Metoder för luftförorenande övervakning: 4 Metoder

Följande punkter lyfter fram de fyra metoderna för övervakning av luftföroreningar. Metoderna är: 1. Provtagning 2. Partikelövervakning 3. Övervakning av gasformiga föroreningar och 4. Provtagning och analys vid bekvämlighet.

Metod # 1. Provtagning:

Det första steget mot övervakning av gasburna föroreningar är att erhålla ett representativt prov.

En inställning som används för samling av ett prov och analys av de föroreningar som finns i den kallas generellt som ett provtagningståg. Ett provtagningståg skulle normalt ha flera komponenter.

De komponenter som finns i en faktisk uppställning beror på såväl situationen som målen, såsom:

1. Huruvida källan är omgivande luft eller en ledning, till exempel en stapel;

2. Huruvida det är önskvärt att endast övervaka partiklar eller gasformiga föroreningar

3. Huruvida det föreslås att man beräknar de gasformiga föroreningarna på plats eller att analysera dem vid en lämplig tidpunkt efter samling av ett prov.

Partikelämnen analyseras alltid vid en lämplig tid efter att de fångats.

En uppställning kan bestå av alla eller några av följande komponenter:

(i) Ett provtagningsgrenrör,

(ii) En partikeluppsamlare / arresterare,

(iii) En värmare / kylare / kondensor,

(iv) En sugpump (justerbar volymtyp),

(v) En flödesmätare,

(vi) Övervakningsinstrument för gasformiga föroreningar eller bubblor eller en provsamlare.

Följande figur (3.1) visar schematiskt några alternativa arrangemang av provtåg:

(a) Manifold,

(b) kylare / värmare,

(c) partikeluppsamlare,

(d) kondensor,

(e) pump,

(f) Flödesmätare,

(g) Filter.

A. Ett tåg för övervakning av partikel- och gasformiga föroreningar.

B. En tåg för övervakning av gasformiga föroreningar.

C. Endast en tåg för partikelövervakning.

Vid uppsamling av ett gasformigt prov bör man komma ihåg att en flödeshastighet för avloppsvatten och dess sammansättning kan förändras med tiden och vid en given tidpunkt kan dessa bero på provtagningspunkten. På grund av dessa har standardprocedurer rekommenderats för provtagning så att provet som samlas är en genomsnittlig tid. När on-line analysatorer används, är provet en ögonblicklig.

1. Provtagningståg:

En grenrör ska vara en del av provtagningståget när provtagning ska ske från en stack eller annan källa än omgivande atmosfär. Den ska vara tillverkad av ett icke-reaktivt och icke adsorberande material, såsom Teflon eller glas eller någon värme- och korrosionsbeständig legering.

Det ska vara så kort som möjligt och det bör inte vridas, eftersom det annars kan vara ackumulering av partiklar inuti den. För att förhindra termisk skada på grenröret kan det kylas men försiktighet bör tas så att provtemperaturen inte faller under dess daggpunkt.

En dammsamlare används när analys av suspenderat partikelformigt ämne (SPM) är önskvärt. Annars ska en dammavledare användas.

En mekanisk pump eller en lämplig anordning används för att aspirera ett prov.

En flödesmätare används för att mäta den totala volymen av provet som passerar genom ett provkollektorståg.

En kylare kan krävas som en del av ett provtagningståg, om gastemperaturen är sådan att tågets komponenter kan bli värmeskador under provtagningen.

En värmare kan vara nödvändig om provtemperaturen är sådan att kondenserbar ånga kan kondensera i anslutningsrören före uppsamling av dammpartiklar från ett prov.

När en kondenserbar ånga finns närvarande i ett prov vid hög koncentration, bör en kondensor användas för att minska dess koncentration före analys av provets gasformiga beståndsdelar eller samling av provet i en mottagare.

2. Stackprovtagning:

Provtagning från en stapel görs genom att införa ett grenrör in i en port. Vanligtvis är en port ett 75 mm standardflänsat rör monterat på en spackel inuti och sträcker sig 50 till 200 mm på utsidan. När provtagningen inte är klar är den stängd med en blind. För stackar med stor diameter kan portdiametern vara mer än 75 mm. Hamnar ligger cirka 0, 6 till 1, 8 m över golvet eller en plattform. En stapel med en diameter av 3 m eller mindre bör ha två portar placerade i rätt vinkel mot varandra. För en stapel som har en diameter på mer än 3 m bör antalet portar vara fyra, belägna vid 90 ° intervaller.

Portarna bör normalt vara belägna åtminstone åtta diametrar nedströms och två diametrar uppströms från en strömförstörelsekälla. För rektangulära tvärsnittsstackar ska antingen den större dimensionen eller ekvivalentdiametern tas som diametern för placering av portar.

Det minsta antalet rekommenderade provtagningspunkter på en diameter (traverser) och deras placeringar beror på läget för en provtagningsport i förhållande till strömkällorna uppströms och nedströms. Före provtagningen bör manifoldmunnen vara perfekt inriktad mot flödesriktningen i stapeln och riktade uppströms.

För fullständig analys av ett prov från en stapel användes ett isokinetiskt provtagningståg bestående av ett munstycke, en värmebolagd sond och en uppvärmd filterhållare följt av några impingabsorberare i serie och nedsänkt i ett isbad. Absorptionståget ska följas av ett gastorkrör (innehållande kiseldioxidgel), en pump (rörlig membranpump), en torrgasmätare och en kalibrerad öppningsmätare.

Efter montering av tåget till en stapel är pumpen påslagen och flödeshastigheten justeras för att erhålla ett prov under isokinetisk tillstånd. När prover ska analyseras med jämna mellanrum kan en online analysator enhet användas istället för ett impingerabsorberande tåg.

3. Ambient luftprovtagning:

För provtagning av omgivande luft är basenheten som normalt används, känd som en "högvolymprovtagare", speciellt när det är önskvärt att analysera partikelmaterialet.

Huvudkomponenterna i en sådan enhet är:

(a) filtrera,

(b) En fläkt och

(c) En flödesmätare.

När det är önskvärt att uppskatta gasformiga föroreningar används antingen elektroniska instrument eller en provsamlare eller ett tåg av bubblor i kombination med de redan nämnda komponenterna.

Metod nr. 2. Partikelövervakning:

Syftet med partikelövervakning kan vara att uppskatta partikelmassakoncentration, partikelstorleksfördelning och partikelkemisk sammansättning. När det är önskvärt att uppskatta partikelmassa-koncentrationen kan endast ett lämpligt filter användas. Filtermediet kan vara tillverkat av cellulosafibrer / polymerfiber / glasfiber / syntetiskt membran. Valet beror på gastemperaturen. Massan av arresterade partiklar på ett filter beräknas från skillnaden i filtervikten före och efter filtrering.

Filtret ska vara ugnstorkat innan det vägs för att undvika fel som kryper in på grund av absorption av fukt eller annan ånga under eller före filtrering. Ett filter skulle inte vara en lämplig anordning när det gäller uppskattning av partikelstorleksfördelningen och / eller kemisk analys av partiklarna, eftersom kvantitativ återhämtning av de arresterade partiklarna från ett filter är nästan omöjligt.

För att fastställa storleksfördelningen och kemisk analys av gasburna partiklar använder man en impinger eller en serie impingrar. De partiklar som uppsamlas i impingeren (erna) tillsammans med kondenserad ånga, om någon, utvinnes kvantitativt och analyseras efter torkning.

För partikelövervakning från en stapel bör provtagningen göras under isokinetisk tillstånd, dvs gashastigheten genom provtagningsgrenröret ska vara densamma som den genom stapeln vid provtagningspunkten. Om provtagning sker under super-isokinetiskt tillstånd, skulle de uppsamlade partiklarna ha en större andel finare och lättare partiklar än själva.

När de uppsamlade partiklarna samplas under sub-isokinetiskt tillstånd skulle innehålla mer av de större och tyngre partiklarna. Eftersom det i praktiken är svårt att upprätthålla strikt isokinetisk tillstånd, bör avvikelsen från isokinetisk tillstånd inte vara mer än ± 10%.

För att upprätthålla isokinetisk provtagningstillstånd är det nödvändigt att mäta stapelgashastigheten vid samplingspunkten. Hastigheten mäts med en Pitot-rör-manometerns typ S (Stauscheibe eller omvänd typ). Figur 3.2 visar en sådan montering.

Metod nr 3. Övervakning av gasformiga föroreningar:

Gasformiga föroreningar kan övervakas antingen in situ eller vid en lämplig tidpunkt efter samling av ett prov. Innan analys av ett prov måste det befrias från partikelformigt material och kondenserbar ånga. In situanalys föredras eftersom det ger data snabbt. När en provtagningspunkt är lokaliserad på en avlägsen plats eller när det inte krävs uppgifter omedelbart kan ett prov samlas in och koncentrationen av föroreningarna i provet kan beräknas vid en lämplig tidpunkt.

1. I Situ Analys:

När det är nödvändigt att övervaka ett prov så snart det samlas in situ, utförs analys med hjälp av analytiska instrument / instrument placerade i linje med ett provtagningståg. En sådan inställning kan användas för kontinuerlig emissionsövervakning (CEM). Mycket ofta kräver detta att man tillhandahåller ett lämpligt hölje för instrumenten, eftersom de är känsliga för damm, fuktighet och temperatur. För onlineanalys av en gas införs en uppmätt volym (fri från damm) i ett instrument (enhet) som skulle mäta, visa eller spela in koncentrationen av en eller flera beståndsdelar i provet.

Instrumentala metoder:

Instrument (CEM-analysatorer) är tillgängliga för övervakning av gasformiga föroreningar som SO ₂, NO, NO ₂, O ₃, CO och kolväten. Dessa instrument använder sig av olika tekniker och kan användas för analys av stackgas såväl som omgivande luft. Av de olika teknikerna är gaskromatografi (GC) en mångsidig sådan som den kan användas för uppskattning av flera föroreningar, såsom SO2, NOx, CO och kolväten.

Den vitala komponenten i en gaskromatografi är dess detektor som identifierar och känner av koncentrationen av de olika beståndsdelarna i ett prov. En detektor kan vara beståndsdel specifik. I tabell 3.1 listas vissa förorenande specifika detektorer.

Instrument finns också som använder en specifik teknik för att endast övervaka ett specifikt förorenande ämne. Några av dessa anges i tabell 3.2.

De grundläggande principerna för ovan nämnda tekniker diskuteras kortfattat nedan.

Gaskromatografi

Grundkomponenterna i en gaskromatografi är:

(i) En packad kolonn (ett spolat rör) innehållande några granulära partiklar (ibland impregnerad med en vätska). Kolonnen tjänar som en absorberande / adsorberande bädd,

(ii) En kolonnhus med temperaturkontroll,

iii) Lämpliga arrangemang för införande av ett gasprov och en bärgas vid kolonnbasen (inlopp) och

(iv) En detektor som ligger strax efter kolonnen.

Förfarandet för analys är att injicera en förutbestämd volym av ett gasprov vid kolonnens botten. Kolonnen innehåller ett förutvalt adsorbent, vilket skulle bero på de beståndsdelar som finns i provet som ska analyseras. Beståndsdelarna adsorberas på adsorbentbädden och får desorberas genom en ström av förutvald bärargas som strömmar genom kolonnen.

Uppdelning av provkomponenterna mellan bädden och bärargasen uppträder upprepade gånger då beståndsdelarna bäres mot kolonnutgången genom bärgasen. Varje beståndsdel kommer att resa i sin egen hastighet genom kolonnen och slutligen komma ut ur kolonnen och nå detektorn i form av ett band.

Tidsintervallet mellan två band och bredden på varje band beror på partitionskoefficientförhållandet för beståndsdelarna under de givna systemparametrarna. Detektorn ger ut en signal som indikerar tiden för framkomst av ett band.

Signalen förlänger så länge en specifik beståndsdel fortsätter att komma ut ur kolonnen. Signalens storlek skulle bero på koncentrationen av beståndsdelen i bärgasen, som i sin tur skulle bero på dess koncentration i provet. Uppgifterna registreras som ett tidsintervall vs. de specifika beståndsdelarnas koncentration i bärgasen.

Baserat på arean under plot beräknas koncentrationen av den specifika beståndsdelen i provet. Numera finns mikroprocessorbaserade gaskromatografer tillgängliga som producerar en utskrift med de specifika beståndsdelarna som är närvarande och deras koncentration i ett analysprov.

Non-Dispersive Infrared Photometry (NDIR) :

Principen som är inblandad i denna teknik är företrädesvis absorption av infraröd strålning av en beståndsdel, exempelvis kolmonoxid (CO) närvarande i ett gasprov.

En enhet skulle ha följande komponenter:

(i) En infraröd källa,

(ii) en chopper,

(iii) En provcell (flödes typ)

(iv) En infraröd detektor, och

(v) En referenscell (fylld med en icke-infraröd absorberande gas).

En "Non-Dispersive Infrared" -enhet fungerar enligt följande:

Hackaren skulle intermittent utsätta provcellen och referenscellen för infraröd strålning. Den infallande strålningen skulle passera genom referenscellen nästan oabsorberad och skulle nå detektorn. Intensiteten av strålning som sänds genom provcellen skulle bli reducerad på grund av absorption av CO närvarande i provet som strömmar genom cellen.

Skillnaden mellan mängderna av energi som når detektorn via referenscellen och som via provcellen skulle vara proportionell mot CO-koncentrationen i provet. Vissa beståndsdelar, såsom vattenånga, som är närvarande i ett prov, stör den kvantitativa uppskattningen av CO.

Chemiluminescence Technique:

Denna teknik är baserad på det faktum att när ett förorenande ämne reageras med en specifik reaktant (i stort överskott) skulle de bildade produktmolekylerna vara i ett högre excitationsförhållande. När produktmolekylerna återgår från det högre tillståndet av excitation till sitt normala (jorda) tillstånd frigörs energi i form av ljus.

Intensiteten hos det emitterade ljuset skulle vara direkt proportionellt mot koncentrationen av det förorenande ämnet närvarande i ett prov. Den emitterade ljusintensiteten mäts normalt med hjälp av en fotomultiplikator. För uppskattning av koncentrationen av ozon (O3) i ett prov är den använda reaktanten etylen. I fallet med NO bör reaktanten vara O3. För uppskattning av NO ₂ reduceras först kvantitativt till NO och beräknas sedan som NO.

Konduktometrisk teknik :

Grundidén bakom denna teknik är det faktum att när ett specifikt förorenande ämne absorberas i en lämplig vätska, skulle den resulterande lösningens elektriska ledningsförmåga vara annorlunda än absorbentens. Förändringen i konduktiviteten skulle vara proportionell mot koncentrationen av det förorenande ämnet i ett prov. Vätskan (absorberande) bör vara så vald att den bara skulle absorbera en av de föroreningar som finns i ett prov. I allmänhet används destillerat vatten eller en vattenhaltig lösning som ett absorberande medel.

Coulometrisk teknik :

Coulometrisk analys utförs genom att reagera ett specifikt förorenande ämne närvarande i ett gasformigt prov med en vattenhaltig lösning av KI eller KBr i en elektrolytisk cell, varigenom jod eller brom frigöres. Den frigjorda haliden reduceras vid cellens katod.

Strömmen genom koulometern skulle vara proportionell mot mängden av den frigjorda haliden, vilken i sin tur skulle vara proportionell mot koncentrationen av det specifika förorenande ämnet som föreligger i provet. Denna metod är inte specifik för ozon eftersom det mäter de totala oxidanterna som finns i ett prov.

Spektrometrisk teknik :

Denna teknik är något liknande NDIR. Ljus (IR / UV) från en källa filtreras för att avskärma ljuset av alla våglängder förutom ett smalt band som absorberas av ett specifikt förorenande ämne närvarande i ett gasformigt prov.

Sådana strålar av det valda våglängdsbandet får passera genom en cell, genom vilken ett filtrerat, kondenserbart fritt gasprov skulle strömma. Intensiteten hos den överförda strålningen i förhållande till den för den icke-dämpade strålen skulle vara proportionell mot koncentrationen av det förorenande ämnet närvarande i provet.

Elektrokemisk teknik :

En elektrokemisk analysator kan bestå av ett halvpermeabelt membran, en elektrolytfilm, en avkänningselektrod och en referenselektrod nedsänkt i elektrolyten. En gasström som innehåller föroreningen, vars koncentration skall uppskattas, passerar över det semipermeabla membranet.

Föroreningen kan migrera selektivt över membranet och generera en signal (spänning) i elektrolytfilmen. Signalen (spänning) skulle plockas upp av avkänningselektroden. Spänningsskillnaden mellan avkänningselektroden och referenselektroden skulle vara proportionell mot koncentrationen av föroreningar i provet.

2. Kemiska metoder:

Det finns två kemiska metoder, nämligen:

(1) Snabb metod och

(2) Klassisk metod. Snabb metod

Snabbmetoden ger information inom kort tid. Det kräver inte en skicklig operatör. För varje förorening används en specifik detektor. Koncentrationerna av vissa föroreningar kan variera från låg till ganska höga. För ett sådant förorenande medel måste en detektor med lämpligt område väljas beroende på situationen.

En uppsättning för snabb analys består av ett förseglat glasrör (detektor) fyllt med ett förorenande specifikt reagens adsorberat på vissa inerta granuler eller själva reagenset i granulär form och en handdriven positiv förskjutningspump.

Röret är försedd med pluggar i varje ände, som fungerar som filter. Dessa håller också de granulära partiklarna som en packad säng. En direktavläsningsskala (i allmänhet i ppmv-enhet) skrivs ut på rörets yttre yta längs dess längd. Märkningen startar omedelbart efter den främre ändfiltret. Metoden är lämplig för övervakning av de föroreningar som finns i luften.

Operationsproceduren för en sådan enhet är att bryta de slutna ändarna av ett detektorrör (specifikt för ett specifikt förorenande ämne) och fästa detsamma på en pump på ett sådant sätt att ett gasprov dras genom rörets främre ände. Genom att använda pumpen ska en känd volym av ett prov (som specificerat av detektorproducenten) sugas genom röret. Omedelbar reaktion mellan reagenset och föroreningen skulle ske och resultera i en skarp färgändring av den granulära bädden i röret.

Längden av den färgade delen av den granulära bädden skulle bero på koncentrationen av det förorenande ämnet närvarande i ett prov som kan läsas från den tryckta skalan på röret. Ett rör kan endast användas en gång. Selektörsrör finns tillgängliga för övervakning av vanliga oorganiska gasföroreningar samt en mängd olika organiska föroreningar.

Klassisk metod :

Den klassiska metoden kallas också våtkemismetoden. Denna metod är relativt tidskrävande och dess noggrannhet beror på en analytikers skicklighet. Vid denna metod tillåts en känd volym av ett dammfritt gasprov att flöda i en måttlig takt genom en serie bubblor, vardera innehållande ett lösningsmedel med eller utan några upplösta reagenser.

Varje bubbler skulle fälla endast ett specifikt förorenande ämne beroende på det närvarande lösningsmedlet / reagenset. Bubblerna ska ordentligt ordnas. När ett prov har blivit tillåtet att strömma genom bubbelbana ska de avlägsnas och deras innehåll ska kvantitativt analyseras för att uppskatta de fångade föroreningarna.

Metod nr. 4. Provkollektion och analys vid bekvämlighet:

Det är ibland föredraget att samla ett gasprov och sedan analysera detsamma i ett laboratorium vid en lämplig tidpunkt. För att kunna genomföra analys på detta sätt är det nödvändigt att bevara ett prov som det är eller att segregera varje beståndsdel (förorenande) kvantitativt och sedan bevara dem.

För att uppnå detta mål kan något av följande steg antas:

(i) Samling av en prov i en evakuerad mottagare :

Ett dammfritt gasprov uppsamlas antingen i en evakuerad styv metallbehållare eller i en flexibel påse tillverkad av en polymerfilm. Konstruktionsmaterialet av behållaren bör vara så utvalt att föroreningarna inte skulle interagera fysiskt eller kemiskt med behållaren under lagring och därigenom orsaka en förändring i sammansättningen av samlet sampel.

Ett prov ska kylas till rumstemperatur och befrias från fasta partiklar och kondenserbar ånga före uppsamling i en behållare. Behållaren fylld med ett prov ska sedan transporteras till ett laboratorium för analys. I laboratoriet kan provet avlägsnas från behållaren antingen genom att klämma på polymerpåsen eller med hjälp av en pump från den styva behållaren. Analys av det uppsamlade provet kan utföras antingen med hjälp av lämpliga instrument eller genom lämpliga kemiska metoder.

(ii) Insamling i ett medium :

Vätskeformigt eller fast uppsamlingsmedium kan användas för att kvarhålla kvantitativt de föroreningar som föreligger i ett gasprov, antingen som det är eller i en segregerad form för deras efterföljande uppskattning.

(a) Vätskemedium:

När ett flytande medium används, kallas enheten som ett "bubbelsystem". Systemet kan ha flera bubblor i serie, vilka varje innehåller en vätska i vilken ett specifikt förorenande ämne antingen absorberas fysiskt eller kemiskt reageras. Genom varje bubbler bubblas en känd volym av provet och därefter uppskattas kvantiteten av det fångade förorenande med hjälp av en lämplig kemisk analysmetod. I Tabell 3.3 anges den kemiska sammansättningen av bubblarvätskor och de analysmetoder som används för uppskattning av vissa vanliga föroreningar.

(b) Fast medium :

Denna insamlingsmetod baseras på det faktum att när ett damm och kondenserbart ångfritt gasprov passeras över en bädd av adsorbent, såsom aktiverad kol / aktiverad silikagel, adsorberas de föroreningar som föreligger i provet kvantitativt.

Förfarandet för insamling och bevarande av föroreningarna i ett gasprov är att passera en känd volym av en förorenande bärgas genom en behållare innehållande en adsorbentbädd, varigenom föroreningarna kvarhålles på adsorbentgranulerna och det mesta av bärgasen strömmar ut. Efter uppsamling förseglas behållaren och tas till ett laboratorium för analys.

Det allra första steget mot analys av de adsorberade beståndsdelarna är att desorbera dem kvantitativt genom uppvärmning av behållaren medan en ström av inert gas strömmar genom behållaren i en måttlig takt. De desorberade beståndsdelarna transporteras till ett mätsystem av den inerta gasströmmen.

Ett alternativt förfarande för kvantitativ återvinning av de adsorberade beståndsdelarna är att extrahera de med en känd volym av en vätska (ett lösningsmedel). Därefter uppskattas koncentrationerna av beståndsdelarna (föroreningar) i vätskextraktet antingen kemiskt eller med hjälp av lämpliga instrument.

Baserat på diskussionen hittills kan man dra slutsatsen att metoderna för övervakning av gasföroreningar kan klassificeras i två grupper:

(i) Instrumentmetoderna och

(ii) De kemiska metoderna.

Fördelarna med dessa metoder anges i tabell 3.4.