Detekce znečištění ovzduší: Principy a metody

Kvalita ovzduší zásadně ovlivňuje zdraví životního prostředí a lidí. Proto je už nyní vývoj technologií pro monitoring znečištění ovzduší nezbytným nástrojem environmentálního managementu. Integrace technologií pro sledování znečištění ovzduší umožňuje detailní analýzu kvality ovzduší na lokální i regionální úrovni. Aplikace modulárních senzorových sítí, datových platforem nebo inteligentních systémů pro identifikaci zdrojů znečištění znamená nesporný přínos pro každodenní život běžných obyvatel, firem, měst, krajů i státu.

Měření korozní agresivity ovzduší

Korozní agresivitu prostředí lze přímo stanovit pomocí korozních senzorů. Principiálně se jedná o čidlo podobné snímači doby ovlhčení. Senzor z mědi, stříbra, niklu nebo železa má na izolační podložce vytvořen meandr o tloušťce kolem 2,5·10-7 m. Měření je založeno na impedanční metodě.

Přímé měření znečišťujících látek v ovzduší nemá z korozního hlediska velký význam. Výsledky přímého měření korozní agresivity jsou buď v objemových jednotkách ppm (cm3.m-3)/ ppb (mm3.m-3), nebo hmotnostních (μg.m-3).

Metody stanovení korozní agresivity

• Stanovení oxidu siřičitého na sulfatačních deskách: Podstatou metody je reakce SO2 s PbO2 za vzniku síranu olovnatého. K tomuto účelu se definovaným postupem připraví speciální sulfatační desky. Minimálně tři takto připravené desky se umístí na zkušebních stojanech po dobu 30 dnů na zkušebním místě. Držáky musí být provedeny tak, aby směs s oxidem olovičitým směřovala k zemi a musí být zajištěn normální přístup a proudění vzduchu k povrchu zkušebních desek. Po ukončení expozice se zjišťuje některou z kvantitativních analytických metod obsah síranů v sulfatačních deskách. Množství síranů, získané analýzou, se převede na čisté množství.
• Stanovení depoziční rychlosti oxidu siřičitého na alkalickém povrchu: Metoda je založena na principu, že oxidy síry a další sirné sloučeniny kyselé povahy se kumulují na alkalickém povrchu filtrační desky, nasycené roztokem uhličitanu sodného nebo draselného. Zkušební desky se umístí ve vertikální poloze na zkušební stojan tak, aby jejich povrch byl ve směru převládajícího proudění vzduchu. Normální doba expozice zkušebních desek je 30 dnů. Vyžaduje-li to charakter korozní zkoušky, nebo úroveň znečištění, může se doba expozice desek prodloužit na 60 nebo až 90 dní. Po expozici se desky sejmou ze stojanu a analytickým postupem (např. gravimetrickou nebo titrační metodou) se provede analýza síranů.
• Depozice chloridů metodou mokré svíce: Mokrá svíce je textilní knot, vložený ve speciální zátce do láhve, která obsahuje 200 ml speciálního roztoku. Láhev (vzorkovač) se předepsaným způsobem umístí na zkušebním místě a po zakončení expozice se provede analýza chloridů v roztoku, zachycených povrchem knotu.

Popsané metody byly založeny na přímém měření základních korozních stimulátorů (SO2 a Cl-). Korozní agresivita může být odvozena i ze stanovení korozní rychlosti standardních vzorků vystavených po dobu jednoho roku v testované atmosféře.

Pro zkoušky se používají dva typy vzorků, a to vzorky ploché a spirálové. V měřené lokalitě se na počátku nejvíce korozně agresivního období exponují po dobu jednoho roku minimálně tři vzorky příslušného typu. Před expozicí se vzorky zváží s přesností na 0,1 mg. Po skončení expozice se ze vzorků odstraní vzniklé korozní zplodiny a provede nové vážení. Na základě takto stanovené korozní rychlosti zkušebních vzorků se dá s využitím údajů v tab. Z obou systémů lze odvodit stupeň korozní agresivity prostředí.

Čtěte také: Stolní detektory kvality ovzduší: Průvodce

Doba ovlhčení

Doba ovlhčení je definována jako období, během kterého je povrch kovu pokryt adsorpční nebo kapalnou vrstvou elektrolytu, který je schopný vyvolat atmosférickou korozi. Vedle toho se můžeme setkat s pojmem vypočtená doba ovlhčení. Podle ČSN ISO 9223 to je doba ovlhčení, stanovená z teplotně vlhkostního komplexu. Je tím myšleno období, za které v průběhu roku nepoklesne teplota pod 0 oC a relativní vlhkost pod 80 %. Tato definice doby ovlhčení neodpovídá plně skutečnosti, protože ovlhčení je ovlivňováno celou řadou faktorů, jako např. druh kovu, jeho hmotnost, stavem povrchu, množstvím korozních zplodin apod. Vhodnost aplikace vypočtené doby ovlhčení klesá i se stupněm krytí výrobku. Doba ovlhčení ve smyslu uvedené definice závisí na makroklimatické oblasti a kategorii umístění . V intervalu doby ovlhčení τ1 se nepředpokládá kondenzace vodní páry. Pro doby ovlhčení z intervalu τ1 a τ2 je pravděpodobnost koroze vyšší u zaprášených povrchů.

Indikace přítomnosti vody v kapalné fázi na povrchu kovu je principiálně zjistitelná přímým nebo nepřímým způsobem. Nepřímé stanovení doby ovlhčení vychází ze znalostí průběhu teploty a relativní vlhkosti ovzduší a dalších údajů jako je např. množství srážek, výskyt rosy, mlhy spadu sněhu apod. Vzhledem k předcházejícím podmínkám má tento způsob stanovení doby ovlhčení pouze pravděpodobnostní charakter. Přesnější informaci o četnosti ovlhčení povrchu poskytují přímé měření doby ovlhčení. Metody přímého měření ovlhčení jsou založeny na indikaci iontově vodivého vodného roztoku na povrchu v době ovlhčení. Rozhodující úlohu u tohoto způsobu indikace hraje snímač, který musí zachytit kondenzační děje na povrchu a nesmí je svou přítomností ovlivnit. Snímač je např. vyroben jako systém dvou nebo více kovových elektrod, které pracují v aktivním nebo pasivním stavu.

Klasifikace stimulátorů atmosférické koroze

Současné názory na klasifikaci stimulátorů atmosférické koroze jsou ve stadiu určitých změn. Platná klasifikace je založena na hodnocení koncentrace dvou základních složek agresivní atmosféry oxidu siřičitého a chloridových iontů. Úrovně znečištění rozhodujících korozních činitelů se klasifikují samostatně pro znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitou. Pro každý z těchto stimulátorů koroze se stanovují čtyři intervaly úrovně znečištění.

Hodnoty oxidu siřičitého se stanovují depozičními (Pd) a objemovými (Pc) metodami. Depoziční rychlost a koncentrace SO2 se zjišťuje z měření prováděných po dobu alespoň jednoho roku. Pro účely klasifikace korozní agresivity jsou takto stanovené hodnoty rovnocenné. Koncentrace oxidu siřičitého v klasifikačním intervalu P0 se považuje za koncentraci pozadí, které není významné z hlediska korozního napadení. Znečištění nad klasifikační interval P3 je považováno za extrémní znečištění. Tak jako pro oxid siřičitý klasifikovaný interval S0 představuje koncentraci pozadí.

Detekce nanočástic

Nanočástice jsou téměř všude kolem nás. Pro lidské oko jsou neviditelné, neboť mají rozměry menší, než je vlnová délka viditelného světla. Jejich malé rozměry a vysoká koncentrace v kontaminovaných oblastech z nich činí riziko pro lidské zdraví. Zjednodušeně řečeno jsou nanočástice nejjemnější prach ve velikosti od 1 do 100 nm.

Čtěte také: Jak vybrat detektor kvality ovzduší?

Největším zdrojem kontaminace nanočásticemi jsou automobily se spalovacími motory, zejména dieselovými. Na významu však nabývají i ultra jemné částice, které se uvolňují z brzdových obložení aut a otěrem pneumatik. V blízkosti dálnic byla naměřená koncentrace nanočástic na úrovni milionu částic na krychlový centimetr.

Podle autora řešení Jana Topinky z Ústavu experimentální medicíny AV ČR, dokáže nově navržené zařízení detekovat v ovzduší nanočástice extrémně malých rozměrů, což umožňuje odhalit koncentrace nanočástic škodlivých pro lidské zdraví.

Moderní technologie monitoringu znečištění ovzduší

Moderní automatické měřicí systémy umožňují průběžné měření znečištění ovzduší v reálném čase. Systémy k monitoringu využívají laserová a optická čidla detekující koncentrace hrubých a jemných pevných částic.

• Senzory částic: Laserová čidla detekují prachové částice o velikosti 0,3-10 mikrometrů.
• Detektory plynu: Senzory pro detekci oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, formaldehydu a těkavých organických sloučenin sledují znečištění vzduchu plyny.

Tyto integrované moduly bývají obohaceny o meteorologická čidla pro měření teploty, vlhkosti a tlaku. Pro sběr a analýzu dat se čím dál více využívá úzkopásmový IoT (internet věcí). Senzory přes úzkopásmové sítě data o znečištění, teplotě, vlhkosti a dalších parametrech průběžně odesílají do centrálních datových serverů.

Centrální systémy pro zpracování dat

Data z jednotlivých senzorů je možné shromažďovat také v centrálních systémech, kde dochází k jejich následnému zpracování, vizualizaci a analýze. Například Moravskoslezský kraj využívá inteligentní identifikační systém zdrojů znečištění ovzduší (IIS). Ten spojuje emisní data s konkrétními lokalitami a procesy.

Čtěte také: Detektory kvality ovzduší pro kanceláře

Detekce plynů

Detektory plynů, odborně snímače detekce koncentrace plynů, jsou bezpečnostní zařízení používaná ke včasnému varování před toxickou nebo výbušnou koncentrací různých nebezpečných plynů. Zvýšená koncentrace výbušných plynů s sebou nese riziko požáru a výbuchu. Nejčastěji se jedná o metan (zemní plyn), propan a butan.

Toxické neboli jedovaté plyny způsobují otravy lidí a zvířat. Jedná se zejména o vysoce toxický oxid uhelnatý, který může způsobit i smrt, ale také oxid uhličitý, který je běžným produktem dýchání a dalších biochemických procesů. Mezi další toxické plyny patří např. sulfan, oxid dusný N2O, amoniak a další.

Principy snímání koncentrace plynů

Vlastní snímání koncentrace lze provádět několika elektrochemickými způsoby. Každý způsob má svůj specifický vliv na měření. V běžných aplikacích, kde nedochází k častým změnám vlhkosti nebo teploty, využívají detektory Evikon dvou typů senzorů. První je polovodičový a druhý elektrochemický.

• Polovodičový senzor: Pracuje na principu absorpce molekul kyslíku molekulami hořlavých plynů.
• Elektrochemický senzor: Funguje na principu vysoké pohyblivosti iontů vodíku v dielektriku.

Měření oxidu uhličitého (CO2)

Měření koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší se provádí zejména za účelem řízení kvality vnitřního vzduchu, za účelem zajištění podmínek hygieny a bezpečnosti práce a za účelem řízení technologických parametrů v průmyslových procesech.

Oxid uhličitý (CO2) je bezbarvý plyn, bez zápachu, 1,52× těžší než vzduch. Za mezní hodnoty z hlediska kvality vnitřního ovzduší se považují koncentrace CO2 do 1 500 ppm. Koncentrace nad 1000 ppm mohou být individuálně vnímány jako tzv.

Typy senzorů CO2

• Infračervené senzory (IR/NDIR): Měření je založeno na měření útlumu intenzity infračerveného světla dopadající / pronikající skrz molekuly plynu.
• Elektrochemické senzory (GSE/EC): Základní princip funkce spočívá ve vytváření elektrického signálu úměrného koncentraci CO2 vlivem reakce molekul měřeného plynu s elektrolytem uvnitř senzoru.
• Polovodičové senzory (MOX/MOS): Jejich princip je založen na změně vodivosti povrchu polovodiče vlivem působením měřeného plynu.

Volba přístrojů pro měření koncentrace CO2 by měla vždy vycházet ze zhodnocení charakteru aplikace a účelu použití. Pokud je účelem občasné měření nebo měření pro kontrolní účely, mohou být vhodnou volbou detekční trubičky. Pro frekventovanější měření a osobní bezpečnostní aplikace lze doporučit přenosné přístroje s IR nebo elektrochemickými senzory. Upřednostňovanou volbou pro stacionární bezpečnostní komerční a průmyslové aplikace by měly být přístroje s IR senzory připojené na měřicí ústřednu. Pro aplikace řízení větrání a klimatizace v budovách je podle nároků na kvalitu měřené hodnoty vhodné volit přístroje s IR senzory nebo ekonomicky výhodnější přístroje s polovodičovými senzory.

Analyzátor uhlovodíků

Analyzátor uhlovodíku typ Vamet 20 je určen ke kontinuálnímu měření koncentrací CxHy ve vzduchu. Vzduch je přiváděn pod tlakem min. 80 kPa (± 20%) na plynový konektor na zadním panelu analyzátoru z prostředí, ve kterém se vyskytuje pouze malé množství uhlovodíků prachu a vlhkosti. Vzorek analyzovaného plynu je zaváděn temperovanou trasou do plamene detektoru. Zde dochází za vysoké teploty vodíkového plamene k ionizaci vazeb C-H přítomných uhlovodíků.

tags: #detektor #znecisteni #uvzdusi #princip

Oblíbené příspěvky:

• Úspěšné IPO a emise
• Explore Czech Trebova
• Praktický průvodce tříděním odpadu pro zaměstnance
• Snižování emisí CO2 v Baltském moři
• Recyklace papíru v ČR