BZP 3

1

Podstawy instrumentalnych metod

analitycznych

ocena stopnia zanieczyszczenia powietrza

pomiar stężeń

zanieczyszczeń powietrza

=

określone prawnie wartości

dopuszczalne

CEL POMIARÓW

DECYZJE PROEKOLOGICZNE

Stosowane w analizie zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego metody

pomiarowe są oparte na klasycznej, fizykochemicznej technice analitycznej

Wyniki zależą od wielu czynników, m.in. od stosowanej
metody, która powinna być selektywna i b. czuła.

BZP 3

2

1. Podział metod analitycznych

METODY ANALIZY ILOŚCIOWEJ

chemiczne

instrumentalne

analiza wagowa

miareczkowanie

zawartość składnika

wyznacza się z masy

trudno

rozpuszczalnego osadu

tego składnika

strąconego z roztworu i

odpowiednio

wysuszonego

zawartość składnika

oblicza się na

podstawie objętości

roztworu

miareczkującego

dodawanego do

roztworu oznaczanego

(aż do osiągnięcia punktu

końcowego reakcji

składników zawartych w obu

roztworach)

tutaj korzysta się z

PRZYRZĄDÓW,

których działanie jest

oparte na zjawiskach

fizycznych lub

chemicznych,

przebiegających z

udziałem oznaczanej

substancji. Oczywiście

mierzona wielkość jest

związana z

właściwością fizyczną

lub chemiczną

oznaczanej substancji i

zależna od jej stężenia

BZP 3

3

Miareczkowanie

(chemiczna analiza objętościowa)

jest jedną z

podstawowych

czynności

laboratoryjnych.

Polega

ono

na

dodawaniu porcjami odczynnika o znanym stężeniu do roztworu
oznaczanej substancji, aż do osiągnięcia tzw. punktu końcowego
miareczkowania. Punkt ten oznacza z reguły, że cały zawarty w
roztworze

odczynnik

o

nieznanym

stężeniu

przereagował

całkowicie z dodanym przez nas odczynnikiem (zwanym

titrantem

).

Ponieważ wiemy ile odczynnika dodaliśmy oraz znamy stosunek w
jakim reaguje on z oznaczaną substancją, możemy obliczyć ilość i
stężenie składnika miareczkowanego. Jest to jedna z podstawowych
metod analizy ilościowej.

1. Podział metod analitycznych

1. Podział metod analitycznych - miareczkowanie

BZP 3

4

Podstawowe czynności w chemicznej analizie objętościowej:

•pobieranie średniej próbki,

•odważanie próbki,

•przeprowadzenie próbki do roztworu,

•przygotowanie roztworu titranta,

•przeprowadzenie miareczkowania,

•obliczanie wyników

1. Podział metod analitycznych

1. Podział metod analitycznych - miareczkowanie

BZP 3

5

1. Podział metod analitycznych - miareczkowanie

Zazwyczaj

stosuje

się

miareczkowanie

alkacymetryczne

(kwasowo – zasadowe), które polega na reakcji zobojętniania, tj.

dodawania zasady do kwasu i odwrotnie

.

Równie często stosuje się miareczkowanie

kompleksometryczne

,

które polega na reakcjach oznaczanego jonu z odczynnikiem
organicznym

o

właściwościach

kompleksujących

(zwanym

ligandem

) i powstawaniu związku kompleksowego, tj. związku

chemicznego, którego cząsteczki charakteryzują się trwałością
wiązań elektronów.

BZP 3

6

1. Podział metod analitycznych – analiza wagowa

Oprócz miareczkowania, często i od dawien dawna stosowaną metodą
chemicznej analizy ilościowej jest

analiza wagowa

Analiza wagowa jest to sposób analizy, oparty na przeprowadzeniu, za
wykorzystaniem reagentów chemicznych, reakcji tworzenia osadów.
Osady są następnie suszone i ważone.

W analizie wagowej mogą być stosowane innego rodzaju reakcje, np.
redukcja tlenków do metali.

We wszystkich przypadkach analiza wagowa sprowadza się dotrzymania

substancji stałej i zważenia jej.

BZP 3

7

1. Podział metod analitycznych

METODY INSTRUMENTALNE:

1. Metody

spektroskopowe (optyczne)

-

związane z oddziaływaniem promieniowania o różnej częstotliwości drgań,
z materią

2. Metody

elektrochemiczne

-

związane z efektami towarzyszącymi przepływowi prądu przez badany
roztwór lub spowodowanymi reakcjami na elektrodach zanurzonych w
roztworze

3. Metody

chromatograficzne

-

korzystające

z

rozdzielania

badanych

mieszanin

w

układzie

faza

stacjonarna – faza ruchoma i oznaczenia składników dowolną metodą

4. Metody

inne (np. radiacyjne, aktywacyjne, objętościowe)

BZP 3

8

2. Kryteria wyboru metody analitycznej

CZYNNIKI WYBORU METODY

Selektywność

Metoda powinna być wybiórczą dla

danego zanieczyszczenia, gdzie

wpływ innych zanieczyszczeń

powinien być pomijalnie mały lub

łatwy do wyeliminowania

Dokładność wskazań

Błąd względny oznaczenia powinien

być mały, a błąd systematyczny łatwy

do jednoznacznego wyznaczenia

Stabilność próbki

Pobrana do analizy próbka powinna

wykazywać stabilność w okresie od

chwili poboru do chwili wykonania

oznaczenia

Czułość i zakres

Minimalne stężenie możliwe do

wyznaczenia powinno być znacznie

mniejsze od dopuszczalnej wartości,

a zakres pomiaru powinien

obejmować wartości większe od

wartości mierzonych

BZP 3

9

2. Kryteria wyboru metody analitycznej

METODY ANALITYCZNE I ICH MOŻLIWOŚCI „WIDZENIA” NIEZBĘDNYCH

WIELKOŚCI PRÓBEK I STĘŻEŃ MOŻLIWYCH DO OZNACZENIA Z ICH POMOCĄ

METODY

Naważka [g]

Zawartość oznaczanego

składnika [%]

Wagowe

0,1 – 1

90 – 5

Miareczkowe

0,05 – 1

90 – 1

Optyczne VIS

0,1 – 5

1 – 1*10

-5

Optyczne UV

0,1 – 5

90 – 1

Optyczne IR

0,01 – 0,1

90 – 1

Spektrografii emisyjnej

0,01 – 0,1

1 – 1*10

-2

Absorpcji atomowej

0,01 – 0,1

1 – 1*10

-4

Polarograficzne

0,1 – 5

10 – 1*10

-2

Chromatografii gazowej

0,001 – 0,01

50 – 1*10

-3

BZP 3

10

2. Kryteria wyboru metody analitycznej

KRYTERIA WYBORU W ZALEŻNOŚCI OD ŹRÓDŁA I ZAKRESU STĘŻEŃ (PROGÓW

DETEKCJI)

0,1 ppb

10 ppb

1 ppm

100 ppm

1 %

100 %

Gazy odlotowe (emisja)

PnSP

atmosfera (imisja)

BZP 3

11

Spektrofotometria absorpcyjna

VIS i UV

BZP 3

12

Selektywna absorpcja czyli pochłanianie barw

Spektrofotometria absorpcyjna VIS i UV

Wrażenie barwy danej substancji (materii), jakiego doznaje się w widzialnym zakresie
widma

jest związane

z selektywnym pochłanianiem promieniowania (oczywiście o

określonej długości fal)

Czyli innymi słowy, kiedy promieniowanie

nie zostaje

pochłonięte to dana substancja

jest po prostu przezroczysta –

bezbarwna

.

W praktyce barwa substancji zależy od budowy struktury elektronowej atomu i
rozmieszczenia elektronów w ugrupowaniu danych atomów (w cząsteczce)

BZP 3

13

Metody optyczne (spektroskopia)

Spektroskopia zajmuje się efektami wzajemnego oddziaływania

promieniowania elektromagnetycznego z materią

W zależności od długości fali promieniowania elektromagnetycznego
można wyróżnić kilka działów spektroskopii, wśród nich spektroskopię
optyczną, która dotyczy zakresów :

nadfioletu (UV)

widzialnego (VIS)

podczerwieni (IR)

BZP 3

14

Metody optyczne (spektroskopia)

Cechami jakościowymi promieniowania elektromagnetycznego są:

- długość fali

l [nm],

- częstotliwość

n [s

-1

],

- liczba falowa (częstość drgań na cm) v

[cm

-1

],

Promienie
kosmiczne

Promienie
gamma

Promienie

X

Promienie
nadfiolet

Promienie
widzialne

Promienie

IR

Promienie
mikrofal

Fale
radiowe

długość fali, [nm]

300

800

Fiol Nie Ziel Pom Czer

10

-6

10

-3

10

-1

10

1

10

2

10

3

10

5

10

9

10

12

Widmo promieniowania
elektromagnetycznego

n = c / l oraz v = 1 / l

BZP 3

15

Metody optyczne (spektroskopia)

W zależności od zjawiska stanowiącego efekt oddziaływania
promieniowania

elektromagnetycznego

(spektroskopowego)

z

mierzonym medium wyróżnia się następujące metody optyczne:

Absorpcyjne

– pochłonięcie promieniowania

Emisyjne

– emisja promieniowania przez wzbudzone cząstki

Nefelometrię i
turbidymetrię

– rozproszenie promieniowania

Jeżeli absorpcja promieniowania dotyczy cząstek, to mówi się o metodzie
spektrofotometrii absorpcyjnej cząsteczkowej, czyli o tzw. Absorpcjometrii (UV, VIS
i IR). Jeżeli promieniowanie jest absorbowane przez atomy, to mówi się o
absorpcyjnej spektrofotometrii atomowej (UV, VIS).

BZP 3

16

Spektrofotometria - rodzaje

Spektrofotometria absorpcyjna VIS i UV

Absorpcjometria

- każda metoda analizy oparta na pochłanianiu

promieniowania (termin ogólny)

Kolorymetria

– termin jw., ale stosowany wyłącznie w odniesieniu do

widzialnego zakresu widma. (VIS)

Spektrofotometria

– dział

Absorpcjometrii

w którym stosuje się

instrumenty zwane SPEKTROFOTOMETRAMI

BZP 3

17

Metody elektrochemiczne

Podstawa analityczna:

Zjawiska zachodzące na elektrodach pod wpływem prądu płynącego przez

badaną substancje lub jej roztwór.

Zazwyczaj większość rodzajów metod oparta jest na reakcjach przeniesienia
elektronów, zachodzących na granicy faz między roztworem a stałym lub ciekłym
przewodnikiem.

Rodzaje metod elektrochemicznych:

POTENCJOMETRIA

ELEKTROLIZA

KONDUKTOMETRIA

POLAROGRAFIA

KULOMETRIA

BZP 3

18

Metody elektrochemiczne

Metody elektrochemiczne

– (aparaty IMR 3000)

Zmienne

Sposób pomiaru

Rozdzielczo

ść Dokładność

Zakres

pomiarowy

CO

2

warto

ść wyliczana opc.

TNR = pomiar w

podczerwieni

0,1 Vol.-%

+/- 0,2%

0-CO

2

max.

1

)

0-30%

O

2

0,1 Vol. -%

+/- 0,2%

0-20,9%

CO

NO

SO

2

0-2000

ppm

3

)

NO

2

0-100 ppm

3

)

H

2

S

sensor

elektrochemiczny

0-200 ppm

3

)

C

X

H

Y

*

sensor IR

1 ppm, mg

mg (O

2

),

mg/kWh

Ω

2

)

0-10 %

3

)

BZP 3

19

Chromatografia

Co to jest ?

Technika rozdzielania sk

ładników mieszaniny na podstawie względnych

ilo

ści każdej z substancji podzielonej pomiędzy poruszającym się

strumieniem p

łynu, zwanym

faz

ą ruchomą

i s

ąsiadującą

faz

ą stacjonarną

.

BZP 3

20

Chromatografia

Podzia

ł metod chromatograficznych

Metody chromatograficzne klasyfikuje si

ę według następujących kryteriów:

geometrii uk

ładu

Zazwyczaj w literaturze polskojęzycznej operuje się kryterium ostatnim, tzn.

podstawą klasyfikacji jest stan skupienia fazy ruchomej

rodzaju operacji

mechanizmu zatrzymywania i retencji

rodzaju faz

BZP 3

21

Chromatografia

Proces chromatograficzny

Ka

żdy proces chromatograficznych oparty jest na podziale składników

pomi

ędzy dwie fazy.

Podzia

ł substancji opisuje współczynnik podziału KD, definiowany jako stosunek masy

substancji w równych obj

ętościach fazy ruchomej i stacjonarnej.

masa substancji w jednostce obj

ętości fazy stacjonarnej Cs

K D =

masa substancji w jednostce obj

ętości fazy ruchomej = Cm

BZP 3

22

Chromatografia

Efekt separacji

Efektem

separacji

jest

graficzna

ilustracja w

postaci chromatogramu.

Jest to wykres zależności wskazań
detektora od czasu lub objętości fazy
ruchomej.
Czas

liczony

od

momentu

wprowadzania próbki do momentu
pojawienia się maksimum piku (czyli
maks. stężenia) to

czas retencji

( t

r

).

Całkowita objętość retencji

(V

r

) to

objętość fazy ruchomej potrzebnej do
wymycia danego składnika.

BZP 3

23

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Zanieczyszczenia pyłowe:

Analiza kilku właściwości:

Rodzaj - Skład chemiczny i mineralogiczny

Ilość (stężenie)

Wilgotność

Zapalność, wybuchowość i
właściwości elektryczne

Higroskopijność

Skład ziarnowy pyłu

Powierzchnia właściwa

Rezystywność

BZP 3

24

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Zanieczyszczenia pyłowe:

WYBRANE DEFINICJE

Gęstość pozorna - jest to stosunek

masy suchego materiału do
jego objętości łącznie porami.

Wilgotność - jest to zawartość

wilgoci w materiale; określa
się ją stosunkiem masy wody
zawartej w materiale do masy
suchego materiału:

Higroskopijność

-

jest

to

zdolność

materiału do wchłaniania wilgoci z
otaczającego

go

powietrza.

Materiały higroskopijne mają zwykle
podwyższoną wilgotność.

Powierzchnia właściwa - to wielkość powierzchni
zewnętrznej substancji stałej przeliczona na
(najczęściej) jednostkę masy tej substancji.
Najczęściej wyrażana jest w m

2

/g. Jest to jedna z

podstawowych miar właściwości

adsorpcyjnych

,

szczególnie w odniesieniu do

adsorbentów

.

Rezystywność

(rezystancja

właściwa) to miara oporu z
jakim materiał przeciwstawia
się

przepływowi

prądu

elektrycznego

.

BZP 3

25

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Badanie gęstości pyłu

Gęstość rzeczywista – stosunek masy substancji
tworzącej pył do rzeczywistej objętości, jaką
zajmuje ta masa (ziarna pyłu)

Znajomość gęstości:

Urządzenia
odpylające

Urządzenia
wentylacyjne

Analizy uziarnienia

Warunki
transportu

Warunki składowania

BZP 3

26

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Badanie gęstości pyłu

G

ęstość pyłu oznacza się za pomocą piknometru cieczowego i zastosowaniu cieczy

łatwo zwilżającej ziarna pyłu i nie powodującej ich rozpuszczenia lub pęcznienia.

Procedura:

Wysuszenie w temp 378K (do momentu uzyskania stałej masy)

Przesianie py

łu do

R

200

Wydzielenie trzech około 5 gramowych próbek

Do

oznaczenia

gęstości

należy

jeszcze

określić

objętość

pyłu

(pikonometr)

BZP 3

27

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Badanie gęstości pyłu – procedura cd.

Wa

żenie pustego piknometru (waga elektroniczna) m

o

Wa

żenie piknometru z woda destylowaną (waga elektroniczna) m

1

Obj

ętość suchego piknometru:

V

p

= V

o

– V

c

= m

1

-m

0

/

r

w

– m

3

-m

2

/

r

c

V

0

= m

1

– m

0

/

r

w

Po wyznaczeniu objętości do suchego piknometru wsypuje się próbkę pyłu i waży – m

2

Następnie wypełnia się piknometr cieczą w ilości wystarczającej do przykrycia pyłu,

odgazowuje i ponownie waży – m

3

Objętość próbki pyłu:

Gęstość pyłu jest stosunkiem jego masy do objętości

BZP 3

28

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Analiza uziarnienia

Analiza sk

ładu ziarnowego jest niezwykle istotna w ocenie stanu powietrza.

Znajomość składu ziarnowego

Skład ziarnowy

– procentowy udział masowy poszczególnych klas ziarnowych.

Klasa ziarnowa

– zbiór ziaren pyłu, których średnice zawierają się w pewnym

określonym przedziale.

Projekt, ocena, wybór urządzeń odpylających

Projekt i ocena urządzeń do transportu i magazynowania

Obliczanie zakresu rozprzestrzeniania się pyłu w atmosferze

Określenie opadu pyłu

BZP 3

29

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Analiza uziarnienia – metody

W zale

żności od rozmiarów ziaren pyłu:

Metoda sitowa (>R

60

)

Analiza bezpośrednia

Analiza pośrednia

Metoda sedymentacyjna

– wykorzystanie różnic w prędkościach opadania pyłu (w

zależności od średnicy ziarna) w nieruchomej cieczy.

Zgodnie z prawem Stokesa:

u = 1/18

m (r

p

-

r)gd

2

przy czym

u = H/t

metoda sedymentacyjna,

technika laserowa

BZP 3

30

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda radioizotopowa (radiometryczna)

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

Zalety

Wady

bezinwazyjna

W pomiarach koncentracji w

zakresie 0,1÷3,5 kg/kg.

*Poprzez pośredni pomiar

natężenia strumienia możliwość
wyznaczenia prędkości
mieszaniny.

Możliwość stosowania w

kanałach poziomych i
pionowych.

Metoda szczególnie

przydatna do pomiaru
przepływu mieszanin
charakteryzujących się dużą
dyspersją ciała stałego.

Brak redukcji średnicy

kanału i brak ingerencji
mechanicznej w jego wnętrze.

Pomiar automatyczny,

nieduży koszt
i gabaryty miernika.

Stosunkowo niewielki błąd

pomiaru.

Możliwość pomiaru

gęstości mieszaniny.

Błąd pomiaru znacznie

wzrasta wraz ze wzrostem
średnicy kanału pomiarowego.

Duży wpływ aktywności

źródła na wynik pomiaru, duża
aktywność – mniejszy błąd.

Czuła na spadek gęstości

nośnika.

Ostre rygory zwi

ązane z

bezpiecze

ństwem przy

pomiarze (szereg pozwole

ń,

akredytacji, ci

ągły

monitoring

źródła.

Nieczu

ła na zmianę

rozk

ładu koncentracji w

przewodzie.

BZP 3

31

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda elektrostatyczna

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

Zalety

Wady

bezinwazyjna

Pomiar Y - zakres 0,01÷0,2

(0,5) kg/m

3

.

*Możliwość pomiaru średniej

prędkości przepływu cząstek
stałych.

Zastosowanie zarówno w

kanałach pionowych i
poziomych.

Zastosowanie w kanałach o

średnicy
D < 0,5 m.

Wysoka czułość na zmiany

natężenia przepływu pyłu.

Brak redukcji kanału i brak

ingerencji w jego wnętrze.

Prosta budowa i możliwość

instalacji miernika na każdym
rurociągu.

Nieprzydatna w pomiarach

przy prędkości przepływu >30
m/s.

Wzrost błędu wraz ze

zwiększaniem stałej czasowej
pomiaru.

Wzrost błędu poprzez

niepełne oddanie ładunku
statycznego przez cząstki
płynące środkiem kanału.

BZP 3

32

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda elektrostatyczna

Urządzenia pomiarowe wykorzystujące metodę

elektrostatyczną można podzielić na trzy grupy:

aparaty

wyposażone

w

sondy

umieszczane

wewnątrz

rurociągu

przepływowego,

aparaty z parą (lub jej wielokrotnością)

sond płytkowych

umieszczonych

symetrycznie na ściankach rurociągu,

aparaty wyposażone w zewnętrzną

sondę cylindryczną

(zwaną również

pierścieniową), która obejmuje na pewnej długości rurociąg transportowy.

BZP 3

33

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metody optyczne

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

Bezinwazyjna

(LDV)

W pomiarach mieszanin o

niskiej koncentracji fazy
rozproszonej.

Przydatna w badaniu

elektrofiltrów oraz profili
prędkości w kanałach

Sprawdza się w pomiarze

punktowym wartości prędkości
przepływu

Bardzo droga i delikatna

metoda, która nie znajduje jak
na razie zastosowania w
pomiarach przemysłowych

Bezinwazyjna

(refleksyjna

i

adsorbcyjna)

Stosowana w pomiarach

przepływu z rozrzedzoną fazą
stałą w zakresie Y 0,001÷0,01
kg/m

3

Zastosowanie zarówno w

kanałach pionowych jak i
poziomych

Jedna z najtańszych metod

pomiarowych.

Brak redukcji kanału i brak

ingerencji w jego wnętrze.

Idealna do pomiaru niskich

koncentracji pyłu w gazach
odlotowych

Niska tolerancja na „skoki”

koncentracji.

Częste zabrudzanie

optycznych części miernika.

Niedokładność aparatury

pomocniczej

BZP 3

34

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda ultradźwiękowa

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

bezinwazyj
na

Pomiar Y w szacunkowym

zakresie

> 0,15 [kg/kg], wyłącznie dla

temperatur mieszanki < 60

o

C.

Przydatna w pomiarach

przepływów regularnych –

ustalonych zazwyczaj tylko w

kanałach o przekroju

kołowym.

*Możliwość pomiaru

prędkości przeważnie w

przyściennym rejonie kanału

Brak elementów

zawężających przekrój
przepływowy.

Brak elementów

wymagających stosowania
powietrza zdmuchowego

Wyłącznie pomiar

niskiej i średniej
koncentracji.

Niska temperatura pracy

przetworników.

Wrażliwość na zmiany

prędkości przepływu.

Wymaga stosunkowo

dużego odcinka prostego
rurociągu.

W metodzie ultradźwiękowej mierzy się

względne zmiany tłumienia sygnału ultradźwiękowego

przechodzącego przez przekrój poprzeczny rurociągu pyłowego. Koncentracja cząstek stałych
jest mierzona poprzez wykorzystanie zależności pomiędzy osiowym tłumieniem sygnału
akustycznego (zwykle na długości 1-2m), a koncentracją objętościową pyłu

BZP 3

35

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda elektromagnetyczna

Bezinwazyjny pomiar stężenia jest realizowany w oparciu o

zjawisko tłumienia fali

elektromagnetycznej

(w zakresie mikrofalowym) w pyłoprzewodzie. Stopień tłumienia fali

wracającej do odbiornika jest proporcjonalny do gęstości cząstek stałych (pyłu), a przesunięcie
częstotliwości fali spowodowane ruchem cząstek (zjawisko Dopplera) pozwala określić prędkość
tych cząstek

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

bezinwazy

jna

Pomiar Y - zakres

0,01÷0,2 (0,5) kg/m

3

.

*Możliwość pomiaru

średniej prędkości

przepływu cząstek stałych.

Zastosowanie zarówno

w kanałach pionowych i

poziomych.

Zastosowanie w

kanałach o średnicy

D < 0,5 m.

Wysoka czułość na

zmiany natężenia
przepływu pyłu.

Brak redukcji kanału i

brak ingerencji w jego
wnętrze.

Prosta budowa i

możliwość instalacji
miernika na każdym
rurociągu.

Nieprzydatna w

pomiarach przy prędkości
przepływu >30 m/s.

Wzrost błędu wraz ze

zwiększaniem stałej
czasowej pomiaru.

Wzrost błędu poprzez

niepełne oddanie ładunku
statycznego przez cząstki
płynące środkiem kanału.

BZP 3

36

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda pojemnościowa

Względna przenikalność elektryczna cząstek stałych jest co najmniej dwukrotnie większa od
przenikalności

powietrza,

które

zwykle

pozostaje

nośnikiem

fazy

stałej

w transporcie pneumatycznym. Tym samym zmiany koncentracji cząstek stałych powodują

zmiany wypadkowej stałej dielektrycznej powierzchni międzyelektrodowej kondensatora

.

Ogólnie metoda pojemnościowa polega na modulacji pojemności kondensatora wskutek zmian
koncentracji

(stężenia

objętościowego)

strumienia

cząstek

przepływających

pomiędzy

elektrodami

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

bezinwazy

jna

Zastosowanie wyłącznie

w pomiarach przepływów o
wysokiej koncentracji
cząstek; Y >2 kg/kg

Metoda obarczona

błędem (<10%) przy
pomiarze wysokich
koncentracji
transportowych

Wrażliwość na wibracje i
skomplikowany układ
pomiarowy, który w celu
uniknięcia oddziaływań
zewnętrznych musi być
ekranowany

BZP 3

37

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Zapylenie powietrza atmosferycznego jest jednym z zasadniczych parametrów

charakteryzujących stopień zanieczyszczenia

Zanieczyszczenia pyłowe:

Trzy zróżnicowane fazy

Faza emisji

Faza imisji (rozprzestrzeniania się)

Faza osiadania - sedymentacji

BZP 3

38

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Zanieczyszczenia pyłowe

- EMISJA

OCENA SKUTECZNOŚCI działania urządzeń odpylających

OKREŚLENIE PARAMETRÓW niezbędnych przy doborze urządzeń odpylających

CELE POMIARU

OKREŚLENIE STOPNIA zapylenie przez dany zakład/emitor

BZP 3

39

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

Pomiary wielkości koncentracji, w których, podczas przepływu dwóch faz,

stosuje się pobór materiału stałego sondą aspiracyjną - noszą nazwę pomiaru

METODĄ GRAWIMETRYCZNĄ.

uk

ład do poboru próbki zapylonego gazu i pomiaru zapylenia

(uk

ład główny pyłomierza)

BZP 3

40

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

ZASADA POMIARU

Punkty poboru
próbki

V

V

V

C

mg

ms

P

K

m

q

q

Y

r

t

h

*

1

D

D

=

=

BZP 3

41

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

czynności wchodzące w skład pomiarów

Pomiar strumienia masy gazu płynącego kanałem

Zassanie za strumienia przepływającego gazu próbki zapylonego gazu

Pomiar strumienia masy zassanego gazu

Wydzielenie z zassanej próbki – zawartego w niej pyłu

Określenie masy pyłu – dalsza charakterystyka

BZP 3

42

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

warunki pomyślności pomiarów

Właściwy dobór miejsca poboru próbki

Właściwy dobór sondy aspiracyjnej i jej końcówki

Dopełnienie warunku izokinetyczności aspiracji

Dopełnienie warunku aspiracji osiowej

BZP 3

43

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

MIEJSCE POBORU PRÓBKI

Wymóg:

w pomiarach dokładnych i technicznych przekrój pomiarowy musi być

usytuowany na prostym, wolnym od zaburzeń odcinku kanału

Kanał na całej długości musi posiadać stałą średnicę wewnętrzną

Prosty odcinek musi mieć długość co najmniej 5 DH przed i 2 DH za przekrojem

pomiarowym.

BZP 3

44

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

MIEJSCE POBORU PRÓBKI

0,140

0,156

0,224

0,258

0,122

0,147

0,239

0,284

0,142

0,153

0,231

0,246

0,187

0,191

0,188

0,189

BZP 3

45

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

MIEJSCE POBORU PRÓBKI

0,052

0,053

0,053

0,053

0,053

0,054

0,054

0,054

0,052

0,053

0,053

0,053

0,052

0,052

0,053

0,052

BZP 3

46

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

IZOKINETYCZNOŚĆ

Dlaczego takie ważne ?

Współczynnik izokinetyczności

–

stosunek prędkości w sondzie do prędkości w

kanale

Niedotrzymanie warunku izokinetyczności prowadzi do grubych błędów w

końcowych wynikach

Pomiar uznany za poprawny gdy H = 0,95 – 1,1

BZP 3

47

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Pomiary emisji – bezpośrednia metoda ekstrakcyjna

IZOKINETYCZNOŚĆ

H = 1

H < 1

Do sondy trafia reprezentatywny strumień mieszaniny pyłowo – powietrznej, a

skład frakcyjny nie ulega drastycznym zmianom.

Do sondy trafia nie reprezentatywny strumień mieszaniny pyłowo – powietrznej,

a skład frakcyjny ulega zmianom, ponieważ do aparatu (sondy) „wpadają”

mające większą energię kinetyczną grube cząstki, co poza tym zawyża wartość

wyznaczanego stężenia

H > 1

Do sondy trafia nie reprezentatywny strumień mieszaniny pyłowo – powietrznej,

a skład frakcyjny ulega zmianom, ponieważ do aparatu (sondy) „wpadają”

drobne cząstki, co poza tym zaniża wartość wyznaczanego stężenia

BZP 3

48

Badanie zanieczyszczeń pyłowych

Metoda grawimetryczna - charakterystyka

Metoda

Typ

Zakres stosowalności

uwagi

Zalety

Wady

Grawimetryczna

ekstrakcyjn

a

Jednoczesny pomiar Y w

zakresie 0,01÷0,6 kg/kg i (w) w
zakresie 3÷35 m/s (w zależności
od zastosowanej sondy).
Sprawdzona w pomiarach na
odcinkach pionowych. Uznana za
referencyjną dla pomiarów niskich
koncentracji (emisji) pyłu.

Prowadzone są badania mające

na celu ustalenie przydatności i
uznanie metody za referencyjną w
pomiarach unosu pyłu.

Pośrednio umożliwia realizacje

analiz frakcyjnych zaaspirowanego
pyłu.

Nie wymaga kalibracji.
Umożliwia „bezpośredni”

pomiar lokalnych wartości Y
i V.

Umożliwia zmierzenie

stopnia zawilgocenia
mieszanki pyłowo –
powietrznej

Zapewnia ocenę pracy

układów przygotowania
paliwa

Niedokładność średniej

wartości Y i V związana z
ograniczoną ilością punktów
pomiarowych

Wymaga długiego

prostego odcinka kanału
pomiarowego.

Ingerencja w przewód

powoduje lokalne straty
ciśnienia i zaburzenia
przepływu

Nieczuła na drastyczne

zmiany prędkości przepływu