Környezetvédelmi analitika Levegőszennyezés vizsgálatok

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Környezetvédelmi analitika Levegőszennyezés vizsgálatok"

Erik Orsós
6 évvel ezelőtt
Látták:

József egyetemi docens Tel.: 06-30-257-5156 e-mail: komives@mail.bme.

1 Környezetvédelmi analitika Levegőszennyezés vizsgálatok BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM SZERVETLEN ÉS ANALITIKAI KÉMIA TANSZÉK Kőmíves József egyetemi docens Tel.: Kari honlapon: Budapest, ősz

2 Szilárd anyag mintavétel áramló gázokból Probléma: - változatos részecskeméret - nem gázszerű viselkedés: nagyobb részecskék a tehetetlenségük miatt nem tudják követni a szállító közeg irányváltoztatásait Az izokinetikus mintavételtől való eltérés hatása: v 1 =v 2 v 1 >v 2 v 1 <v 2 v 1 : a hordozó gáz áramlási sebessége v 2 : a minta (rész gázáram) áramlási sebessége a beszívó nyílásban Izokinetikus Beszívási sebesség túl alacsony: fölé mérek Beszívási sebesség túl magas: alá mérek

3 Mintavételi-mérési lehetőségek 1. Szivattyús mintavétel Direkt kijelzésű analizátorok 2. In-situ módszerek Minták laboratóriumi mérése Diffúziós mintavétel Színreagens csövek Szivattyús mintavétel: mintavétel a pontforrás véggázából (részgázáram leszívatása), (extrakciós technika) környezeti vagy munkahelyi levegőből. Mintavevő pumpát igényel. Hígításos mintavétel lehetősége. In-situ módszerek: nincs mintavétel, magában a vizsgálandó közegben mérek. Nyitott sugárutas módszerek (Open-path)

4 Kiemelt jelentőségű légszennyezők Referencia módszerek

5 Direkt kijelzésű mérési módszerek 1. Spektroszkópia: NDIR / GFC AS: CO, SO 2, CO 2, NO, N 2 O, CH 4 FTIR AS: akár 40 molekula egy készülékkel NIR TDL AS: Tunable Diode Laser VIS-UV DOAS: Differential Optical Adsz. Sp. UV abszorpció: NO, NO 2, O 3 UV fluoreszcencia: SO 2 Kemilumineszcencia: NO, O 3 Fényszórásos módszerek 2. Láng- és fotoionizáció (FID, PID) 3. Elektroanalitika (O 2, gázérzékelők) 4. Paramágnesesség (O 2 ) 5. Radioanalitika (β-sugaras környezeti pormérő) 6. Triboelektromosság (pormérés) 7. TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance, környezeti pormérés)

Spekroszkópiai módszerek Az elektromágneses sugárzás főbb spektrális tartományai és az átmenetek típusai Ábra forrása: Környezetmérnöki Tudástár 5.

6 Spekroszkópiai módszerek Az elektromágneses sugárzás főbb spektrális tartományai és az átmenetek típusai Ábra forrása: Környezetmérnöki Tudástár 5. kötet: Környezeti analitika Szerkesztő: Dr. Pokol György Abszorpciós módszerek (fény elnyelése) Emissziós módszerek (fény kibocsátása) Fényszórásos módszerek Fluoreszcens módszerek

7 Molekulák abszorpcióját, sugárzásmentes relaxációját és fluoreszcenciáját kísérő energiaváltozások

8 ND-IR analizátor Detektorban ugyanaz a gáz, amit mérni szeretnék! N2 vagy levegő Nincs monokromátor!

9 UV abszorpciós ózon analizátor elvi felépítése Jellemző molekulák elnyelése az UV tartományban

10 Fotoelektron sokszorozó detektor PMT: Photomultiplier Tube Pl. egy 9 dinódás sokszorozóban egyetlen beeső foton mintegy db elektron kilépését idézheti elő.

UV fluoreszcens SO 2 analizátor UV UV 190-230

11 UV fluoreszcens SO 2 analizátor UV UV nm nm SO 2 SO 2 * SO 2 Zavar: Fluoreszcens sugárzást el tudja nyelni (vízgőz, CH-ek) Maguk is fluoreszcenciára képesek (m-xilol, naftalin)

Kemilumineszcenciás NO X analizátor NO + O 3 NO 2 *+O 2 h : a 600-3 200 nm-es tartományban emittált fény NO + O 3 NO 2 +O 2 1 200 nm-es maximummal.

reakció valószínűsége vákuum reakció kamra alkalmazásával Az NO molekulák megközelítően csökkenthető, 10 %-a reagál ami növeli a módszer érzékenységét.

12 Kemilumineszcenciás NO X analizátor NO + O 3 NO 2 *+O 2 h : a nm-es tartományban emittált fény NO + O 3 NO 2 +O nm-es maximummal. NO 2 * NO 2 +h M: egy harmadik ütköző partner, amely átveszi az energiát, de nem vesz részt a reakcióban. NO 2 * + M NO 2 + M A 4. reakció valószínűsége vákuum reakció kamra alkalmazásával Az NO molekulák megközelítően csökkenthető, 10 %-a reagál ami növeli a módszer érzékenységét. az ózonnal gerjesztett állapotú NO 2 keletkezésével. A 4. reakció valószínűsége vákuum reakció kamra alkalmazásával csökkenthető, ami növeli a módszer érzékenységét. Ózon előállítás: nagyfeszültségű térben (ozonizátor) levegőből vagy tiszta oxigénből. Konverter: NO 2 NO Katalizátor: rozsdamentes acél, 800 o C molibdén, 315 o C Detektor: PMT fotodióda A fenti reakció alapján az ózon is mérhető, de jobb és sokkal olcsóbb reakciópartner az ózon számára az etilén: O 3 + C 2 H 4 O 2 + H 2 C CH * 2 O H 2 C CH * 2 H 2 C CH 2 + h ( nm) O O

13 A nitrogén különböző oxidációs fokú jellemző vegyületei Elem Oxid (Oxid) Elem Hőmérséklet

14 Paramágneses oxigén mérés

15 Paramágneses oxigén mérés

16 FID és PID érzékelők THC THC TOC TVOC Fotoionizációs detektor 10,6 ev NO RF 8 NO 2 RF 10 S-vegyületek Hlg-vegyületek Lángionizációs detektor

17 Kémények mérési lehetőségei

18 Szárításos extrakciós mérési módszer készülékei Hordozható szonda fűtött porleválasztóval Gázelőkészítő Fűtött minta vezeték Kondenzátor Membrán pumpa

19 Gázelőkészítés folyamatos méréshez: extrakciós, száraz PROBLÉMA MEGOLDÁS Gáz hőmérséklete Korrózió, mérendő komponens megkötődése Gáz portartalma Gáz víztartalma Fűtött mintavevő szonda Szerkezeti anyagok megfelelő megválasztása Többlépcsős porszűrés Szárítás: - kondenzáció hűtéssel - permeáció - (adszopció) Zavaró komponensek Szelektív leválasztás (szelektív szűrés az analizátorban)

20 Emissziós füstgáz mérés mintavétei-mérési elrendezése Fiat Ducato mérőkocsi, 2016

21 Mercedes Vito mérőkocsi, 2006

23 Toyota busz belső berendezése

24 Horiba PG-250 hordozható füstgázanalizátor Telepítés különböző helyszíneken

HORIBA OPTICAL BENCHES light source measurement cell measurement cell NOx detector SO 2 detector reference gas CO 2 detector sample gas solenoid valve Sample gas and reference gas are alternately

25 HORIBA OPTICAL BENCHES light source measurement cell measurement cell NOx detector SO 2 detector reference gas CO 2 detector sample gas solenoid valve Sample gas and reference gas are alternately injected into both the CO 2 /SO 2 /NOx measurement line and the CO measurement line. exhaust O 2 detector light source measurement cell measurement cell CO detector exhaust operation gas Ambient air is used as both the operation gas for the O 2 analyzer and the zero reference gas for all analyzers, eliminating the necessity for N 2 gas cylinders HORIBA, Ltd. All rights reserved.

26 Elektroanalitikai módszerek Lambda Az szonda amperometriás elven működő elektrokémiai cellákat nap alkalmazzák a munkahelyi légtér és kisebb kazánok ellenőrzésére szolg elektrokémiai cellában az anódon általában a mérendő komponens oxi Amperometriás A leggyakrabban elven alkalmazott működő gázérzékelők elektroanalitikai (szenzorok) módszereket a. táb katódon pedig az oxigén molekula átalakulása vizzé vagy hidroxil-io Ezek közül a SO 2 konduktometriás mérése a legrégebb óta adódóan a jelenlévő hasonló elektródpotenciálu anyagok egymás megh méréstechnika mind az emissziós, mind az immissziós területen. A mé SO 2 a vizes konduktometriás készülékek jóval hidrogén-peroxid mérése olcsóbbak, mint pl. az IR monitorok, de nem e oldattal: 241. Old. tájékoztató mérésekre alkalmasak. 2 A H2 legismertebb O2 SO2 2H2 culometriás O H2SO4 elven 2H2O működő 2H3O készülék SO4 a Philips cég imm Hasonló A gyakorlatilag elven teljesen működő disszociált készülékeket kénsav alkalmaztak okozta vezetőképesség az NSZK-ban válto SO 2 szennyezettséget mérik. coulometriás A rendszeres mérése mérő karbantartás állomásokon. mellett A készülékben igen megbízható a SO 2 -ot készüléke jóddal ox alkalmazták a németországi 2 monitoring SO I H O SO H I hálózatban, majd egy ré fluoreszcens berendezésekkel cserélték le. Majd Majd a jodid-iont a jodid-iont egy polarizálható egy polarizálható Pt indikátor Pt indikátor elektródon elektródon visszaalakították visszaalak jóddá, és mérték közben a közben átfolyó áramot az az indikátor elektród elektród és egy referencia és egy elektród referencia között. elektród

27 Lambda szonda A -szondában 400 C fölötti hőmérsékleten oxigén-ionok diffundálnak a ZrO 2 kerámia rácshibáin át. A ZrO 2 kerámiát gyakran Yttrium-oxiddal adalékolják. A ZrO 2 membrán két oldalán lévő oxigén parciális nyomásokra érvényes a Nernst egyenlet: U R T po ( levegő) 2 ln n F P O 2 A ZrO 2 detektorokat gyakran alkalmazzák füstgázok oxigén koncentrációjának mérésére. Ekkor a detektort állandó hőmérsékletre fűtik. A gépjárművek kipufogógázaiba közvetlenül helyezik el a szondát. Itt tulajdonképpen nem az O 2 koncentráció pontos mérése a feladat, hanem a levegő/üzemanyag arány szabályozása. Amennyiben a kipufogógázok észrevehető mennyiségű CO-ot és CH-eket tartalmaznak, oxigén felesleg esetén a szonda Pt elektródja által katalizált égés jön létre. Az oxigén feleslegre a füstgázban szükség van a katalitikus konverter megfelelő működéséhez. A -szonda nevét innen kapta, mivel feladata akkora légfelesleg beszabályozása, amekkora az el nem égett komponensek teljes oxidációjához szükséges.

28 Amperometriás elektrokémiai érzékelők (Au) Félig-áteresztő teflon membrán (KOH) (Pb)

29 Amperometriás elektrokémiai érzékelők

30 Mérőkörök hulladékégetés esetén

31 Telepített analizátorok minőségbiztosítása, MSZ EN 14181

32 QAL 1: CEMs megfelelőség vizsgálat Eredő mérési bizonytalanság

33 QAL 2: Párhuzamos mérés eredményeinek feldolgozása Nitrogénművek, Pétfürdő március Tisztított véggáz N 2 O analizátor 140 BME N 2 O [mg/nm 3 ] y = 0,988x + 0,6202 R 2 = 0, CEMS N 2 O [mg/nm 3 ]

34 Nitrogénművek, Pétfürdő: Új salétromsav üzem

35 E.ON Nyíregyházi Erőmű pormérőjének kalibrálása

36 b-sugár abszorpciós pormérő Sugárforrás: acélkapszulába zárt Kr85 vagy C14 izotóp Detektor: Geiger-Müller számláló vagy műanyag szcintillátor

APDA-371 Dust Analyser Method: Beta ray absorbtion (C14) Radiation

Dust will be deposited on the filter tape. Sampling cycle 3.

37 APDA-371 Dust Analyser Method: Beta ray absorbtion (C14) Radiation of 2,22 MBq enables operation without special Autorisation!!! Operation in three cycles 1. Beta rays are measured across clean filter tape. Reference cycle 2. Dust will be deposited on the filter tape. Sampling cycle 3. Beta rays are measured across dirty filter tape. Measurement cycle HORIBA, GmbH. All rights reserved.

38 Találkozzunk végzett mérnökként valahol Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Tüzelőberendezések légszennyező anyag kibocsátásának mérése

Tüzelőberendezések légszennyező anyag kibocsátásának mérése BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM SZERVETLEN ÉS ANALITIKAI KÉMIA TANSZÉK Dr. Kőmíves József nyugalmazott egyetemi docens Devecser