TIÊu chuẩn quốc gia tcvn 5977 : 2009 iso 9096 : 2003

PHÁT THẢI NGUỒN TĨNH – XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ KHỐI LƯỢNG CỦA BỤI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG

Tiêu chuẩn này là tương tự tiêu chuẩn châu Âu EN 13284-1 có bổ sung nhấn mạnh đến sự sử dụng kỹ thuật lấy mẫu thể tích lớn. Một mẫu đại diện được tích hợp và được chiết từ khí ống khói và bụi có trong mẫu khí được tách ra bằng cái lọc. Cái lọc này đã được định lượng trước sau đó được sấy khô và cân. Khối lượng tăng lên tương đối được quy là lượng bụi tích tụ trên cái lọc.

Để đáp ứng được các tính năng kỹ thuật của tiêu chuẩn này, mẫu bụi phải được cân tới một mức chính xác theo quy định. Mức chính xác này đạt được bằng cách:

a) tiến hành cân thật cẩn thận, theo đúng với quy trình của tiêu chuẩn này;

b) kéo dài thời gian lấy mẫu ở tốc độ lấy mẫu thông thường;

c) lấy mẫu ở tốc độ cao đối với thời gian lấy mẫu thông thường;

d) thu hồi tất cả dòng bụi phía trên cái lọc.
PHÁT THẢI NGUỒN TĨNH – XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ KHỐI LƯỢNG CỦA BỤI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG

Stationary source emissions – Manual determination of mass concentration of particulate matter

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này mô tả một phương pháp chuẩn để đo nồng độ bụi trong khí thải ở khoảng nồng độ từ 20 mg/m³ đến 1 000 mg/m³ ở điều kiện tiêu chuẩn.

Tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng được để hiệu chuẩn các hệ thống monitoring tự động (AMS). Nếu khí thải chứa các chất không ổn định, chất phản ứng hoặc nửa bay hơi, thì phép đo tùy thuộc vào nhiệt độ lọc. Những phương pháp trong ống khói có thể áp dụng được tốt hơn những phương pháp ngoài ống khói để hiệu chuẩn các hệ thống monitoring tự động.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6910 (ISO 5725) [tất cả các phần], Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo.

ISO 10780, Stationary source emissions – Measurement of velocity and volume flowrate of gas streams in ducts (Phát thải nguồn tĩnh – Đo tốc độ và tốc độ dòng thể tích của luồng khí trong ống khói)

ISO 12141, Stationary source emissions – Determination of mass concentration of particulate matter (dust) at low concentrations – Manual gravimetric method (Phát thải nguồn tĩnh – Xác định nồng độ khối lượng của bụi ở nồng độ thấp – Phương pháp khối lượng thủ công).

3. Định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng những thuật ngữ và định nghĩa sau:

Các hạt với mọi hình dạng, mọi kết cấu hoặc tỷ trọng phân tán trong pha khí ở các điều kiện lấy mẫu.

CHÚ THÍCH 1 Trong phương pháp được mô tả ở tiêu chuẩn này, tất cả các hợp chất thu thập được bằng cái lọc dưới điều kiện quy định sau khi lấy mẫu đại diện của khí cần phân tích, các hợp chất vẫn còn lại trong dòng khí phía trên cái lọc và trước cái lọc sau khi sấy khô dưới các điều kiện quy định thì đều được coi là bụi (hoặc là hạt). Tuy nhiên, trong một số tiêu chuẩn quốc gia của các nước, định nghĩa về bụi có thể mở rộng sang các sản phẩm có thể ngưng tụ hoặc phản ứng, thu thập được dưới các điều kiện quy định (ví dụ: nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ khí ống khói).

CHÚ THÍCH 2 Phương pháp này hạn chế định nghĩa của bụi là chỉ với các vật chất thu thập được trong hệ thống lấy mẫu có được ở trên và trước cái lọc, dưới các điều kiện nhiệt độ quy định. Quy trình để đo các bụi thứ cấp (các vật chất có thể lắng đọng) được hình thành và thu thập sau cái lọc không thuộc phạm vi của tiêu chuẩn này.

Nhiệt độ của khí được lấy mẫu sát ngay dưới cái lọc.

Sự lọc bằng bộ lọc được đặt trong ống dẫn khí phía sau mũi lấy mẫu.

Sự lọc bằng bộ lọc được gia nhiệt đặt ngoài ống dẫn khí phía sau mũi lấy mẫu.

Lấy mẫu ở một lưu lượng sao cho tốc độ và hướng khí đi vào mũi lấy mẫu (v_n) giống như tốc độ và hướng của dòng khí ở trong ống dẫn tại điểm lấy mẫu v_s

Xem hình 1.

CHÚ THÍCH Tỷ số tốc độ dòng được thể hiện như là phần trăm đặc trưng cho sai khác với lấy mẫu đẳng tốc.

d_h

Kích thước đặc trưng của một thiết diện ống dẫn, được tính theo công thức:

(1)

Trong đó:

Mặt phẳng thẳng góc với đường tâm của ống dẫn ở vị trí lấy mẫu

Xem hình 2.



CHÚ GIẢI

1. đường lấy mẫu:

2. mặt phẳng lấy mẫu;

3. lỗ tiếp cận;

4. dòng khí;

5. đỉnh ống dẫn khí.

Đường nằm trong mặt phẳng lấy mẫu, dọc theo đó phân bố các điểm lấy mẫu, được giới hạn với mặt thành phía trong của ống dẫn khí.

Xem hình 2

3.9. Điểm lấy mẫu (sampling point)

Vị trí cụ thể trên một đường lấy mẫu, ở đó mẫu được lấy ra.

Áp suất và nhiệt độ của khí không đổi và các tính toán thể tích khí được tham chiếu theo những điều kiện đó.

CHÚ THÍCH Trong tiêu chuẩn này, điều kiện tiêu chuẩn là 101,325 kPa và làm tròn số đến 101,3 kPa: 237,15 K làm tròn số đến 273 K: khí khô.

3.11. Mẫu trắng (overall blank)

Mẫu thử được lấy tại điểm nhà máy theo cách thức tương tự với mẫu thông thường lấy theo loạt, nhưng không lấy mẫu khí trong khoảng thời gian thử nghiệm.

CHÚ THÍCH Biến thiên khối lượng đo được của mẫu trắng cung cấp một ước lượng về độ không đảm bảo. Giá trị mẫu trắng chia cho thể tích lấy mẫu trung bình của loạt đo, cung cấp một ước lượng về giới hạn phát hiện (miligam trên mét khối) của toàn bộ quá trình đo khi người vận hành thực hiện. Mẫu trắng này gồm cả những hạt lắng đọng trên cái lọc và trên tất cả các bộ phận bên trên cái lọc.

3.12. Quy trình kiểm soát lượng cân (weighing control procedures)

Quy trình kiểm doát chất lượng được ứng dụng để phát hiện/hiệu chỉnh các biến thiên khối lượng biểu kiến do các thay đổi về môi trường và khí hậu giữa loạt cân trước và sau lấy mẫu.

CHÚ THÍCH Trong quy trình này, các phần kiểm soát được sử dụng (xem 7.2) là tương đương với những phần được cân đối với đo bụi và là trước xử lý trong cùng những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm. Các phần kiểm soát được bảo quản khỏi bị nhiễm bẩn bụi.

3.13. Loạt phép đo (measurement series)

Các phép đo liên tục kế tiếp nhau được thực hiện trong cùng mặt phẳng lấy mẫu và dưới cùng các điều kiện lấy mẫu

Nồng độ bụi do cơ quan có thẩm quyền cho phép đối với quy trình của nhà máy (nghĩa là giá trị trung bình).

CHÚ THÍCH Ngoài mục đích sử dụng để so sánh với giá trị giới hạn của cơ quan có thẩm quyền, giá trị đo được là còn dùng để so sánh với giá trị đã công bố.

4. Nguyên tắc

4.1. Khái quát

Một dòng mẫu khí được hút ra từ dòng khí chính tại các điểm lấy mẫu đã quy định trong một khoảng thời gian đo, với tốc độ dòng được kiểm soát đẳng tốc. Đo thể tích đã thu được, cái lọc để tách bụi trong dòng khí mẫu đã được cân trước, sau đó được sấy khô và cân lại. Phần bụi lắng tụ ở dụng cụ lấy mẫu phía trên cái lọc cũng được thu hồi và cân. Lượng cân của cái lọc tăng lên cùng với khối lượng bụi tích tụ phía trên cái lọc được coi là lượng bụi thu thập từ khí đã lấy mẫu. Tỷ số của khối lượng bụi đã thu thập và thể tích khí đã lấy cho phép tính được nồng độ trong khí ống khói.

Phép đo đúng chỉ có thể có được khi:

a) lượng bụi thích hợp được thu thập trong quá trình lấy mẫu, ít nhất là gấp 5 lần giá trị mẫu trắng tương ứng;

b) dòng khí trong ống dẫn tại địa điểm lấy mẫu có đủ độ ổn định và tốc độ dòng xác định, nhiệt độ và áp suất, và thành phần đủ đồng nhất;

c) dòng khí là song song với trục của mũi lấy mẫu;

d) không có sự rối loạn của dòng khí trong khi quá trình lấy mẫu được tiến hành, sử dụng mũi lấy mẫu đầu nhọn hướng vào dòng khí;

e) điều kiện lấy mẫu đẳng tóc được duy trì suốt quá trình thử nghiệm;

f) các mẫu được lấy tại các vị trí đã chọn lựa trước trong mặt phẳng lấy mẫu để cho phép thu được một mẫu đại diện của bụi phân bố không đồng nhất trong ống dẫn hoặc trong ống khói;

g) dãy lấy mẫu được thiết kế và vận hành tránh được ngưng tụ và rò rỉ khí;

h) thỏa mãn các tiêu chí về hiệu chuẩn dụng cụ đo;

i) thỏa mãn các tiêu chí về lấy mẫu trắng và kiểm tra độ kín;

j) bụi tích tụ phía trước cái lọc được thu thập và/hoặc được đưa vào tính toán;

k) quy trình lấy mẫu và cân được làm cho phù hợp với lượng bụi dự kiến như đã quy định trong tiêu chuẩn này.

a) Cản trở làm tăng kết quả đo

Mẫu thể khí có mặt trong khí ống khói có khả năng phản ứng để tạo ra bụi bên trong dãy lấy mẫu có thể gây ra nhiều làm tăng kết quả đo. Các ví dụ gồm phản ứng tiềm ẩn của lưu huỳnh điôxit (SO₂) với một hợp chất sunphat không tan trong phần có độ ẩm cao của hệ thống, như với đá vôi trong khí ống khói trong hệ thống khử lưu huỳnh của khí ống khói ẩm (FGDS) để tạo thành sunphat canxi (CaSO₄), hoặc phản ứng với khí amôniăc (NH₃) để tạo ra amoni sun phats (NH₄SO₄), hoặc phản ứng với khí amôniắc (NH₃) để tạo ra amoni sunphats (NH₄SO₄) [xem 7.1a)].

b) Cản trở làm giảm kết quả đo

1) Một số mẫu khí nhất định có thể ăn mòn vật liệu lọc, tạo ra nhiễu làm giảm kết quả đo. Ví dụ phản ứng của hydro florua với các thành phần bằng thủy tinh trong dãy lấy mẫu (xem 6.2.5).

2) Các chất bay hơi tồn tại ở dạng rắn hoặc lỏng được tạo ra trong khí ống khói có thể bay hơi sau khi thu thập trên vật liệu lọc của dãy lấy mẫu, do chịu tác động tiếp tục với dòng mẫu nóng trong quá trình lấy mẫu. Điều này sẽ tạo ra nhiễu tiêu cực (xem 8.1).

Lấy mẫu đại diện là có thể khi có sẵn các vị trí thích hợp, có tốc độ dòng khí tương đối đồng nhất tại mặt phẳng lấy mẫu. Việc lấy mẫu cần được tiến hành đủ tại một số các điểm lấy mẫu, thông thường được định vị trên một vài đường lấy mẫu. Các lỗ tiếp cận thuận tiện và một sàn công tác cần có sẵn cho công việc lấy mẫu.

Mặt phẳng lấy mẫu cần được xác định theo chiều dài của ống dẫn thẳng (ưu tiên là thẳng đứng) với hình dạng và thiết diện không đổi. Mặt phẳng lấy mẫu phải cách phía trước và phía sau mọi cản trở có thể có càng xa càng tốt nếu các vật cản đó có thể gây ra sự xáo trộn và sinh ra thay đổi hướng của dòng khí (xáo trộn gây ra do, ví dụ, khúc cong của ống dẫn, quạt hoặc thiết bị giảm thiểu ô nhiễm).

Các phép đo sơ bộ tại tất cả các điểm lấy mẫu được định nghĩa trong 5.4 và Phụ lục B cần chứng minh rằng dòng khí trong mặt phẳng lấy mẫu là phù hợp với các yêu cầu sau đây:

a) góc của dòng khí là nhỏ hơn 15 so với đường trục ống dẫn (phương pháp nên dùng để ước lượng góc này được chỉ ra trong Phụ lục C của ISO 10780 : 1994);

b) không có lưu lượng âm tại chỗ;

c) tốc độ dòng cực tiểu cao hơn giới hạn phát hiện của phương pháp này được sử dụng cho phép đo lưu lượng (đối với ống Pitot, chênh lệch áp suất là lớn hơn 5 Pa);

d) tỷ số giữa vận tốc cao nhất và thấp nhất của dòng khí tại chỗ là nhỏ hơn 3:1.

Nếu các yêu cầu nêu trên không được thỏa mãn thì độ không đảm bảo sẽ là cao hơn so với độ không đảm bảo do tiêu chuẩn này quy định và vị trí lấy mẫu là không tuân thủ với tiêu chuẩn này (xem 7.4.6).

Các yêu cầu trên đây nói chung là thỏa mãn được trong mặt cắt ống dẫn với ít nhất năm lần đường kính thủy lực của ống dẫn thẳng phía trên mặt phẳng lấy mẫu và hai lần đường kính thủy lực phía dưới mặt phẳng lấy mẫu (năm lần đường kính thủy lực tính từ đỉnh ống khói). Vì vậy, các vị trí lấy mẫu nhất thiết phải được lựa chọn một cách phù hợp.

Kích thước mặt phẳng lấy mẫu định ra số lượng tối thiểu của các điểm lấy mẫu. Nói chung, số lượng này tăng lên khi kích thước ống dẫn tăng lên.

Bảng 1 và Bảng 2 nêu ra số lượng tối thiểu và các điểm lấy mẫu áp dụng cho ống dẫn tròn và vuông tương ứng. Các điểm lấy mẫu cần nằm tại trung tâm của các diện tích bằng nhau trong mặt phẳng lấy mẫu (phù hợp với Phụ lục B).

Các điểm lấy mẫu không nên cách nhau trong vòng 3 % của chiều dài đường lấy mẫu (nếu d > 1,5 m) hoặc 5 cm (nếu d < 1,5 m) tính từ thành bên trong của ống dẫn. Chọn mép trong của vùng lấy mẫu khi các phép tính toán tính ra điểm lấy mẫu khu trú trong diện tích vùng này. Điều này có thể nảy sinh khí khi lựa chọn nhiều hơn số lượng tối thiểu các điểm lấy mẫu như trình bày trong Bảng 1 và Bảng 2, ví dụ trong trường hợp ống dẫn khí có hình dạng bất thường.

Lỗ tiếp cận cần phải có để tiếp cận với các điểm lấy mẫu đã lựa chọn phù hợp với Phụ lục B.

Kích thước lỗ tiếp cận cần phải tạo ra được khoảng không gian cho việc đưa vào và rút ra dụng cụ lấy mẫu và các phụ kiện kèm theo, và cho phép nút kín lại một khi dụng cụ lấy mẫu đặt trong đó. Đường kính tối thiểu là 125 mm hoặc một diện tích bề mặt nên có là 100 mm x 250 mm, trừ trường hợp ống dẫn nhỏ (đường kính nhỏ hơn 0,7 m) vì đối với trường hợp như vậy thì kích thước lỗ tiếp cận nhỏ hơn (xem ví dụ ở Phụ lục F).

5.6. Thời gian lấy mẫu

Giả định một đặc trưng lưu lượng thể tích của dãy lấy mẫu được sử dụng, thì thời gian lấy mẫu có thể tính toán được sẽ dẫn đến việc thu thập một khối lượng bụi mong muốn hoặc được yêu cầu nếu nồng độ xấp xỉ được biết trước.

Nếu nồng độ bụi được kỳ vọng (c_exp) đã được xác định hoặc giả thiết trước và khối lượng bụi (m) cần yêu cầu thu thập được hoặc được định ra, lúc đó thể tích cần thiết của khí ống khói cần lấy mẫu là:

(2)

Tuy nhiên, thể tích mẫu, V_n (lit) sẽ bằng tổng thời gian lấy mẫu, t (min), nhân với lưu lượng thể tích của mũi lấy mẫu dưới điều kiện cụ thể, Q_a(l/min), nghĩa là V_n = tQ_a.

Tổng thời gian lấy mẫu trong mặt phẳng lấy mẫu lúc đó được tính theo:

hoặc (3)

6. Thiết bị dụng cụ và vật liệu

6.1. Thiết bị đo áp suất, vận tốc, nồng độ và thành phần khí

Các phép đo lưu lượng khí cần được tiến hành bằng cách sử dụng ống Pitot tiêu chuẩn hoặc các thiết bị khác, ví dụ ống Pitot hình chữ S, miễn là các thiết bị đó được hiệu chuẩn theo ống Pitot đã tiêu chuẩn hóa phù hợp với ISO 10780.

Nhiệt độ và áp suất trong ống dẫn cần được đo để tính toán mật độ thực tại của khí trong khoảng ± 0,05 kg/m³, cũng tính đến cả thành phần của khí.

Khi thể hiện các nồng độ theo khí khô, và khi mà/hoặc nồng độ này được thể hiện theo nồng độ O₂ chuẩn hoặc CO₂, thì cần phải tiến hành các phép đo độ ẩm và hoặc O₂/CO₂ ở vùng xung quanh của mặt phẳng lấy mẫu.

Quy định kỹ thuật cho các thiết bị đo được nêu trong Bảng 3.

6.2. Thiết bị dụng cụ lấy mẫu

Dãy lấy mẫu chủ yếu gồm:

a) ống hút (đầu lấy mẫu) cùng với mũi lấy mẫu;

b) bộ lọc, kể cả giá đỡ và một cái lọc, được đặt trong ống dẫn (lọc trong ống khói) hoặc được đặt bên ngoài ống dẫn (lọc ngoài ống khói), tạo ra sự khác biệt nhỏ giữa hai loại dãy lấy mẫu. Trong trường hợp có các giọt nước nhỏ trong khí ống khói, thì cần sử dụng dãy lấy mẫu lọc ngoài ống khói.

c) bộ hút, cùng với một hệ thống đo khí.

6.2.1. Thiết bị lọc

a) Thiết bị lọc “trong ống khói” (Hình 3): phần ống lắp nối giữa mũi lấy mẫu và cái lọc cần phải rất ngắn để giảm thiểu tích tụ bụi phía trước cái lọc. Phần ống lắp nối sau cái lọc (ống hút) cần phải đủ dài để vượt ngang qua ống dẫn tại các điểm lấy mẫu theo yêu cầu. Vì nhiệt độ lọc nói chung là tương tự với nhiệt độ của khí trong ống dẫn, nên cái lọc có thể bị tắc nếu trong khí có các giọt nước nhỏ.

Để có thể vượt ngang qua ống dẫn, cần sử dụng một ống cứng (ống hỗ trợ), kín khít và đủ độ dài phía sau bộ lọc để hỗ trợ có tính chất cơ học cho mũi lấy mẫu và bộ lọc.

b) Thiết bị lọc “ngoài ống khói” (Hình 4): phần ống nối lắp giữa mũi lấy mẫu và cái lọc (ống hút) phải là đủ dài để vượt ngang qua ống dẫn tại các điểm lấy mẫu được yêu cầu. Ống hút và bộ lọc là được kiểm soát nhiệt độ nhằm tạo ra sự bay hơi nước của các giọt nhỏ có thể có và tránh được các khó khăn trong hoạt động lọc liên quan đến các khí axit có điểm sương cao.