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
    • 27
      marzec
      W minionym tygodniu (24.03) na stronie Biura IPPC zamieszczony został ostateczny projekt dokumentu referencyjnego BREF dla Rzeźni i przetwórstwa produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego „The Final Draft – Slaughterhouses and Animals By-products Industries”. Projekt zawiera ostateczną propozycję konkluzji BAT. The Final Draft – Slaughterhouses and Animals By-products Industries
    • 20
      marzec
      Przypominamy o konieczności dopełnienia do końca marca następujących obowiązków dotyczących emisji do powietrza w roku 2022: - przedłożenia marszałkowi województwa wykazu z danymi o korzystaniu ze środowiska oraz o wysokości należnych opłat - wniesienia opłaty za ww. korzystanie ze środowiska, w tym emisje - wprowadzenia sprawozdania PRTR - przedłożenia do KOBiZE zweryfikowanego rocznego raportu CO2 - niektórych obowiązków sprawozdawczych w zakresie f-gazów
    • 02
      marzec
      Na tegorocznych targach EKOTECH będzie można poznać, między innymi urządzenia do oczyszczania gazów odlotowych z zanieczyszczeń organicznych LZO produkowane przez firmę Katalizator oraz najnowsze modele rozdrabniaczy przemysłowych dla branży gospodarki odpadami. W trakcie dwóch dni targów zaplanowano szereg bezpłatnych wydarzeń towarzyszących skierowanych do przedstawicieli administracji publicznej, przedsiębiorców i przedstawicieli organizacji non-profit, w tym Międzynarodowe Forum Gospodarki Odpadami MIFOD „E3” ekologia-ekonomia-energetyka w gospodarce odpadami.
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB
    Katalizatory do redukcji LZO - Katalizator Grupa PONER

    Program zwiększania kompetencji i Szkolenia zamknięte

    Warsztaty on-line

    Zobacz komunikaty JRC/ IPPC Bureau / US EPA / EEA / NIK / ETO / GDOŚ / GIOŚ / WIOŚ / IOŚ / MKiŚ:

    IPPC Bureau: Ostateczny projekt konkluzji BAT w nowym dokumencie BREF dotyczącym Rzeźni i przetwórstwa produktów ubocznych  pochodzenia zwierzęcego „The Final Draft – Slaughterhouses and Animals By-products Industries” (24.03.2023)

    konkluzje BAT rzeźnie ubojnie przemysł mięsny
    © IPPC Bureau

    EPA [amoniak w układach chłodniczych] Settlement with Cold Storage Warehouse and Distribution Company Helps Make New Bedford and Hartford Communities Safer (22.03.2023)

    EPA [wykrywanie emisji LZO ze zbiorników za pomocą kamery na podczerwień] Announces Clean Air Act Violations for Permian Basin Company (22.03.2023)

    U.S. EPA [procedura sądowa natychmiastowego zabezpieczenia przed emisjami] United States Seeks Preliminary Injunction Against Denka Performance Elastomer to Immediately Reduce Chloroprene Emissions (20.03.2023)

    U.S. EPA [chloropren] LaPlace, St. John the Baptist Parish, Louisiana

    WIOŚ w Katowicach: awaria instalacji amoniaku w Zakładach Tłuszczowych BIELMAR – linia gaśnicza z kurtynami wodnymi do zapobiegania rozprzestrzenianiu się ewentualnej chmury amoniaku – w trakcie akcji ratowniczej przed zanieczyszczeniem rzeki Białej

    EPA [transport] and DOJ File Clean Air Act Complaint Against Diesel Spec Inc. for the Sale of Vehicle Emission “Defeat Devices” (17.03.2023)

    EPA [ozon, NOx, program „dobrego sąsiedztwa”] Announces Final “Good Neighbor” Plan to Cut Harmful Smog, Protecting Health of Millions from Power Plant, Industrial Air Pollution (15.03.2023)

    NIK o zapobieganiu pożarom miejsc gromadzenia odpadów (14.03.2023)

    NIK: Ciepło ucieka, czas ucieka - rozwój efektywnych systemów ciepłowniczych (09.03.2023)

    EPA [transport] Reaches Settlement with Two Indiana Companies to Halt Sales of Illegal Vehicle Emission Defeat Devices (08.03.2023)

    EPA [HFC] Announces Enforcement Actions to Control Hydrofluorocarbon Imports (02.03.3023)

    EPA [chloropren] and Justice Department File Complaint Alleging Public Health Endangerment Caused by Denka Performance Elastomer’s Carcinogenic Air Pollution (28.02.2023)

    EPA [emisje z elektrowni w 2022 roku] Releases 2022 Power Plant Emissions Data (24.02.2023)

    EPA [TSCA – ocena ryzyka skumulowanego oddziaływania chemikaliów o podobnych skutkach] Releases Proposed Approach for Considering Cumulative Risks under TSCA (24.02.2023)

    U.S. EPA [monitoring powietrza po katastrofie kolejowej] Statement from Regional Administrator Debra Shore on the East Palestine Train Derailment (14.02.2023)

    EPA [transport] Reaches Settlement with Indiana Company to Halt Sales of Illegal Vehicle Emission Defeat Devices (14.02.2023)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Sources and risk assessment of atmospheric Hg during the 2022 Beijing Olympic Winter Games

    Determining the filtration effectiveness of non-standard respiratory protective devices by an ad-hoc laboratory methodology

    Seasonal evolution of aerosol loading and its vertical distribution in northeastern China from long-term satellite observations and model reanalysis

    Premature deaths related to urban air pollution in Poland

    Zobacz EUR-Lex:

    Wyrok TSUE w sprawie C-342/21 z dnia 9 lutego 2023 r. – Komisja Europejska/Republika Słowacka [Uchybienie zobowiązaniom państwa członkowskiego – Środowisko naturalne – Dyrektywa 2008/50/WE – Jakość otaczającego powietrza – Artykuł 13 ust. 1 i załącznik XI – Systematyczne i trwałe przekraczanie wartości dopuszczalnych mających zastosowanie do pyłu zawieszonego PM10 w określonych strefach Słowacji – Artykuł 23 ust. 1 – Załącznik XV – „Jak najkrótszy” okres przekraczania tych wartości dopuszczalnych – Odpowiednie środki (27.03.2023)

    Zalecenie Komisji z dnia 14 marca 2023 r. Magazynowanie energii – Podstawa zdekarbonizowanego i bezpiecznego systemu energetycznego UE (20.03.2023)

    Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2023/592 z dnia 16 marca 2023 r. zmieniające rozporządzenie wykonawcze (UE) 2019/244 nakładające ostateczne cło wyrównawcze na przywóz biodiesla pochodzącego z Argentyny (17.03.2023)

    Konkluzje Rady w sprawie umiejętności i kompetencji na potrzeby transformacji ekologicznej (14.03.2023)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów »Działanie na rzecz przyszłości bez azbestu: europejskie podejście do kwestii zagrożeń dla zdrowia związanych z azbestem«” – Wniosek dotyczący dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady zmieniającej dyrektywę 2009/148/WE w sprawie ochrony pracowników przed zagrożeniem związanym z narażeniem na działanie azbestu w miejscu pracy (16.03.2023)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Strategia przemysłowa dla sektora technologii morskich” (16.03.2023)

    Rozporządzenie Komisji (UE) 2023/443 z dnia 8 lutego 2023 r. zmieniające rozporządzenie (UE) 2017/1151 w odniesieniu do procedur homologacji typu w zakresie emisji dla lekkich pojazdów pasażerskich i użytkowych (02.03.2023)

    Zawiadomienie dla przedsiębiorstw zamierzających w 2023 r. przywozić do Unii Europejskiej lub z niej wywozić substancje kontrolowane, które zubożają warstwę ozonową, oraz dla przedsiębiorstw zamierzających w 2024 r. produkować lub przywozić te substancje do nieodzownych zastosowań laboratoryjnych i analitycznych w 2024 r. (27.02.2023)

    Zawiadomienie Komisji – Wytyczne dotyczące stwierdzania obecności urządzeń ograniczających skuteczność działania w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń pochodzących z pojazdów lekkich homologowanych w rzeczywistych warunkach jazdy (RDE), z pojazdów ciężkich oraz dotyczące zabezpieczenia przed ingerencją (24.02.2023)

    Decyzja Komisji z dnia 21 grudnia 2022 r. zlecająca centralnemu administratorowi dziennika transakcji Unii Europejskiej wprowadzenie zmian w tabelach krajowego rozdziału uprawnień Czech, Danii, Niemiec, Irlandii, Hiszpanii, Francji, Włoch, Łotwy, Węgier, Niderlandów, Rumunii i Szwecji do dziennika transakcji Unii Europejskiej (21.02.2023)

    Sprawa C-125/20: Wyrok Trybunału z dnia 22 grudnia 2022 r. – Komisja Europejska/Królestwo Hiszpanii [Uchybienie zobowiązaniom państwa członkowskiego – Środowisko naturalne – Dyrektywa 2008/50/WE – Jakość otaczającego powietrza – Artykuł 13 ust. 1 – Załącznik XI – Systematyczne i ciągłe przekraczanie wartości dopuszczalnych dwutlenku azotu (NO2) w niektórych strefach i aglomeracjach Hiszpanii – Artykuł 23 ust. 1 – Załącznik XV – „Jak najkrótszy” okres przekroczenia (13.02.2023)