Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

2.7. A levegőminőség mérése

2.7. A levegőminőség mérése

2.7.1. Az immisszió mérés alapjai

Az immisszió a levegőtisztaság-védelmi intézkedések eredménye: a határértékek betartása minden levegőtisztaság-védelmi intézkedés végső célja. Az immisszió területi és időbeni alakulásának ismerete minden levegőtisztaság-védelmi intézkedéshez szükséges. Ellenőrzés során kapunk felvilágosítást arról, hatásos volt-e beavatkozásunk? Az immisszió kialakulására számos tényező hat, amelyek állandóan változnak.

Ezért egy terület levegőszennyeződéséről nem kaphatunk néhány méréssel megfelelő képet. Általában több éven át végzett rendszeres mérést tartunk mértékadónak. A Központi Légkörfizikai Intézet számításai szerint minimálisan 26 adat szükséges ahhoz, hogy az évi átlagértéket elfogadható közelítéssel megkapjuk. Ezeket a méréseket az év során egyenletesen megosztva kell végezni, egy-egy teljes napon át (24 órás átlag). Természetesen ilyen kis számú adatból részeredményeket kiragadni (pl. havi átlagot számítani, időjárási összefüggésekre következtetni stb.) nem szabad.

A 24 órás időtartamú, naponkénti átlagmintavétel kézi, vagy automatikus váltással a több szempontból kielégítő. A gyakorlatban egy éven át legalább hetenként egyszer végeznek méréseket. Ügyelni kell arra, hogy adott mérőpontról a minták a nap különböző óráiból származzanak. A szennyeződés időbeni megoszlásának követésére legalkalmasabbak a folyamatosan működő regisztráló műszerek.

Az immisszió ellenőrző hálózatok két fő típusát különböztetjük meg. Az egyik az ún. air monitorok (regisztráló készülékek) alkalmazásán alapul. A mérőállomás folyamatosan működik, adataikat telefonvonalon vagy URH-n egy központba továbbítják, ahol a terület levegőszennyeződési állapota a mérésekkel egyidejűleg ellenőrizhetik. Ez a rendszer azonnali beavatkozást tesz lehetővé, veszélyhelyzet esetén: pl. elrendelik a füstköd intézkedési terv („szmog-riadó”) alkalmazását. Ez egyrészt az erősen szennyező üzemek (pl. erőművek) teljesítményének csökkentését, vagy időszakos leállítását foglalják magukban, másrészt a közlekedés korlátozását (pl. belvárosokban) rendelhetik el. A füstköd intézkedési terv három fokozatú: készültség, melyről csak az érintett szervezetek és üzemek értesülnek, az 1. fokozat az üzemeltetés és közlekedés kisebb korlátozásaival jár, míg a 2. fokozat az erősen szennyezett légállapot huzamos fennmaradása esetén szigorúbb intézkedéseket tartalmaz. Budapesten még csak a készültségi fokozatot kellett néhányszor elrendelni.

A másik típus a rendszeres szakaszos (24 órás, vagy 30 perces) mintavételt alkalmazza. A mérőhelyek lehetnek telepítettek, ezen belül automatikusak, vagy kézi kezelésűek, és lehetnek olyanok, amelyeket időszakonként műszerrel, mérőgépkocsival felkeresnek. Az ilyen hálózat létesítése kevésbé költséges, így több mérőhely jelölhető ki. A szolgáltatott információk (különösen a 24 órás mérések esetében) a legfontosabb igényeket kielégítik. Az adatok értékelése és a beavatkozás általában egy hónap, vagy egy év után válik lehetővé.

A mérőpontok kijelölésének szempontjai a vizsgálat céljától függnek. A mérőpontot azonban mindig reprezentatív helyen kell kijelölni. Forgalmas útkereszteződésben a talajszinttől másfél méter magasságban vett minták reprezentatívak abban az esetben, ha az. ott tartózkodó emberek terhelését kívánjuk felderíteni. Ugyanezek a mérések viszont egyáltalában nem reprezentatívak az illető városrész egészére.

A háttérszennyeződés mérésére a nagy városoktól 100 km távolságban, forgalmas földi és légi útvonaltól nem érintett helyen kerülhet sor, ahol a környéken semminemű szennyező forrás nincs. Az ilyen mérőállomás követelményeit a Meteorológiai Világszervezet szigorúan meghatározza.

Valamely település alapterhelését mérő állomással szemben a következők a követelmények: helyi szennyező források közvetlen hatásától mentes, kéményektől és forgalomtól viszonylag távoli (néhány száz méterre felvett), jól átszellőző helyen, pl. városi parkban legyen elhelyezve. Az ilyen állomás adatai a város egy nagyobb, kb. km2-es területére jellemzők. Az Egészségügyi Világszervezet javaslatán alapuló hazai állomás-elhelyezési rendszert a 2.43. táblázatban mutatjuk be.

Típus

Állomás száma

Állomás neve

Állomás jellemzője

I.

1.

Belváros

Forgalmas üzleti, hivatali és lakónegyed a város központi részén. „Védett” I. terület.

2.

Lakóterület

Városközponttól távolabb, korszerű lakótelep, közvetlenül nem szennyezett. „Védett” I. terület.

3.

Ipari terület

Iparral szomszédos, vagy attól veszélyeztetett, szennyezett lakóterület. „Védett” I. vagy „Védett” II. terület.

1…3.

Mint I. típus esetén

Mint I. típus esetén.

II.

4.

Lakóterület

2.től távol eső, régebbi, sűrű beépítésű, 2-nél szennyezettebb lakóterület. „Védett” I. terület.

5.

Közlekedési gócpont

Gépkocsi-közlekedés, vasúti pályaudvar által veszélyeztetett lakóterület. „Védett” vagy „egyéb” terület.

6.

Üdülőterület

Városi vagy városközeli tiszta levegőjű terület, kertváros, pihenőkörzet. „Kiemelten védett” vagy „védett” I. terület.

III.

1…5.

Mint II. típus esetén

Mint II. típus esetén

6.

Üdülőterület

Pihenőkörzet, ill. kontrollterület. „Kiemelten védett” vagy „védett” I. terület.

7.

Belváros

Mint az 1. mérőállomás esetén.

8.

Lakóterület

Mint az 2. mérőállomás esetén.

9.

Ipari terület

Mint az 3. mérőállomás esetén.

10.

Lakóterület

Mint az 4. mérőállomás esetén.

11.

Ipari vagy közlekedési terület

5. szerint, de ha a településre jellemzőbb, akkor a 3. szerint is lehet.

12.

Kertváros

Lazán beépített, családi házas terület.

A mérőpontok kijelölhetők minden különösebb rendszer nélkül, de ez számos hibaforrást rejt magában, és hatékonysága rosszabb, mint a szisztematikus állomásháIózaté. Adott szennyező forrás hatását célszerűen koncentrikus körökben, égtájanként telepített állomásokkal mérhetjük fel. A mérőhelyek ideális esetben a szélrózsa és a körök metszéspontjaira kerülnek. Egy település, vagy terület felmérésére sokhelyütt alkalmazzák a négyzethaló-rendszert, amelyben a mérőpontok a négyzetháló metszéspontjaira kerülnek. Az egyes négyzetek oldalhossza a terület nagyságától és a laksűrűségétől függ: 2 km-től 10 km-ig változik. Az ilyen rendszerek kizárják a szubjektív telepítési szempontokat, egyenletes állomás eloszlást adnak, és lehetővé teszik a pontos helymeghatározást, számítógépes térinformatika alkalmazását. Hátránya, hogy sok mérőeszközt igényel, és a gyakorlatban ritkán lehet a mérőállomást pontosan a kijelölt helyre telepíteni.

A szabad levegő szennyeződésének vizsgálata során általában két munkafázist különböztetünk meg: a mintavételt és az analízist. Ez a két fázis az air monitorok esetében nem különül el, a nyílt csatornás rendszereknél pedig (lásd DOAS,) nincs mintavétel.

2.7.2. Mintavétel

A mintavétel egyszerű esetben a levegőnek műanyag ballonba, üvegedénybe juttatása. Ülepedő porfrakció esetében nyitott edénybe, tapadó felületre hulló anyagot fo-gunk fel. Ezek az egyszerű módszerek csak ritkán alkalmazhatók, mert a levegőben a szennyező anyagok igen kis koncentrációban vannak jelen. Ezért a mintavételt dúsítással kapcsoljuk össze. Elnyelető edényben folyadékon keresztül nagy mennyiségű levegőt szívatunk át. A folyadék többnyire speciális reagens, amely a mérendő szennyező anyagot megköti. A szilárd halmazállapotú szennyező anyagokat különféle szűrökön foghatjuk fel a levegő átszívása útján. A szűrő befogadására fém, vagy műanyag befogófejet, patront használunk A mintavevők alapvető egységei: az elnyelető edény, vagy szűrő, a levegőmennyiség mérő, vagy áramlásmérő, és a szivattyú. Egyszerű mintavevő rendszer sematikus rajzát a 2.40. ábra mutatja.

2-40. ábra - Egyszerű levegőmintavevő összeállítása

Egyszerű levegőmintavevő összeállítása


1. porszűrő; 2–3. elnyelető edény; 4. vattaszűrő; 5. injekciós tű; 6. levegő szivattyú; 7. rotométer

A mérés pontossága végett törekedni kell a nagy mennyiségű levegő átszívására. Ennek határt szab a mintavétel időtartama. A kapott szennyezőanyag koncentráció a mintavételi időszak átlagértékét adja. Minél hosszasabb tehát a mintavétel, annál inkább elmosódnak a szélső értékek. Időegység alatt a mintavevő rendszeren átáramoltatott levegő mennyisége korlátozott, mert az elnyelődési hatásfok az átáramoltatási sebesség növelésével gyorsan romlik, szűrőfelület esetén pedig annak ellenállása szab határt.

A 30 perces mintavételnél az átáramoltatás térfogatsebessége 0,2–2,0 l/min közt le-het, az alkalmazott eszközök függvényében. Gázkromatográfiás vizsgálatokhoz szilárd adszorbenssel (aktív szén granulátum, preparált szilika-gél, )töltött csöveken vesznek mintát, melynél az átszívási levegőáram a méret és töltet szerint változó. A 24 órás „napi átlagminta” teljes átáramoltatott levegő mennyisége 1–2 m3. Hazai levegőminőségi határértékeink jelenleg 30 perces és 24 órás (valamint éves) időintervallumokra szólnak. (Az EU szabályozás ettől esetenként eltér.) A mintavétel időtartamát ezekhez célszerű igazítani.

A gázok megkötődése az elnyeletés során általában nem tökéletes. Kedvező esetben elérhető a 90–98%-os abszorpció. Ha az abszorpció hatásfoka ismert, az értékeléshez szorzófaktor alkalmazható.

A szennyező anyag koncentrációjának kiszámításához szükséges az átáramoltatott levegő térfogatának ismerete. Száraz és vizes gázórákat, vagy rotamétereket alkalmaznak, mely utóbbiaknál mérni kell a mintavétel időtartamát. Használatos továbbá a tömegáram mérésére a mérőperem, valamint elektronikus megoldások. A hőmérsék-let-emelkedés pozitív, a csökkenés negatív hibát okoz: 1 °C hőmérséklet változás 0,37%-os hibát eredményez, rotaméter esetében. Az előírt áramlási sebesség beállítása tűszeleppel, kritikus keresztmetszet alkalmazásával, vagy elektronikus áramlás-érzé-kelővel lehetséges.

A mintázandó levegő átszívására elektromos szivattyúkat használnak. A gáz-min-tavevőkhöz kis teljesítményű, az analízisre is alkalmas mennyiségű por mintavételhez nagy teljesítményű szivattyúk kellenek. Mindkét esetben fontos a tartós, sőt folyamatos üzemeltetésre való alkalmasság.

Napjainkban már a legritkább esetekben használnak házilag összeállított mintavevő eszközöket. Ezeket kiszorították a komplett mintavevő berendezések, melyek nagyobb pontosságot biztosítanak, valamint számos típusuk automatikus üzemben is működtethető. Az alábbiakban néhány hazánkban használatos mintavevő készüléket ismertetünk.

A Kálmán System KS 501 tip. mintavevő mikroprocesszor vezérlésű, LCD kijelzésű készülék, mely 8 db GC abszorbciós csőre, vagy 8 db gázmosó edényre kézi vezérléssel, vagy programozottan vesz mintát. PC csatlakozási lehetőség az adatlekéréshez, áramszünet esetén adattárolás, mintavételi idő és tömegáram programozás. Előtét porszűrő, visszaszívás gátló rendszer, térfogatáram stabilizálás.

A készülék példáján ismertetjük egy mintavevő felépítését és általánosan szükséges műszaki adatait.

térfogatáram mérési tartomány

q = 5–85 [lN/h]

max. térfogatáram

qmax = 140 l/h

térfogat kijelzés

0 – 9999 l

térfogatáram mérés pontossága

2±%

tömeg 10 kg alatt áramforrás

230 V és 12 V

mintavételi időtartam

8×24 óra

mintavétel szabályozhatóság

1–24 óra

gázmosó palack

szabvány szerint

GC mintavevő cső méret

10/8 mm, 330 mm

légvezetékek

abszorbció mentes, inert anyagból

A Controflex Kft. készüléke egyszeres, vagy dupla GC abszorbciós csövekre vesz mintát. Mikroprocesszor vezérléssel, digitális LED kijelzéssel van ellátva. Szabályozható tömegáram és mintavételi időtartam.

Az AGL Engineering Development készüléke 8 impingert tartalmaz, programozható mintavétellel. A térfogatáram egyenletességét kritikus keresztmetszet biztosítja, a levegő mennyiségét ún. száraz gázórával méri. Átszívás ellen biztosított. Áramkimaradás esetére saját áramforrása van.

A DESAGA GS 301/m. modell alkalmas elnyelető edényben (impingerben) és abszorbciós csőben történő mintavételre. Két egységből áll, az alapkészülék végzi az abszorbciós csövekre való mintavételt, míg az impingerek egy külön, cserélhető egységben vannak elhelyezve. 10 mintavételt végez automatikusan, mikroprocesszor vezérléssel és kijelzéssel. Programozható mintavételi időtartam és tömegáram. Laptop csatlakozással van ellátva. Jó hordozhatósága miatt elsősorban munkahelyi és időszakos mérésekre célszerű készülék.

A SZÁMÓ Bt. Letronik mintavevője szilárd és gáznemű szennyező anyagokat egyidejűen mintavételez. Nyolc sorozatminta vételére alkalmas. A szilárd szennyeződéseket szűrőn fogja fel, a gázok 50 ml hasznos oldat térfogatú elnyelető edénybe jutnak. Az átszívott levegő mennyiséget minden elnyelető edénynél kijelzi. A váltási időpont vagy adott impinger ismételt kapcsolása programozható. Áramlás-stabilizált, hamis beszívás ellen biztosított.

Nagy teljesítményű pormintavevők (high volume sampler) működését mutatjuk be az alábbiakban. A KS 301, KS 302 és KS 303 (Kálmán System) készülékek különböző változatai mérőállomásba telepíthető, hordozható, egybeépített és egységekből álló formában ismeretesek. Alkalmasak a különböző méretű porfrakciók (TSP, PM 10, PM 2,5) mintavételezésére. Általános felépítésüket a 2.41. ábra mutatja be. A nagyteljesítményű pormintavevők általában szükséges műszaki adatait a KS 303.150.10 tip. készülék példáján ismertetjük.

2-41. ábra - Nagyteljesítményű pormintavevő KS-303.150.10 tip.

Nagyteljesítményű pormintavevő KS-303.150.10 tip.


1. beszívófej; 2. térfogatáram mérő; 3. kettős impaktor; 4. szűrőház; 5. 150 mm síkszűrő; 6. hosszabbító cső; 7. oldalcsatornás szivattyú; 8. kifúvó cső; 9. kiértékelő egység; 10. hőmérsékletjel vezeték; 11. nyomásjel vezeték; 12. csatlakozó nyak; 13. csatlakozó hüvely; 14. fogantyú; 15. hőmérséklet szenzor; 16. nyomás kivezető; 17. 230 V kábel; 18. RS 232 kábel; 19. notebook; 20. tartóállvány

2-43. táblázat - Egységes immissziómérő állomásrendszer

maximális tömegáram impaktorral

qmax = 44 m3/h

optimális tömegáram

N = 36 m3/h

membránszűró befogófej átmérők

150 mm, 54/10, 82/44 mm

előleválasztó impaktor

d = 10 µm (PM 10), 5 µm, 2 µm

impaktor anyaga

teflon

tömegáram mérés pontosság

±2%

tömegáram szabályozás pontosság

±2%

mintavételi magasság

1450 mm

tömegáram szabályotás

folyamatos

a beállított tömegáram ellenőrzése

automatikus

légjáratok bevonata

teflon, 40 µm

motor teljesítmény

750 W

áramforrás

230 V, 50 Hz

a vákum szivattyú egység tömege

17 kg

helyszükséglet

500×480 mm


Hasonló célú nagyteljesítményű készülékek, TSP, PM10, és PM 2,5 mintavételezésére az Andersen és SKC gyártmányok.

A mintavétellel egyidejűleg mérni, ill. észlelni szükséges néhány, a levegőszenynyezettség szempontjából fontos, meteorológiai paramétert. Ezek: a szél iránya és erőssége, a hőmérséklet és a relatív páratartalom, a borultság vagy napsütés, a légnyomás és a csapadék. A szél erősségét kézi, vagy rögzített anemométerrel, a hőmérsékletet és pártartalmat Assman féle respirációs pszichrométerrel mérjük. A meteorológiai szolgálattól kaphatjuk meg az aktuális makro-szinoptikus adatokat, mint a hőmérsékleti grádiens (inverzió magassága), a ciklonos-anticiklonos légállapot.

2.7.3. Analitikai eljárások

Az analízis, tekintettel az igen kis menynyiségekre, érzékeny módszereket követel. A kézi, vagy automatikus eszközökkel végzett, hagyományosnak tekinthető mintavételt követően leggyakrabban a fotometriás, konduktometriás, súly szerinti, gázkromatográfiás (GC), ionkromatográfiás, nagynyomású folyadékkromatográfiás (HPLC), vagy atomabszorbciós spektrométeres (AAS) analíziseket alkalmazzák. A leggyakoribb szennyező anyagok részletes kémiai analitikai eljárásait nemzetközi és magyar szabványok tartalmazzák. Ezek jegyzékét mellékeljük.

Nagy jelentőségű a mérési módszerek egységesítése, mert az eredmények csak így hasonlíthatók össze egymással. Ilyen egységesítési törekvés van az Egészségügyi Világszervezet a Meteorológiai Világszervezet, a Nemzetközi Szabványosítási Szervezet kereteiben. Napjainkban a legfontosabb egységes szabályozást az Európai Unió irányelvei tartalmazzák. Intézményeink jó eredménnyel vesznek részt a nemzetközi hitelesítési eljárásokban.

Kén-dioxid esetében a West-Gaecke módszert, nitrogén-dioxid esetében a Saltzman eljárást használják hitelesítő módszerként. A fluoridokat célszerűen ionszelektív elektród alkalmazásával mérhetjük.

A porvizsgálatok közül elterjedten alkalmazzák az ülepedő porterhelésnek és összetételének mérését. 30 napos expozícióval, szabványos gyüjtőedénnyel nyert mintából, súlyszerinti analízissel mérik a. vízben oldódó és vízben oldhatatlan frakciót. A finomabb, nem ülepedő porfrakció analízisére a nagyteljesítményű. pormintavevőkkel nyert minta alkalmas. A szűrőfelületen 100–200 m3 levegőből kinyert por alkalmas fémek, policiklusos aromás szén-hidrogének (karcinogén anyagok), biológiailag aktív porok vizsgálatára.

A szennyező anyagok koncentrációját mg/m3-ben, és µg/m3-ben szokták megadni. Az angolszász országokban elterjedt a ppm (egy rész a millióban) használata. A mg/m3 -ppm, illetve a ppm-mg/m3 átszámítás az alábbi képlettel történik:

A[ mg / m 3 ]= M 24 [ ppm ]A[ ppm ]= 24 M [ mg / m 3 ] MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaacaWGbbWaamWaaeaadaWcgaqaaiaad2gacaWGNbaabaGaamyBamaaCaaaleqabaGaaG4maaaaaaaakiaawUfacaGLDbaacqGH9aqpdaWcaaqaaiaad2eaaeaacaaIYaGaaGinaaaadaWadaqaaiaadchacaWGWbGaamyBaaGaay5waiaaw2faaiaaysW7caaMe8UaaGjbVlaaysW7caaMe8UaaGjbVlaadgeadaWadaqaaiaadchacaWGWbGaamyBaaGaay5waiaaw2faaiabg2da9maalaaabaGaaGOmaiaaisdaaeaacaWGnbaaamaadmaabaWaaSGbaeaacaWGTbGaam4zaaqaaiaad2gadaahaaWcbeqaaiaaiodaaaaaaaGccaGLBbGaayzxaaaaaa@5CFA@

ahol:

M – az anyag molekulatömege

A 24-es szám szobahőfokon érvényes, míg 0 °C-on 22,4-de1 kell számolni.

A levegőszennyezettség analitikai módszerei között, a pontosság igényének növekedésével, egyre nagyobb helyet kapnak az ún. nagyműszeres eljárások.

Az atomabszorbciós spektrofotometria (AAS) alkalmazása a fémszennyeződések kimutatásában nélkülözhetetlen. Specifikus, szelektív módszer. A módszer mintegy 70 elem meghatározására alkalmas. A levegőhigiénés gyakorlatban leginkább az ólom-, kadmium-, nikkel-, réz-, króm-, cink-, vanádium-, arzén-és tallium koncentrációkat szokták mérni. A mérés a szűrőn felfogott (általában több száz m3 levegő átszívásával nyert) minta leoldásával kapott oldatból türténik, savas feltárással. Nagyobb fémkoncentrációknál lángionizálással, nyomnyi anyagmennyiségeknél a nagyobb érzékenységű elektrotermikus atomizálással történik a meghatározás.

A gázkromatográfiát különféle szerves anyagok, szén-hidrogének, oldószerek, esetenként növényvédőszer-maradékok, vegyipari eredetű levegőszennyező anyagok kimutatására alkalmazzák. A levegőhigiénés gyakorlatban a gázkromatográfiás analízist elsősorban a nagyobb molekulájú vegyületek, pl. az el nem égett üzemanyag-maradé-kok, aromás szénhidrogének, (PAH, benzo-a-pirén) poliklórozott bifenilek, nitrózaminok, peszticidek, dioxin kimutatására alkalmazzák. A legtöbb esetben a gázformájú levegőszennyeződéseket aktív szénen, vagy más adszorberen dúsítják, majd oldószeres, vagy termikus deszorpció után analizálják. A meghatározás érzékenysége az alkalmazott kromatográfiás és mintavételi körülményektől függően ng-os sőt pg-os szinten lehetséges.

A poliaromás szénhidrogének kimutatása egészségi szempontból fontos, köztük számos rákkeltő anyag található. Célszerűen nagynyomású folyadék-kromatográffal (HPLC= high pressure liquid chromatograph) vizsgálhatjuk. A mintát nagyteljesítményű pormintavevővel szűrőre vesszük. A mérési módszert szabvány tartalmazza.

2.7.4. Passzív monitorok

Újabban teret nyer az ún. passzív monitorok alkalmazása. Ezek egyszerű, viszonylag olcsó eszközök, melyek rendszerint egy tartóból (kapszulából, patronból, csőből) és egy abszorbensből (reagenssel átitatott szűrőből, aktív szénből stb.) állnak. Több na-pos expozíciójuk egyszerű kihelyezéssel történik, felületükön a szennyező anyag, koncentrációjának megfelelő arányban, megkötődik. Laboratóriumi analízisük anyagonként eltérő. Nagy területek vizsgálhatók segítségükkel, alkalmazásuk elsősorban tájékozódó felméréseknél, előzetes vizsgálatoknál indokolt. A jelenleg használatos passzív monitorok adatait a 2.44. táblázat foglalja össze.

Mért komponens

Abszorbeáló anyag

Analitikai eljárás

Nitrogén-dioxid

Trietanol-amin

Saltzman módszer

Kén-dioxid

Trietanol-amin

West-Gaecke módszer

Nátrium-karbonát

Ion-kromatográfia

Ózon

Dipiridil-etilén

MBTH módszer

Formaldehid

Nátrium-biszulfit

Kromotrópsavas eljárás

Trietanol-amin

Pararosanilin módszer

Benzol, toluol, xilol

Aktív szén

Gázkromatográfia

Szén-monoxid

Zu-Y zeolit

Gázkromatográfia

2.7.5. Biológiai vizsgálatok

A szabad légkörben ártalmas (humán pathogén) mikroorganizmusok csak kis számban fordulnak elő. Zárt helyeken azonban (iskola, kórház, munkahely, metróállomás stb.) esetenként szükséges bakteriológiai mintát venni. Ennek eszköze az ún. réses mintavevő, mely táptalaj felületére ütközteti a mikroorganizmusokat. A táptalajról azokat kitenyésztik és faj szerint azonosítják.

A napi gyakorlat szempontjából fontos szerepe van az allergén pollenek vizsgálatának. Hazánkban működik egy országos pollen-ellenőrző hálózat az ÁNTSZ intézetek kezelésében. A szélirány szerint differenciáló gyüjtőkészülékben felfogott pollenszemcséket naponta begyűjtik és mikroszkóppal határozzák meg azok számát és fajtáját. Az eredményeket a médiában közlik.

2.7.6. Folyamatos, „realtime” üzemű analizátorok (air monitorok)

Az 1980-as években kezdtek elterjedni a fejlett országokban az ún. real time air monitorok, melyek folyamatos méréseik adatait egyidejűleg továbbítják egy adatgyűjtő központba. A rendszerint többféle szennyező anyag mérésére szolgáló, komplex monitor állomásokat konténerbe, vagy mérő gépkocsiba építik be. Egy komplett mérőállomás beszerzési és üzemeltetési költsége természetesen nagy. Hazánkban harmincnál több ilyen mérőállomás működik. Vázlatos berendezésüket a 2.42. ábra szemlélteti. Az alábbiakban a leggyakrabban mért szennyező anyagok analizátorait és főbb tartozékaikat ismertetjük. A nemzetközi viszonylatban és hazánkban leginkább használatos gyártmányok betűrendben az alábbiak:

Columbia Scientific Industries Corp. (CSI)

Environnement S.A. (ESA)

Fuji

Horiba

Monitor Labs (ML)

Thermo Environmental Instruments Inc. (TEI)

2-42. ábra - Monitor állomás elrendezése

Monitor állomás elrendezése


Kén-dioxid monitorok

Az analízis elve a pulzáló fluoreszcencia. A zavaró komponensek kiszűrése után, 314 nm-es hullámhosszú UV fénnyel sugározzák be a levegőmintát. Ez a hullámhossz az SO2 molekulák abszorbciójára jellemző. A molekulák által kibocsátott fluoreszcens UV sugárzás jut az optikai rendszerbe. Az elektronsokszorozó jele digitális jellé konvertálva jut a mikroprocesszoros feldolgozóba. Az air monitorok jellemzésére példaként a TEI Model 43C adatait közöljük:

Mérési tartomány:

0 – 1000 ppb, ill. 0 – 100 ppm

Legkisebb detektálható érték:

21,0 ppb, 10 s átlagolási idő mellett

1,0 ppb, 60 s átlagolási idő mellett

0,5 ppb, 300 s átlagolási idő mellett

24 órás zéró drift kevesebb, mint 1 ppb

Válasz idő:

80 s

Linearitás

±1%, a teljes skálára

Pontosság

1%, vagy 1 ppb

Mintavételi áramlás

0,5 l/min

Hasonló célú analizátorok pl. az E SA. AF 21 M, a Horiba APSA–360.

Nitrogén-oxid, nitrogén-dioxid és nitrózus gázok

Ezek a monitorok egyidejűleg mérik a nitrogén-oxid (NO,) a nitrogén-dioxid (NO2)és az összes nitrózus gáz (NOx) koncentrációját. Az analízis elve a kemiluminescencia. Az NO molekulák O3 molekulákkal reakcióba lépve oxidálódnak. A gerjesztett NO* molekula az alapállapotba való visszatéréskor a 600–1200 nm tartományban luminescens sugárzást bocsát ki. A csökkentett nyomású reakciókamra optikai szűrője csak a 610 nm feletti sugárzást engedi át, kiszűrve a zavaró interferenciákat. A sugárzást az elektronsokszorozó méri, ahonnan a mikroprocesszoros feldolgozó egységbe jut a jel. Az ózont ózongenerátorral állítják elő. Az NO2 méréséhez a molekulát NO-vá kell alakítani, ami egy 320 °C hőmérsékletű molibdén kályhában történik. Az NO és NOx mérése két párhuzamos csatornán, azonos mintából történik. A két mérés különbsége adja az NO2 koncentrációját. Egy 3 zónával ellátott chopper forog az elektronsokszorozó előtt, mely így felváltva az NO, NOx és sötétáram értékeket méri. Ilyen készülékek pl. az ESA. AC 31 M, a Horiba APNA–360 és a TEI Model 42C

Szén-monoxid monitorok

A mérés elve a nem-diszperzív, infravörös hullámhosszú, korrelációs spektrofotometria. A szén-monoxid abszorbciós spektruma 4,67 µm hullámhossznál maximumot mu-tat, mely az optikai szűrő spektrumába esik. Az optikai szűrőt egy korrelációs keréknek nevezett gáz-szűrővel kombinálják, mely kiszűri a más gázok által okozott interferenciát. Az infravörös sugárnyaláb, mielőtt a detektorhoz ér, átmegy a korrelációs keréken, az optikai padon, és egy keskeny sávú optikai szűrőn. A sugár így időben tagolva 3 jelet ad: nulla jel, mérési jel és referencia jel, mely egy CO-val töltött cellán megy át. A sugár abszorbciójának változását, a zajcsökkentés miatt Peltier elemmel hűtött, fényelem érzékeli. Az értékelést mikroprocesszor végzi. Ilyen készülékek pl. a TEI Model48C, az ESA. CO 11 M, és a Horiba APMA–360.

Ózon monitorok

Az ózon mérés elve az ultraibolya fénnyel történő fotometria. Az ózon 253,7 nm hullámhosszra vonatkozó abszorbciós együtthatója ismert. A Lambert-Beer törvény alapján a koncentráció kiszámítható. A kétcellás rendszerben az egyik cellán ózonmentes, szűrt levegő, míg a másik cellán a mérendő minta áramlik át. Az ózon-generátoros kivitelben a referenciát a generált ózon szolgáltatja. Erre a célra szolgál az ESA. 0341 M, a TEI Model 49C és a Horiba APOA–360.

Részecskék (por) mérésére szolgáló monitorok

A finomabb porfrakciók, szálló por mérésére, ill. méret szerint differenciálására kaszkád rendszereket alkalmaznak, erre folyamatos üzemű monitorokat fejlesztettek ki. Az összes lebegő részecske (total suspended particulate, TSP) mérésére, a 10 µm-nél kisebb frakció (particulate matter 10 µm, PM10 ) mérésére, újabban pedig a 2,5 µm-nél kisebb átmérőjű részecskék ( PM 2,5 vagy PM 1,0 ) mérésére szolgáló eszközöket is alkalmaznak.

A legelterjedtebb mérési elv a fokozatosan előre mozgó szűrőpapír-szalagon vett porminta b-sugár abszorbcióján alapul. A sugárzás elnyelődése arányos a porréteg vastagságával, ill. a por-koncentrációval. Fő elemei a b-sugárforrás, a papírszalagot mozgató mechanika, a sugárzás-érzékelő, a mikroprocesszoros vezérlés, és a jelátala-kító-jeladó rendszer. Ilyen a FAG-Eberline, az Andersen béta-sugaras monitor, az APM monitor, valamint az ESA MPSI 100 készülékek. Ugyanerre a célra, de más elven működő készülék a TEOM (Tappered Element Oscillating Microbalance) rendszer, mely a szűrőfelületre rakódó por frekvencia-módosító hatását felhasználva, mint mikromérleg működik.

Szerves anyagok mérésére szolgáló monitorok

A légkörben előforduló szerves anyagok mérésére szolgáló monitorok első generációja az ún. „nem-metán szén-hidrogén”-eket méri. A légkörben természetes forrásokból származó, viszonylag nagy koncentrációban jelen lévő metánt katalítikus kivonással kiküszöbölve, méri a többi illékony szén-hidrogén komponens összegét. Mérési elve a láng-ionizációs gázkromatográfia. Nem-metán szénhidrogének mérésére szolgáló készülék a TEI Model 55C és a DANI TNMH 451.

Az újabb készülékek általában a közlekedési forrásokra és vegyi üzemekre jellemző benzol, toluol és xilol (BTX) koncentrációját regisztrálják. Erre szolgáló speciális gázkromatográf a Chrompack monitor, melynek legalacsonyabb érzékelési koncentrációja benzolra 0,1 µg/m3. Formaldehid monitorozására alkalmas a TEI Model 54C.

DOAS (Differenciál Optikai Abszorbciós Spektroszkópia)

A nyílt, hosszú fényutas spektroszkópia viszonylag új mérési rendszerét jó ideig nem szabványosították. A jelenlegi típusokat már az Európai Unió is elfogadja. A rendszer lényege, hogy egy ívlámpa széles spektrumú sugárnyalábot bocsát ki, mely áthatol a vizsgálandó 10–5000 m-es minta-szakaszon. Az ultraibolya és látható fényt passzív visszaverő juttatja vissza a vevő optikához. Itt egy száloptikán keresztül jut a fény az elemzést végző spektrométerbe. A szennyező gázok jellemző spektrumot nyelnek el az emittált fényből, melynek hullámhosszát az analizátor nagy érzékenységgel és pontossággal határozza meg. Az elemzés végső fázisát a kapcsolt számítógép végzi. Előnye a rendszernek, hogy egyetlen készülékkel sokféle szennyező anyag mérhető, beleértve a szerves komponenseket is, melyek folyamatos üzemben más módon nem, vagy csak igen költségesen regisztrálhatók. Alkalmazhatók egy utca, egy városrész, vagy pl. repülőtér szennyezettségének ellenőrzésére, on line üzemmódban. Ilyen készülékek a DOAS 2000 és az OPSIS gyártmányok.

A DOAS 2000 készülék néhány jellemző adata. Mérhető anyagok: az ózon, nitro-gén-oxidok, kén-dioxid, BTX, formaldehid, fotokémiai szennyeződések, más szerves anyagok és aldehidek. Legkisebb detektálási koncentráció: 0,5 ppb, 250 m mérési szakaszon, 5 perces átlagidővel.

Monitorok tartozékai

A monitorok hosszú időn (heteken) át üzemelhetnek kezelői beavatkozás nélkül. Ennek feltétele az automatikus kalibráló rendszer telepítése. A beállított mérési program biztosítja a napi egyszeri, vagy többszöri kalibrálást. A kalibráló gázt hígítás után ismert koncentrációra beállítva juttatja az analizátorba. Főbb részei ennek megfelelően a gázpalack vagy generátor, a gázhigító egység, a temperált permeációs cső, a prog-ram-vezérlő és ellenőrző rendszer. Ilyen készülékek: a TEI Model 146 Multigas Calibration System, a Model 165 ózon-generátor, az ESA VE 3M hordozható 3 csatornás kalibrátor, az ML Audit Calibrator.

Adatkezelő rendszer

A gázmérő monitorok általában néhány másodperces gyakorisággal szolgáltatnak mérési rész-adatokat. Ezek kezelése, gyűjtése, tárolása, a telefonvonalon, vagy URH-n való továbbítása, a kívánt időtartamra (időtartamokra) történő átlagok képzése, az adatkezelő rendszer feladata. Egy adatkezelő egység általában a monitor állomás valamennyi mérőegységét kiszolgálja. Ilyenek: az ESA SAM 32, a Breitfuss Anacomp, az ML Envirologger.

A monitor-hálózat központi adatkezelő rendszere, a program függvényében végzi a kívánt feldolgozásokat és értékeléseket. Időszakosan (félóránként, óránként, 24 óránként) jegyzőkönyvet nyomtat, diagramokat készít. Interaktív kapcsolatot tart a moni-tor-állomásokkal, melynek keretében hibajelzést kap, kalibrálást indíthat meg, adatokat kérdezhet le, on line rendszerben. Hazánkban használatos levegőminőség kezelő program-csomagok pl. a SCANAIR (ESA), a HERS (ML), és Anacomp (TEI). Gondot okoz, ha egy mérőhálózaton belül különböző adatkezelő programok üzemelnek, melyek nem kompatibilisek. Ennek kiküszöbölésére készült a Breitfuss Intercomp, mely a TEI, Anacomp, API, Horiba, ML, ESA, FAG-Eberline, TEOM és MetOne rendszerek együttes kezelését teszi lehetővé.

Meteorológiai mérőeszközök

A komplett monitor állomás, vagy mérő-gépkocsi tartozékai a meteorológiai mérőeszközök. Mérik a hőmérsékletet, a relatív páratartalmat, a szél erejét, irányát, a légnyomást és a napsugárzás intenzitását. Ezek az adatok is az adatkezelő és feldolgozó egységbe kerülnek. A programok összefüggésbe hozzák a meteorológiai állapotot a szennyezettséggel.

2.7.7. Terjedési modellek alkalmazása a levegőminőség meghatározására

Bármelyik típusú levegőszennyezettség mérést használjuk is, a beruházás és üzemeltetés költségei jelentősek, a munkaerő ráfordítás nagy. Emellett a legkorszerűbb mérőrendszerrel sem lehet egy település teljes terjedelmének szennyezettségét megismerni, időbeli alakulását, a csúcsértékeket az egész területre nézve megmérni.

A mérések kiegészítésére ezért esetenként, pl. hatásvizsgálatokhoz, pótolhatatlan a terjedési modellek alkalmazása. Mint fentebb láttuk, az első terjedési modelleket emisszió-pontforrásokra dolgozták ki. Ma már használatban vannak az immisszió adatokat felhasználó, városi közlekedési és települési terjedési modellek is. Ezek az immisszió-mérő állomások adataira támaszkodva, az emissziók, a terepalakulatok és a meteorológiai tényezők figyelembe vételével, jelentős kiterjedésű területek expozícióját jó közelítéssel adják meg. Előnyük továbbá, hogy változó állapotokra, prognózisok készítésére is alkalmasak.