การตรวจวัดปริมาณมลพิษ (ฝุ่น) ที่ระบายออกจากปล่อง

งานนำเสนอเรื่อง: "การตรวจวัดปริมาณมลพิษ (ฝุ่น) ที่ระบายออกจากปล่อง"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 การตรวจวัดปริมาณมลพิษ (ฝุ่น) ที่ระบายออกจากปล่อง
Based on U.S.EPA Method 5 (Isokinetic Sampling) นเรศ เชื้อสุวรรณ สาขาวิชาอนามัยสิ่งแวดล้อม สำนักวิชาแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี 11 กุมภาพันธ์ 2547

2 ปล่องระบายอากาศเสียโรงงาน

3 ระเบียบ & กฎหมายที่เกี่ยวข้อง
กรมโรงงานอุตสาหกรรม เช่น ประกาศกท.อุตฯ ที่เกี่ยวกับค่าปริมาณของสารเจือปนในอากาศที่ระบายออกจากโรงงาน โรงไฟฟ้า กรมควบคุมมลพิษ เช่น ประกาศกท.วิทย์ฯ ลงวันที่ 17 มิย.40 เรื่อง กำหนดมาตรฐานการปล่อยทิ้งอากาศเสียจากเตาเผาขยะมูลฝอย ประกาศกท.วิทย์ฯ ลงวันที่ 20 ธค.39 เรื่อง กำหนดมาตรฐานควบคุมการปล่อยฝุ่นละอองจากโรงโม่ บด หรือย่อยหิน

4 Stack Config.

5 Stack Config.

6 อุปกรณ์เก็บตัวอย่างในปล่องระบายอากาศเสียโรงงาน

7 Sampling System Schematic

8 18. Spare AC outlet 19. Heater Control Knob 20
18. Spare AC outlet 19. Heater Control Knob 20. Amphenol Receptacle and Cover 21. Filter Box Thermocouple 22. Probe Heater Outlet 23. Cyclone Bypass 1.Door 2. Modular Sample Case 3. Probe Support 4. Probe 5. Probe Heater Cord 6. Monorail Handle Assembly 7. Monorail Attachment Unit 8. Ball Joint Clamp 9. Filter Assembly Filter-Impinger 11. Impinger Interconnect “U” 12. Impinger Outlet Thermocouple Umbilical Adapter 14. Impinger Case 15. Carrying Handle 16. Drain Cock 17. Impinger Case Slide

9 Method 5 Sampling Train

10 องค์ประกอบของวิธีการ Based on US.EPA source sampling methods
Method 1: Determination of Sampling Points Method 2: Determination of Flow Velocity Method 3: Determination of MW of Dry Air Method 4: Determination of Moisture Content Method 5: Determination of PM (Isokinetic Sampling) Based on US.EPA source sampling methods

11 Method 1 Determination of sampling points
Principal: เก็บตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของฝุ่นที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดของ stack ให้มากที่สุด การเก็บตัวอย่างแบบนี้ไม่ใช้กับ cyclonic flow, ปล่องมีเส้น ศก.<0.3 ม., จุดวัด <2x เส้น ศก. ปลายทิศการไหล หรือ <0.5x จากต้นทางการไหลของตัวรบกวน

12 Method 1 (cont.’d) US.EPA กำหนดระยะห่าง 8 เท่าของเส้นศก. stack (หรือห่างตัวรบกวน flow เช่น ข้องอ ขยาย เปลวไฟ) อาจ 4-6 เท่าก็ได้หากหาไม่ได้จริง ๆ (ไทย) Stack ส่วนใหญ่ทรงกลม หากเป็นสี่เหลี่ยมให้ใช้สูตรหา equivalent dia.

13 Method 1 (cont.’d) กำหนดจำนวนจุดเก็บตัวอย่าง (อัตราการไหลในปล่องไม่เท่ากันในพื้นที่หน้าตัดเดียวกัน) หากระยะ>8x หรือเส้นผ่านศก.>0.61 ม. จุดเก็บไม่น้อยกว่า 12 จุด stack ทรงกลมหากเส้นผ่านศก ม. จุดเก็บไม่ น้อยกว่า 8 จุด stack สี่เหลี่ยมหาก eq.dia ม. จุดเก็บไม่น้อยกว่า 9 จุด

14 Method 1 (cont.’d) ตำแหน่งของจุดเก็บตัวอย่าง
จุดเก็บ <8x ให้ใช้รูป 1 หากเป็นสี่เหลี่ยมใช้ตาราง 1 ตำแหน่งของจุดเก็บตัวอย่าง stack ทรงกลมให้ลากเส้นศก.ตั้งฉาก 2 เส้น จน. ตำแหน่งดูตาราง 2

15 Method 1 (cont.’d) stack ทรงกลมที่เส้นศก.>0.61 ม. จุดเก็บตย.ห่าง ผนังอย่างน้อย 2.5 ซม. (อาจต้องเลื่อนจุดแรกและท้าย) stack ทรงกลมที่เส้นศก.<=0.61 ม. จุดเก็บตย.ห่าง ผนังอย่างน้อย 1.3 ซม. (อาจต้องเลื่อนจุดแรกและท้าย) stack สี่เหลี่ยมให้แบ่งพท.หน้าตัดเป็นสี่เหลี่ยมเล็ก เท่ากัน และกำหนดตำแหน่งที่จุดกลางสี่เหลี่ยมเล็ก แต่ละอัน

16 Method 1 (cont.’d)

17

18 Method 2 Determination of flow velocity --avg.
Principal: ความเร็วเฉลี่ยของก๊าซใน stack วัดได้จากความแตกต่างของความดัน และ gas density 1. Pitot tube ใช้สำหรับวัด P S type มีใช้กันเป็นส่วนใหญ่ Std. type เป็นมาตรฐานแต่อุดตันง่าย หากฝุ่นมาก

19 Instrument

20 Pitot Tubes

21 Method 2 (cont.’d) 2. Differential pressure gauge (inclined manometer)
10”น้ำ อ่านค่าต่ำสุดที่ 0.05”น้ำ อาจใช้ Magnehelic gauge แทนได้ (แต่ต้องผ่านการตรวจ/สอบเทียบค่า) 3. Thermocouple อยู่ใกล้กับ pitot tube แต่ต้องไม่ขวางทาง

22 Inclined Manometer Handheld Manometer

23 Method 2 (cont.’d) 4. Static Pressure in Stack 5. Atm. Pressure Gauge
อ่านค่ากับ inclined manometer โดยดึงขาด้านหันหน้ารับกระแสลมออก SP=AP+deltaPที่อ่านได้ 5. Atm. Pressure Gauge อาจใช้ barometer หรือ Aneroid ได้ 6. Gas density measurement ดู Method for moisture determination

24 Altimeter & Barometer Barometer

25 Method 2 (cont.’d) Procedure for Method 2
connected equipment (probe, S-type pitot tube, inclined manometer) leak checking: (ก) เป่าลมที่ด้าน positive ของ pitot tube ให้ delta P >3” ก่อนปิดปลายเปิดที่เป่าลมให้แน่น รอ 15 นาที หาก delta P คงที่แสดงว่าไม่มีการรั่ว, (ข) ดูดลมด้าน negative ให้ delta P >3” ปิดปลาย รอ 15 นาที หาก delta P คงที่แสดงว่าไม่มีการรั่วของระบบ

26 Method 2 (cont.’d) ปรับศูนย์ของ manometer (ต้องคอยตรวจเพราะการสั่นสะเทือนมีผลให้ค่าเปลี่ยนได้) สอด pitot tube เข้าใน stack ตามตำแหน่งที่กำหนดไว้ บันทึกค่า deltaP และT ทุกจุดเก็บ Leak checking อีกครั้งเมื่อวัดเสร็จ วัดค่า static P อ่านค่า atm.P หาค่า dry molecule of air ตาม Method 3 (ค่า 29.0 อาจใช้แทนได้ใกล้เคียงกับ ambient stack)

27 Method 2 (cont.’d) หาค่า moisture content of air in stack ตาม Method 4 หรือ Method 5 คำนวณหาพท.หน้าตัดปล่อง คำนวณหาความเร็วอากาศใน stack Vs = m/s, Cp=coeff. of pitot tube ที่ใช้, Kp = m/s…, Ts =oK, Ps = abs.P =Pg+Pbar, Ms = MW air (Mth.3)

28 Method 2 (cont.’d) คำนวณหาอัตราการไหลอากาศแห้งใน stack
ใช้ภาวะมาตรฐาน 25oC, 760mmHg Bws = สัดส่วนปริมาตรไอน้ำในอากาศ (จากMth.5), Vs = m/s, A=Area in m2, Tstd = K, Ps = abs. P = Pbar +/- Pg

29 Method 3 การหานน.โมเลกุลแห้งของอากาศใน stack
เพื่อหา [CO2], [O2], molecular wt. dry air ทำได้หลายแบบ ใช้ Orsat analyzer วิเคราะห์ตย. each point ใช้ค่า CO2, O2 คำนวณหา molecular wt. dry air ใช้ molecular wt. dry air in stack = 30.0 ถ้าเป็นการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ, ถ่านหิน, น้ำมัน ใช้ Fuel Gas Analyzer อ่านค่า CO2, O2, N2 นำไปคำนวณหา molecular wt. dry air in stack

30 Portable Flue Gas Analyzer

31 Method 3 (cont.’d) การหานน.โมเลกุลแห้งของอากาศใน stack
Md=0.44(%CO2)+ 0.32(%O2)+ 0.28(%N2+%CO) where 0.44 = mol.wt.CO2 หาร 100 0.32 = mol.wt.O2 หาร 100 where 0.28 = mol.wt.CO, N2 หาร 100 หรือใช้สมการที่เกี่ยวข้องกับการวัดความชื้นตาม Method 4

32 Method 3 (cont.’d) Ms=Md(1-Bws)+ 1.8Bws
where Ms = mol.wt. of gas, g/gmol Md = mol.wt. of dry gas, g/gmol Bws = ratio of humidity of air in stack หาจาก Method 4 18.0 = MW water

33 Method 4 การหาปริมาณความชื้นอากาศใน stack
อาจเป็น ก) วิธีมาตรฐานหรือ ข) วิธีประมาณการ (approximation method) วิธีนี้ต้องทำก่อนเก็บตย. ส่วน ก) ทำควบคู่กับเก็บตัวอย่าง

34 Method 4 (cont.’d) ก) วิธีมาตรฐาน ใช้อุปกรณ์ของ Method 5
probe (heatable) made of SS or glass condenser consists of connected 4 impingers (modified Greenburg-Smith) 2 อัน แรกมีน้ำกลั่น, ว่าง, silica gel (6-16 mesh size) with thermometer cooling system (ice box) barometer balance and cylinder

35 Impingers Set

36 Balances, Clamps, Silica gel

37 Method 4 (cont.’d) การวัด
ตำแหน่งเก็บตย.เดียวกับ Mth.1 เติม fix vol. of water in #1&2, ชั่งนน. Silica gel 200 g in #4 record the wt. heated probe 120oC ป้องกันการควบแน่น ใส่ impingers ลงใน ice box leak check the system --plug the probe and run the pump to P 350 mmHg, dry gas meter should run < m3 maintain steady flow +/-10%

38 Method 4 (cont.’d) maintain exit gas from #4 impingers <20oC ลงใน ice box start sampling from 1st traverse point leak check the system --plug the probe and run the pump to the highest P during sampling, dry gas meter should run < m3 measure liquid in all 3 impingers, weight 4th impinger

39 Method 4 (cont.’d) Calculation: ปริมาตรไอน้ำที่ควบแน่นที่ STP
Vwc-std = (Vf-Vi) where Vwc-std = ปริมาตรไอน้ำในตย.ที่ควบแน่นที่ STP Vf = ปริมาตรของเหลวใน impinger หลัง Vi = ปริมาตรของเหลวใน impinger ก่อน ปริมาณไอน้ำใน silica gel ที่ STP Vwsg-std = (Wf-Wi) where Vwsg-std = ปริมาตรไอน้ำใน silica gelที่ STP

40 Method 4 (cont.’d) ปริมาตรอากาศแห้งที่ดูดที่ STP
Wf = นน.#4 impinger +silica gel หลัง Wi = นน.#4 impinger +silica gel ก่อน ปริมาตรอากาศแห้งที่ดูดที่ STP Vm-std =0.3921Y[(VmPm)/Tm] where Vm-std = ปริมาตรอากาศแห้งที่ดูดที่ STP Vm = ปริมาตรตย.อากาศแห้งที่ดูดทั้งหมด Pm = ความดันสถิตย์สัมบูรณ์ตย.อากาศแห้ง = ความดัน atm ณ จุดวัด Tm = อุณหภูมิสัมบูรณ์ตย.อากาศเฉลี่ย (K) Y = สปส.การตรวจเทียบเครื่องวัดปริมาตรอากาศแห้ง

41 Method 4 (cont.’d) สัดส่วนปริมาณความชื้นอากาศในปล่อง
where Bws = สัดส่วนปริมาณความชื้นในปล่อง Vwc(std) = ปริมาณไอน้ำควบแน่นที่ STP Vwsg(std) = ปริมาณไอน้ำที่ถูกจับด้วย silica gel Vm(std) = ปริมาตรตย.อากาศแห้งที่ดูดเข้ามา ที่ STD

42 Method 4 (cont.’d) ตรวจสอบความคงที่ของอัตราการดูดอากาศในปล่อง ในแต่ละจุดเก็บตย. หากแตกต่างเกิน 10% ให้เก็บตย.ซ้ำอีกครั้ง (ทำได้ยาก วิธีที่เหมาะคือพยายามให้เป็น isokinetic ให้มากที่สุด)

43 Method 4 (cont.’d) ข) วิธีประมาณการ ใช้อุปกรณ์น้อยกว่า Mth. 5
probe (heatable) made of SS or glass 2 impingers (30 มล.) dry tube with silica gel cooling system (ice box) barometer balance and cylinder 25 มล. Rotameter (0-3 ml/m) Note: ดูรูปประกอบ P.m4-11 (ไม่แนะนำเพราะยุ่ง)

44 Method 5 หลักการ: ดูดตย.เท่ากับความเร็วกระแสอากาศในปล่อง มวลที่เกิดขึ้น/ควบแน่นที่ 120 +/-14oC นำไปชั่งหลังกำจัดความชื้นแล้ว %Isokinetic sampling = [Vn/Vs]*100 where Vn = ความเร็วอากาศที่เข้า nozzle Vs = ความเร็วอากาศเสียในปล่อง ถ้า Vn ไม่เท่า Vs หมายถึง anisokinetic condition ทำให้ความเข้มข้นฝุ่นตย.คลาดเคลื่อน

45 Method 5 (cont.’d) อุปกรณ์:
nozzle: SS or glass or quartz ปลายฝนทำมุมน้อยกว่าหรือเท่ากับ 30o ภายในมีศก.คงที่ไม่มีรอย ต่อ รูปร่างคล้ายตะขอโค้ง มีหลายขนาด probe liner: SS, borosilicate (480oC), quartz (up to 900oC) มีอุปกรณ์ ให้ความร้อนรักษาอุณหภูมิ 120 +/-14oC pitot tube: S-type or equivalent ติดคู่กับ nozzle ในระนาบเดียวกัน

46 อุปกรณ์: Nozzles

47 อุปกรณ์: Sampling Probe

48 อุปกรณ์: Sampling Probe

49 อุปกรณ์: Probe & Heating Box

50 อุปกรณ์: Filter Holder

51 Filter Umbilical Cord

52 Rigid Sampling Probe & Sampling Set

53 Cross section of Sampling Probe in Stack

54 อุปกรณ์: Impringer & Filter Holder

55 อุปกรณ์: Ice/Impinger Box

56 อุปกรณ์: Monorail

57 Method 5 (cont.’d) Diff. pressure guage: use inclined manometer or equivalent 2 sets (measures flow rate in stack and sampling flow rate) filter holder: borosilicate with glass frit (with silicone to prevent leak) นอกจากแก้วอาจเป็นเหล็ก หรือ teflon ก็ได้ filter heating system: control 120 +/-14oC condenser: for determination of humidity of air in stack

58 Method 5 (cont.’d) accessories:
Metering system: vacumm gauge, pump, thermometer, dry gas meter barometer: Patm measurement condenser: for determination of humidity of air in stack accessories: filter holder (petri dish) distilled water bottle and acetone

59 Method 5 (cont.’d) Cylinder balance beaker 250 ml hygrometer
themometer silica gel (stopcock) grease glass fiber filter (0.3 um) etc.,

60 Sampling Train (Schematic)

61 Sampling Set

62 อุปกรณ์: Control Boxes

63 Method 5 (cont.’d) Preparation:
weight silica gel g. in several bottles (sealed) desiccate filter 20+/-5.6oC at least 24 hrs, weight until mass changed less than 0.5 mg, can heat 105oC 2-3 hrs, then desiccate 2 hrs before weight the filter

64 Method 5 (cont.’d) Preliminary determination:
locate sampling point and number of point followed Mth.1 determine Ps, Ts, stack velocities followed Mth.2 determine dry molecular weight of air in stack followed Mth.3 determine humidity in stack followed Mth.4 select corrected size nozzle

65 Method 5 (cont.’d) Prepare sampling train
Sampling time: each point no less than 2 min. and total sampling volume >0.85 m3 each point requires equal sampling time select appropriate sampling probe: may need to sampling both sides (difficult in many places) Prepare sampling train add 100 ml distilled water in 1st and 2nd impinger, 3rd left blank, 4th g silica gel (record weight)

66 Method 5 (cont.’d) PM Sampling measuring and marking sampling probe
add ice leak check (สำคัญมาก) by pluging the nozzle and run the vacuum pump (380 mmHg), volume should read < m3/min by the meter (if not, find the leak and fix it) PM Sampling sampling rate for isokinetic should +/-10% filter holder should be 120 +/-14oC

67 Method 5 (cont.’d) Heat the probe to required temp.
Insert the probe to the 1st point and turn against the flow, cover the inlet to prevent the air getting in. Turn on the pump and start sampling at isokinetic rate (or pressure --- deltaH) If pressure drop and it is difficult to sampling isokinetically, change the filter. Monitor flow, temp., pressure, and notice changes.

68 Method 5 (cont.’d) Sampling recovery
Clean and plug the nozzle, disassemble the probe (caution -- HOT!). Unplug the umbilical cord from the last & 1st impinger, plug impinger. Disassemble filter holder (caution -- HOT!) Rinse the nozzle & filter holder with acetone, but separate all acetone in different containers (record the volume of acetone used).

69 Method 5 (cont.’d) Analysis
Weight silica gel in 4th impinger in the field (if the balance is available). Measure H2O volume left in the rest of impingers (1-3). Analysis equilibrate filter in weighting room at least 24 hrs. and weight the filter every 6-hr until weight differences are less than +/-0.5 mg (alternatively, heat at 105oC for 2-3 hrs. and cool down in desiccator before weighing)

70 Method 5 (cont.’d) Evapolate acetone before weight PM left in beaker.
Add those weight together for PM mass.

71 Accessories

72 Accessories

73 Accessories

74 US.EPA Method 17 Sampling Train

75 อุปกรณ์: Sampling Probe

76 In-stack Filter Holder

77 In-stack Filter Holder

78 เอกสารอ้างอิง Code of Federal Regulations, Method 5 - Determination of particulate emissions from stationary sources, Title 40 Part 60, App.A, 1995, US. Wight, G.D., Fundamentals of air sampling, 1994, Lewis Publishers, NY, US.