Particulate Matter (03.04.2019)

    EPA Launches Voluntary Audit Program for New Owners of Upstream Oil and Natural Gas Facilities (29.03.2019)

    EPA Highlights Clean Drinking Water and Indoor Air at the Atlanta Science Festival (27.03.2019)

    EPA: Proposed Settlement Resolves Clean Air Act Claims Between EPA and South Portland, Maine Facility (25.03.2019)

    NIK o smogu w Brukseli (23.03.2019)

    EEA: Europes urban air quality - re-assessing implementation challenges in cities (18.03.2019)

    Zanieczyszczenie powietrza w miastach Europy Europejska Agencja Środowiska
    © EEA

    U.S. EPA Fiat Chrysler Automobiles Issues Voluntary Recall of Nearly 900,000 Vehicles in the United States (13.03.2019)

    EPA Chief Tells World to Buy "Cleaner" American Energy (12.03.2019)

    U.S. EPA: Settlement with Diodes Incorporated Resolves Clean Air Act Violations at Former Lee’s Summit Facility (08.03.2019)

    U.S. EPA settles with three California auto parts companies over Clean Air Act violations (07.03.2018)

    Primary and final energy consumption 2005-2017 and targets 2020 and 2030 (06.03.2019)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Air quality impacts from the electrification of light-duty passenger vehicles in the United States

    Quantifying the emission potentials of fugitive dust sources in Nanjing, East China

    An assessment of important SPECIATE profiles in the EPA emissions modeling platform and current data gaps

    Potential impacts of electric vehicles on air quality and health endpoints in the Greater Houston Area in 2040

    An evaluation of a Lagrangian stochastic model for the assessment of odours

    Zobacz EUR-Lex:

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Wdrażanie prawodawstwa UE w zakresie ochrony środowiska w odniesieniu do jakości powietrza i wody oraz do odpadów” (22.03.2019)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów »Europa, która chroni: czyste powietrze dla wszystkich«” (22.03.2019)

    Decyzja Rady (UE) 2019/448  z dnia 18 marca 2019 r. w sprawie przedłożenia w imieniu Unii Europejskiej wniosku o włączenie metoksychloru do załącznika A do Konwencji sztokholmskiej w sprawie trwałych zanieczyszczeń organicznych (20.03.2019)

    Sprostowanie do dyrektywy Komisji 2015/1480 z dnia 28 sierpnia 2015 r. zmieniającej niektóre załączniki do dyrektyw Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/107/WE i 2008/50/WE ustanawiających przepisy dotyczące metod referencyjnych, zatwierdzania danych i lokalizacji punktów pomiarowych do oceny jakości powietrza (14.03.2019)

    Komunikat Komisji w sprawie monitorowania ekosystemów na podstawie art. 9 i załącznika V do dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2284 w sprawie redukcji krajowych emisji niektórych rodzajów zanieczyszczeń atmosferycznych (11.03.2019)

    Komunikat Komisji – Wytyczne dotyczące opracowania krajowych programów ograniczania zanieczyszczenia powietrza na podstawie dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2284 w sprawie redukcji krajowych emisji niektórych rodzajów zanieczyszczeń atmosferycznych (01.03.2019)

    krajowy program ograniczania ograniczenia zanieczyszczenia powietrza
    © JRC

    Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2019/331 z dnia 19 grudnia 2018 r. w sprawie ustanowienia przejściowych zasad dotyczących zharmonizowanego przydziału bezpłatnych uprawnień do emisji w całej Unii na podstawie art. 10a dyrektywy 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady (27.02.2019)

    Rozporządzenie Komisji (UE) 2019/318 z dnia 19 lutego 2019 r. zmieniające rozporządzenie (UE) 2017/2400 oraz dyrektywę 2007/46/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do określania emisji CO2 i zużycia paliwa przez pojazdy ciężkie (26.02.2019)