PN-67/Z-04010 Ochrona czystości powietrza atmosferycznego przed zapyleniem. Pomiar opadu pyłu przy użyciu płytek mierniczych

Zanieczyszczenia pyłowe, obok gazowych zalicza się do głównych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Pył definiuje się jako układ dwufazowy, dyspersyjny, w którym fazą rozpraszającą jest gaz (powietrze), a fazą rozproszoną cząstki stałe.     Antropogenicznymi źródłami zanieczyszczeń pyłowych są: energetyka zawodowa, energetyka przemysłowa, technologie przemysłowe, transport, procesy wykorzystania i unieszkodliwiania odpadów oraz lokalne obiekty wytwarzające energię, jak kotłownie i ciepłownie oraz paleniska domowe.    Emitowane z wymienionych źródeł zanieczyszczenia pyłowe charakteryzują się różną wielkością ziaren oraz różnym składem chemicznym i mineralogicznym. Ziarna pyłu o średnicy większej od 20? m stosunkowo szybko opadają na powierzchnie ziemi. Na ziarna pyłu o średnicy mniejszej od 20? m działają za małe siły ciężkości niezbędne do pokonania oporu ośrodka, w którym się znajdują i w związku z tym będą w nim pozostawały podobnie jak zanieczyszczenia lotne.

Pył o wymiarze ziaren mniejszym od 20 mm określa się mianem pyłu zawieszonego. Pomiary stopnia zapylenia powietrza atmosferycznego dotyczą tego właśnie pyłu.    Ilościową miarą zapylenia atmosfery jest jego stężenie S wyrażające się stosunkiem masy lub objętości cząstek stałych do objętości lub rzadziej masy powietrza, w którym występują te cząstki.

Podstawowymi jednostkami stężeń zanieczyszczeń stałych (pyłów zawieszonych) powietrza atmosferycznego są m g/m3 lub mg/m3. W  m g/m3 są podawane wartości dopuszczalne stężeń (NDS). W celu porównania wynikówpomiaru stężeń zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego z NDS należy te wyniki przeliczyć namg/m3.    W celu oceny stopnia zanieczyszczenia powietrza pyłami należy przeprowadzić a. pomiary stężenia pyłu zawieszonego w powietrzu, b. porównać zmierzone stężenia zanieczyszczeń pyłowych z dopuszczalnymi wartościami tych stężeń w powietrzu.

Pomiary zapylenia powietrza atmosferycznego     Wartość stężeń zanieczyszczeń w powietrzu uzależniona jest głównie od wielkości i warunków emisji (parametrów technicznych źródeł emisji, parametrów termicznych i dynamicznych gazów wylotowych, itp.), warunków meteorologicznych i topograficznych decydujących o intensywności wymiany zanieczyszczeń w atmosferze 
oraz od wielkości opadania pyłu na powierzchnię ziemi.

Pomiary zapylenia przeprowadza się w 3 wyraźnie zróżnicowanych fazach:

1. faza emisji

2. faza imisji (rozprzestrzeniania się w powietrzu)

3. faza osiadania (sedymentacji).

Faza emisji - pomiary zapylenia gazów przemysłowych Celem pomiarów zapylenia gazów przemysłowych w punkcie emisji jest: 1. ocena skuteczności działania urządzeń odpylających 2. ustalenie parametrów potrzebnych przy doborze odpylaczy 3. ustalenie stopnia zapylenia gazów przemysłowych emitowanych do powietrza przez dany zakład przemysłowy.     Metody pomiarów zapylenia gazów przemysłowych dzieli się generalnie na metody bezpośrednie i pośrednie. Pomiar metodami bezpośrednimi składa się z następujących etapów: 1. pomiar wydatku gazu przepływającego przewodem Q w Nm3/h, 2. zassanie ze strumienia przepływającego gazu próbki zapylonego gazu,

3. pomiar objętości zassanego powietrza V w Nm3, 4. wydzielenie z zassanej próbki gazu zawartego w niej pyłu, 5. określenie masy wydzielonego pyłu m oraz charakterystyki tego pyłu. Znając wyniki pomiarów można obliczyć stężenie zapylenia S.

Z kolei wykorzystując stężenie zapylenia S i wydatek gazu w przewodzie Q można obliczyć parametry charakteryzujące źródło emisji:

1. unos pyłu U definiowany jako stosunek ilości pyłu powstającego w trakcie procesu technologicznego do czasu trwania tego procesu

U = S*Q

2. emisję pyłu E rozumianą jako ilość pyłu kierowanego do powietrza wraz z gazami przemysłowymi w określonym czasie po przejściu tych gazów przez urządzenia odpylające

Pomiar zapylenia gazów przemysłowych wykonuje się najczęściej za pomocą sond pyłowych (pyłomierzy o działaniu bezpośrednim), które umożliwiają równoczesne wykonanie pomiaru natężenia przepływu zapylonego gazu w przewodzie oraz pomiaru stężenia pyłu.

Pomiar stopnia zapylenia w fazie imisji (w powietrzu atmosferycznym)

Cząstki stałe lub ciekłe zawieszone w powietrzu atmosferycz. są określane mianem aerozolu atmosferycznego.

Obecność ich w powietrzu jest spowodowana nie tylko bezpośrednią emisją, lecz także przemianami fizykochemicznymi zachodzącymi w atmosferze.

W tym drugim przypadku mówimy, że są to zanieczyszczenia wtórne.

Ze względu na proces tworzenia i wielkość, cząstki aerozolu można podzielić na 2 główne grupy: 1. cząstki bardzo małe o promieniu mniejszym niż 0,5-1,0mm, które powstają przez kondensację i koagulację 2. cząstki większe powstające przez podział cząstek jeszcze większych.

Metody pomiaru stężenia pyłu zawieszonego w powietrzu atmosferycznym można podzielić na:

1. manualne

2. automatyczne

Z kolei biorąc za podstawę podziału zasadę działania urządzeń pomiarowych metody te można podzielić na:

1. bezpośrednie

2. pośrednie

W pomiarach manualnych stosowana jest metoda reflektometryczna polegająca na zaczernieniu bibuły filtracyjnej po przepuszczeniu przez nią określonej objętości badanego powietrza oraz metoda wagowa wg PN-84/Z04030/02.

Pomiary automatyczne wykonywane są za pomocą analizatorów stacjonarnych na stacjach pomiarowych lub zainstalowanych w ambulansach pomiarowych imisji.

Metody bezpośrednie pomiaru zapylenia polegają na wydzieleniu pyłu zawartego w badanym powietrzu przy wykorzystaniu zjawisk: sedymentacji (konimetry), termodyfuzji (pyłomierze termodyfuzyjne) oraz filtracji

(filtrymiernicze), a następnie na określeniu jego ilości.

Metoda filtracyjna pomiaru stopnia zapylenia powietrza Okresem porównawczym w pomiarach zapylenia powietrza jest 1 doba, stąd częste zastosowanie w technice pomiarowej tych zanieczyszczeń znajdują filtry miernicze. Wykonuje się je z celulozy, włókna szklanego i 
kwarcu. Przez zastosowanie odpowiedniego filtru można wydzielać z powietrza ziarna do 0,01m m. Dla zwiększenia dokładności pomiaru ilość wydzielonego na filtrze pyłu powinna wynosić min. 50mg, co oznacza, że przez filtr 
należy przepuścić (w zależności od przyrządu pomiarowego) 10-3300m3 powietrza (0,3-130m3/h).

Przed pomiarem zapylenia powietrza przy zastosowaniu metody filtracyjnej do wydzielenia pyłu i metody wagowej do określenia jego ilości należy wysuszyć filtr do stałej masy i wyznaczyć jego masę z dokładnością do 0,1mg.. Tak samo należy postąpić po zassaniu próbki badanego powietrza.  W celu przewidzenia skutków, jakie może wywołać obecność cząstek aerozolowych w powietrzu, nie wystarczy wyłącznie pomiar pyłu zawieszonego ogółem (całkowitego). Dodatkowo należy określić ilościowy udział poszczególnych frakcji ziarnowych tego pyłu. Krótko mówiąc trzeba przeprowadzić separację aerozolu atmosferycznego na frakcje mniejsze od 10m m (PM10) i pozostałe.

Ważnych informacji co do szkodliwości pyłu dostarczają również wyniki analiz chemicznych i mineralogicznych, wydzielonego z badanego powietrza, pyłu.

Metody separacji aerozolu atmosferycznego

Do oddzielenia frakcji gruboziarnistej (>10mm) służą cyklony oraz płytki do osadzania cząstek pokryte substancjami lepkimi. Cyklony są bardzo łatwe w obsłudze i mają prostą konstrukcję. Służą one do wstępnego rozdziału cząstek z pobranej próbki powietrza. Duże zastosowanie w oddzielaniu frakcji pyłowych mają również impaktory kaskadowe, które najczęściej są konstruowane w układzie wielostopniowym. W impaktorach kaskadowych o małej wydajności efektywność 
rozdziału zwiększa się dzięki pokryciu powierzchni filtrów substancjami lepkimi. 

Pomiar opadu pyłu    Opad pyłu definiuje się jako ilość pyłu opadającego na jednostkę powierzchni w jednostce czasu. Jednostką stosowaną w normach jest Mg/(km2*rok). Pomiar wartości opadu pyłu sprowadza się więc do określenia masy, powierzchni i czasu. Przyrządy stosowane do pomiaru opadu pyłu można podzielić na 3 grupy:

 1)  mierniki opadu pyłu

2) płytki miernicze,

3)   pyłomierze kierunkowe

1. Zakres stosowalności, zasada oznaczenia

Metoda polega na pomiarze przyrostu masy płytki mierniczej wykonanej z folii aluminiowej i powleczonej substancją lepiącą wyrażającego masę pyłu, który osadził się na powierzchni czynnej tej płytki oraz czasu ekspozycji. Na podstawie uzyskanego przyrostu masy znanej powierzchni czynnej płytki oraz czasu ekspozycji można obliczyć wartość opadu pyłu wyrażoną w gramach na m² na dobę itd...

2. Aparatura i odczynniki

a) szklana podstawa płytki

b) folia aluminiowa

c) sylikon laboratoryjny

d) waga analityczna

3. Wykonanie oznaczenia

Dokładnie wymyć i odtłuścić szklaną podstawę płytki mierniczej. Przygotować odpowiedni format folii aluminiowej. Na czystą powierzchnię pytki należy, używając silikonu laboratoryjnego, przykleić przygotowana folię aluminiową. Płytkę chwytać i trzymać wyłącznie za jej szklana część (zawsze) Folię należy wygładzić w taki sposób, aby nie było żadnych zagięć. Folię (od strony zewnętrznej powierzchni) dokładnie wysmarować cienka warstwą silikonu laboratoryjnego. Nie wolno przy tym uszkodzić folii! Przygotowaną płytkę mierniczą należy zważyć na wadze analitycznej (m₂). Najpierw ważenie zgrubne, potem dokładne. W przypadku nierówności substancji lepiącej należy, przed zważeniem, włożyć płytkę do suszarki na okres około 5 minut.

Płytkę wystawić do ekspozycji na stanowisku w miejscu okazanym przez prowadzącego. Czas ekspozycji 2 tygodnie.

Po okresie ekspozycji płytkę należy oczyścić z grubszych nieczystości (używać pincety). Następnie wysuszyć w suszarce przez okres około 10 minut. W kolejnym etapie zważyć płytkę na wadze analitycznej (m₁).

Obliczenia:

Wartośc opadu:

OP = (m₂ - m₁) / F, gdzie

m₂ - masa płytki po ekspozycji

m₁ - masa płytki przed ekspozycją

F- powierzchnia czynna płytki (folii osadczej)

Wyniki przedstawić w formie tabelarycznej. Korzystając z klasy dokładności przyrządów wyznaczyć niepewność pomiaru

Miejsce pomiaru			Nr grupy
Data i godzina wyłożenia			Data i godzina zdjęcia
Nr pkt. pomiarowego	Masa próbki m1 [g]	Masa próbki m2 [g]	Różnica mas m2-m1 [g]	Opad pyłu OP Mg/m^2/doba	Niepewność pomiaru [%]
1
2

---