TEHNICI MODERNE PENTRU MONITORIZAREA POLUANILOR DIN AER CP

TEHNICI MODERNE PENTRU MONITORIZAREA POLUANŢILOR DIN AER CP II Dr. Mihaela BADEA ICECHIM - Bucuresti Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

LIDAR (Light Detection and Ranging) Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

LIDAR echivalentul optic al radarului (radar laser) ‘Light Detection and Ranging’ RADAR: undele radio sunt trasmise în atmosferă, care împrăştie o parte din energie înapoi către receptorul radarului LIDAR: transmite şi receptează radiaţia electromagnetică, dar de o frecvenţa mai mare (din regiunile ultraviolet, vizibil şi infraroşu) Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

SCHEMA UNUI SISTEM LIDAR • transmiţător (laser) • receptor (telescop optic) • detector

în undă continuă (cw, continuous wave) Laseri Detectori în puls (pulsed) tuburi fotomultiplicatoare extrem de sensibile Difuzia luminii prin efect Rayleigh Tehnici optice Difuzia luminii prin efect Raman Absorbţia diferenţială (DIAL) Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

determinarea distribuţiei spaţiale a componenţilor atmosferici LIDAR determinarea unor diferiţi parametri atmosferici (temperatura, curenţii de aer, norii, etc. ) Operare la sol Informaţii complementare LIDAR Operare în spaţiu Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

APLICAŢII ALE TEHNICII LIDAR ÎN MONITORIZAREA MEDIULUI I. Monitorizarea ozonului - se utilizează tehnica DIAL - troposfera (< 300 nm) - stratosfera (> 300 nm) II. Măsurarea emisiilor de poluanţi 1. Tehnica Raman - nu necesită o lungime de undă specifică a laserului - difuzia Raman este foarte slabă - benzile rotaţionale-vibraţionale O 2 şi N 2 pot masca liniile Raman Aplicaţie: detectarea scurgerilor de la conductele de gaz – concentraţii de metan de ~ 1 % putând fi detectate de la 2 km distanţă. Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

2. Tehnica DIAL - UV (230 – 300 nm) şi IR (3 – 5 mm) - în UV gaze ca acidul azotic (226 nm), dioxidul de sulf (287 nm), toluenul (267 nm) şi benzenul (253 nm) au linii de absorbţie înguste - vaporii de mercur prezintă o bandă puternică de absorbţie la 253. 6 nm - metanul (CH 4), acetilena (C 2 H 2), etena (C 2 H 4) şi etanul (C 2 H 6) prezintă benzi vibraţional – rotaţionale în infraroşul apropiat LIDAR mobil realizat pentru determinări de poluanţi operat de National Physical Laboratory, Londra, UK

Specie Lungimea de undă a laserului Limită de detecţie (ppb) Monoxid de azot, NO 226 nm 5 Dioxid de azot, NO 2 450 nm 10 Dioxid de sulf, SO 2 300 nm 10 Ozon, O 3 289 nm 5 Vapori de mercur, Hg 254 nm 0. 5 Benzen, C 6 H 6 253 nm 10 Toluen, C 7 H 9 267 nm 10 Metan, CH 4 3, 42 mm 50 Etan, C 2 H 6 3, 36 mm 20 Etilenă, C 2 H 4 3, 35 mm 10 Acetilenă, C 2 H 2 3, 02 mm 40 Acid clorhidric, HCl 3, 42 mm 20 Oxid azotos, N 2 O 2, 90 mm 100 Metanol, CH 3 OH 3, 52 mm 200 Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

DOAS Spectroscopia de absorbţie diferenţială Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

Legea Lambert-Beer nu poate fi aplicată direct pentru măsurători atmosferice datorită următoarelor motive: a) În afară absorbţiei de către gaze, extincţia luminii poate avea loc şi datorită difuziei luminii de către diverse molecule prezente în atmosferă şi de aerosoli. b) În atmosferă absorbţia unui anumit număr de specii este aditiva ducând la o absorbţie totală ce nu permite măsurarea specifică a unei anumite specii. c) În cazul instrumentelor plasate pe sateliţi, intensitatea radiaţiei detectate poate depinde mult de coeficientul de reflexie de la sol. Intensitatea luminii monocromatice Spectrul de absorbţie (tehnica DOAS) Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

SISTEM DOAS CLASIC Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

SISTEM DOAS COMERCIAL (OPSIS) www. opsis. se

APLICAŢII v monitorizarea continuă a emisiilor, în analiza prafului şi a mercurului. Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

DOMENII SPECTRALE UTILE IN DOAS - domeniul UV (200 – 400 nm) - domeniul vizibil imediat vecin cu domeniul UV (400 – 460 nm) - se selectează un domeniu de 60 nm pentru care se înregistrează spectrul Pentru reducerea erorilor date de suprapunerea benzilor de absorbţie, domeniul spectral selectat trebuie sa îndeplinească următoarele condiţii: 1. 2. 3. 4. intensitate maximă a luminii emise de sursă absenţa picurilor abrupte sau a altor elemente fine în spectrul sursei de radiaţii absorbţie maximă pentru gazul ce urmează a fi detectat absorbţie minimă pentru alte gaze Pentru determinarea concentraţiei gazelor se realizează o tratare matematică a spectrelor obţinute. Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

Domeniile spectrale şi limitele de detecţie ale gazelor ce pot fi determinate prin DOAS Gaz Domeniu spectral (nm) Limită de detecţie (ppb) Amoniac, NH 3 200 - 230 0, 8 Monooxid de azot, NO 200 - 230 1, 8 Dioxid de azot, NO 2 400 - 500 1, 0 Acid azotos, NOHO 325 - 390 0, 9 Dioxid de sulf, SO 2 280 - 320 0, 2 Formaldehidă, CH 2 O 280 - 350 1, 2 Benzen, C 6 H 6 236 - 263 0, 9 Toluen, C 7 H 8 250 - 270 1, 5 Fenol, C 6 H 6 O 250 - 280 0, 1 Etilbenzen, C 8 H 10 238 - 270 2, 4 Benzaldehidă, C 7 H 6 O 257 - 290 0, 4 Xilen, C 8 H 10 243 - 275 1, 2 Crezol, C 7 H 8 O 253 - 285 0, 5 Dimetilfenol, C 8 H 10 O 255 - 287 0, 6 Trimetilfenol, C 9 H 13 O 260 - 290 1, 8 Trimetilbenzen, C 9 H 12 240 - 290 2, 4 Metilbenzaldehidă, C 8 H 8 O 266 - 306 1, 8 Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

Instrumentele bazate pe DOAS sunt caracterizate de: o o o Monitorizare totală Preţ de cost scăzut în special datorită tehnologiei ˝drum optic deschis˝ Sistem multideterminare Monitorizare de înaltă performanţă a poluanţilor Nu este necesară recoltarea probei Măsurători în timp real Simplitate în calibrare Servicii minime de întreţinere pentru operare Limite de detecţie joase Întâmpinarea în totalitate a cerinţelor EU Rezistenţă în medii agresive Servicii de funcţionare la distanţă şi de deservire prin intermediul unor ample reţele. OPSIS a elaborat o Metoda Echivalentă aprobată de U. S. EPA pentru monitorizarea O 3, NO 2 şi SO 2 în aer. Proiect pilot LEONARDO da VINCI nr. RO/02/B/F/PP: 141004 29 august – 9 septembrie 2005, BUCURESTI

Calitatea atmosferei in judetul Calarasi Se caracterizeaza in prezent prin surse de emisie cu impact mediu si mic asupra calitatii aerului datorita in principal restructurarii economice in multe sectoare de activitate, precum si extinderii utilizarii gazului metan drept combustibil de catre agentii economici, dar si pentru incalzirea locuintelor. In conformitate cu Planul de monitorizare a calitatii factorilor de mediu pentru anul 2004, s-a asigurat monitorizarea calitatii aerului in zona Calarasi prin 2 statii automate pentru poluantii gazosi si pulberile in suspensie, precum si monitorizarea radioactivitatii mediului. Configuratia retelei automate de monitorizare a calitatii aerului in municipiul Calarasi Sistemul a fost instalat incepand cu luna iulie 2002 si a devenit functional la 1 ianuarie 2003. a. Statia automata Chiciu Este amplasata in zona de frontiera Chiciu si asigura monitorizarea calitatii aerului astfel : – in sistem DOAS (Spectroscopie optica de absorbtie diferentiala) cu echipament automat de tip OPSIS pentru indicatorii : SO 2, NO 2, O 3, C 6 H 5 OH ; – analizoare automate pentru H 2 S, PM 10 si CO ; – parametrii meteo prin statia meteo automata proprie. b. Statia automata DSV Este amplasata la Directia Sanitar Veterinara si asigura monitorizarea calitatii aerului astfel : – in sistem DOAS (Spectroscopie optica de absorbtie diferentiala) cu echipamente automate de timp OPSIS pentru indicatorii: SO 2, NO 2, O 3, C 6 H 5 OH ; – analizoare automate pentru H 2 S si PM 10 ; – parametrii meteo prin statia meteo automata proprie. c. Baza de date Se afla la sediul APM Calarasi, preia in sistem ON LINE datele din retea, le prelucreaza si le transmite catre panoul electronic de afisaj pentru public si in reteaua sistemului comun romano – bulgar de monitorizare. In baza de date a APM Calarasi intra in sistem ON LINE datele de calitate a aerului de la cele 2 statii automate din orasul Silistra (Bulgaria). d. Panoul electronic de afisaj Este amplasat in centrul civic al municipiului Calarasi si asigura informarea in sistem ON LINE a populatiei asupra calitatii aerului din Calarasi si Silistra (Bulgaria).