Vypracování návrhu metodiky měření zápachu na biofiltrech

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání ve spolupráci s Ústavem zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Brno, Zemědělská 1, PSČ Vypracování návrhu metodiky měření zápachu na biofiltrech Brno 2006

2 Název Vypracování návrhu metodiky měření zápachu na biofiltrech Objednatel Česká republika - Ministerstvo zemědělství Praha 1, Těšnov 17, PSČ Odbor bezpečnosti potravin, environmnetálního rozvoje a prevence znečištění IČO: Důvěrnost, copyright a kopírování Důvěrné sdělení. Tento dokument byl zpracován na základě Smlouvy o dílo č. 2/IPPC/2006. Obsah nesmí být poskytován třetím stranám za jiných podmínek, než jak je uvedeno ve smlouvě. Jednací číslo PM/ED/ Zpráva číslo /MZe/MZLU/IPPC Status zprávy Vydání 1 Zhotovitel Řešitelský tým zhotovitele Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání ve spolupráci s Ústavem zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Brno, Zemědělská 1, PSČ ODOUR, s.r.o. (Ing. Petra Auterská, CSc.) hlavní řešitel, Dr.Ing. Petr Marada, Ing. Petr Krejzek, PhD., prof.ing. Jan Mareček, DrSc. - spoluřešitelé Vypracovala Revidovali Schválil Jméno Ing. Petra Auterská, CSc. Ing. Petr Krejzek, PhD., Dr. Ing. Petr Marada prof.ing. Jan Mareček, DrSc. Datum Strana 1 (celkem 17)

3 OBSAH: Předmluva 1 Úvod Teorie Biofiltrace Měření pachových látek Metody vzorkování Odběrová technika Metody odběru vzorků na plošných zdrojích s nuceným odtahem (biofiltry) Průběh testů Popis testů Naměřené výsledky Výpočet emisí pachových látek Biofiltr s rovnoměrným prouděním...13 Červené body jsou naměřené hodnoty, plocha grafu je dopočítána dle kvadratické rovnice Biofiltr s nerovnoměrným prouděním Rozložení a počet měřících bodů Seznam zkratek a odborných výrazů Literatura...16 Strana 2 (celkem 17)

4 Předmluva Tento dokument Vypracování návrhu metodiky měření zápachu na biofiltrech byl vypracován na základě Smlouvy o dílo č.2/ippc/2006 Mendelovou zemědělskou a lesnickou univerzitou v Brně ve spolupráci se společností ODOUR,s.r.o. jako jeden z funkčních úkolů Technické pracovní skupiny č. 6.5, kterou zřídilo Ministerstvo zemědělství (MZe) pro podporu a uplatňování zákona č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a omezování znečištění, integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů (zákon o IPPC). Pachové látky zejména v procesu asanačních ústavů jsou stále středem zájmu obyvatel a státních orgánů. Ve smyslu zákona o ovzduší č. 472 /2005 Sb. plynou pro asanační ústavy jisté povinnosti ve sledování pachových látek, Vzhledem k tomu, že hlavním způsobem eliminace pachových látek na asanačních ústavech je čištění odpadního vzduchu pomocí biofiltrů, byla nutnost dopracovat objektivní metodiku pro měření pachových látek na plošných zdrojích jako jsou biofiltry. Doposud nebyla metodika odběru vzorků na biofiltrech přesně specifikována a tím docházelo k nepřesnostem v měření pachových látek. Pro vytvoření tohoto dokumentu byl bylo nutné proměřit několik biofiltrů po celé ploše a na základě získaných dat vytvořit matematické závislost a navrhnout vhodnou metodiku vzorkování plošných zdrojů. Výsledek tohoto dokumentu může sloužit jako metodika odběru vzorků na všech biofiltrech pracujících v zemědělství i průmyslu. Vytvořením tohoto dokumentu je možné sjednotit metodiku pro vzorkování na biofiltrech nejen pro pachové látky, ale i další emise chemických polutantů jako je sirovodík,nebo amoniak. Poděkování Chtěla bych poděkovat RNDr. Josefu Kederovi z Hydrometeorologického ústavu v Praze, který mi poskytl cenné rady při modelování matematického vyjádření naměřených dat a svými odbornými radami dopomohl k vytvoření smysluplných závěrů pro vytvoření metodiky odběru vzorků na plošných zdrojích s nuceným odtahem - (biofiltrech) Všem majitelům a zaměstnancům asanačních ústavů v ČR, kteří umožnili měření na jejich biofiltrech za účelem získání kompletních dat pro zpracování tohoto dokumentu a to zejména asanačnímu podniku ASAP, s.r.o., AGRIS, s.r.o. a ASAVET, s.r.o. Strana 3 (celkem 17)

5 1 Úvod Biologické čištění odpadních plynů je moderní způsob čištění organického znečištění, využívající enzymatického vybavení mikroorganismů na rozklad nežádoucích organických látek obsažených v plynech. Biodegradační procesy jsou velmi dobře známy a propracovány. Úspěšně bylo doposud využíváno biologického čištění vzduchu především k odstraňování zápachu z kafilerních provozů. Platná legislativa, týkající se ovzduší, zejména zákon o ovzduší č. 472/2005 Sb. a vyhláška č. 362/2006 Sb., požaduje měření pachových látek. Biofiltr je definován jako čistící jednotka pro pachové emise a tudíž podléhá povinnosti měření. Ačkoliv je velmi precizně propracována Evropská norma pro měření pachových látek dynamickou olfaktometrií - ČSN EN 13725, v metodice odběru vzorků jsou stále rozpory. Přitom teprve správný odběr vzorků za použití jednotné metodiky odběru vzorků zaručuje relevantní a reprezentativní výsledky. Přes vysokou účinnost biofiltrů při čištění pachových látek odchází z biofiltrů malé koncentrace pachových látek. Emise pachů unikající z biofiltru je potřeba kvantifikovat, aby bylo možné říci jak biofiltr pracuje a zda je dostatečný. Problematika správného vzorkování spočívá v podchycení nerovnoměrnosti emisí z velké plochy biofiltru. Rozdílné koncentrace emisí na jednotlivých plochách biofiltru jsou způsobeny nehomogenitou náplně, popř. technickými problémy, jako je např. vytváření vzdušných komínů na jednotlivých místech biofiltru. V případě ovzorkování nedostatečně velké plochy biofiltru mohou být výsledky extrémně vysoké, či extrémně nízké, v závislosti na tom, jaké body náhodně zvolíme. Aby byly výsledky naměřených koncentrací vypovídající o skutečných emisí z biofiltrů, je nutné tyto chyby eliminovat. Cílem této studie je nalézt jednoduchý optimální způsob vzorkování. 2 Teorie 2.1 Biofiltrace Biofiltrace je čištění vzduchu založené na využití mikroorganismů k rozkladu nebo biotransformaci organických polutantů nebo zápachových látek. Mikroorganismy (nižší houby, bakterie, kvasinky) využívají organické látky většinou jako zdroj energie pro svůj růst a rozmnožování a běžně se vyskytují v půdě nebo v rozkládajícím se rostlinném materiálu. Biofiltry jsou zařízení, ve kterých jsou regulované podmínky a kde dochází ke styku organických polutantů nebo zápachových látek s mikroorganismy, které je mohou využívat jako zdroj energie. Konečnými produkty při úplné oxidaci organických látek jsou oxid uhličitý, voda a mikrobiální biomasa a současně se uvolňuje teplo. Někdy dochází pouze k biotransformaci molekuly polutantu, takže ztratí své negativní vlastnosti, ale není úplně mineralizována. Některé anorganické polutanty a současně zápachové látky jsou biologicky oxidovány (například sirovodík na síran, amoniak na nitrit a nitrát) na jiné anorganické látky, které však nemají nežádoucí vlastnosti. Průchod kontaminovaného vzduchu biofiltrem musí zaručovat snížení koncentrace polutantů na požadované výstupní limity. Tradiční biofiltry byly většinou velkoplošné. Biofiltrační lože bylo tvořeno jednou vrstvou kyprého organického materiálu (rašelina, kompost, vřes, kůra) s mocností do 1 m. Na povrchu těchto materiálů jsou imobilizovány mikroorganismy. Tato zařízení měla obtíže s čištěním vyšších nebo kolísavých koncentrací polutantů a velký půdorys zařízení zvyšoval (někdy až neúnosně) investiční náklady nebo je neumožňoval umístit do průmyslových závodů s omezenou volnou plochou pro jeho stavbu. Principem čištění pomocí biofiltrů je biologické odbourávání (biodegradace) organických látek, které v případě kafilérií, způsobují nepříjemný zápach. Biodegradaci organické látky lze jednoduše schematicky popsat schématem - Obrázek 1. 1 Bakterie využívá organickou látku, tzv. substrát, jako zdroje energie a zdroje uhlíku pro syntézu zásobních látek a Strana 4 (celkem 17)

6 nových buněk. Tedy, část substrátu se spotřebuje na tvorbu nové buněčné hmoty (biomasy), zbylou část buňka oxiduje za vzniku energie na neškodný oxid uhličitý a vodu. Obrázek 1 Princip biodegradace BIOMASA + zásobní látky syntéza bakteri e + CXHY + O2 + nutrienty oxidace CO2 + H2O + ENERGIRE Mikroorganismy schopné biodegradace organických látek se vyskytují běžně v prostředí kolem nás - voda, půda, vzduch. Jako pevný nosič mikroorganismů v biofiltru je využíváno především přírodního materiálu - kůra, rašeliník, rašelina apod. Vzduch vstupující do biofiltru obsahuje molekuly organických polutantů nebo zápachových látek. Tyto molekuly se sorbují na povrchu biofilmu, který se vytváří na pevných částicích náplně. Biofilm je tvořen převážně bakteriemi, obsahuje však i nižší houby, prvoky a bezobratlé. Prvoci a bezobratlí se zpravidla živí bakteriemi a nižšími houbami. Odstraňování polutantů je několikastupňový proces. Prvním krokem je rozpouštění molekul polutantu ve vodě, následuje transport molekuly biofilmem k bakteriální buňce a transport molekuly přes buněčnou membránu do bakterie, kde dochází k samotnému metabolismu a rozkladu polutantu. Získaná energie oxidací polutantu se využívá v buňce k syntéze buněčné hmoty a rozmnožování. Těkavé organické polutanty mají většinou velmi malé molekuly. Koncentrace polutantu jsou malé, tlak plynu je nízký, takže je možné předpokládat ideální chování. Rychlosti proudění nejsou vysoké, takže proudění je laminární. 2 Obrázek 2 : Schéma biofiltru 1 Přívod odpadního vzduchu, 2 zvlhčený vzduch po průchodu vodní pračkou, zbavený pevných nečistot a částečně pachových látek, 3 přepad znečištěné odpadní vody, 4 ventilátor, 5 přívod čisté vody, 6 recirkulace prací vody, 7 náplň biofiltru, 8 rozvod odpadního vzduchu, 9 vyčištěný odpadní vzduch. Strana 5 (celkem 17)

7 Nejcitlivější části je rozvod vzduchu pod náplní biofiltru tak, aby pod rošty vzniklo laminární proudění a nedocházelo k vysušování vzdušných komínů. Stejně tak je důležitá homogenita nosiče bimasy. nevyrovnaný povrch a nehomogenita vede k rozdílným tlakovým ztrátám ve vrstvě náplně a dochází opět k tvorbě vzduchových komínů. nemalou roli hraje i rovnoměrné zvlhčení lože biofiltru. Všechny tyto faktory snižují účinnost biofiltrů, ale současně jsou podstatou problému při vzorkování vyčištěného vzduchu na biofiltrech. Příklady proudění vzduchu ukazuje Obrázek 3. Obrázek 3 Příklady špatného rozvodu vzduchu pod ložem biofiltru I přes všechny snahy o minimalizaci vzduchových komínů neexistuje ideální biofiltr, který by nějaká "hluchá" místa neměl. Proto jsou často menší biofiltry zastřešeny s výduchem v podobě komínu. Zde potom není problém odebrat reprezentativní vzorek. To však nelze u biofiltrů používaných v asanačních ústavech, kde velikost biofiltrů dosahuje sta metrů čtverečních. Strana 6 (celkem 17)

8 2.2 Měření pachových látek Pro měření pachu byla vyvinuta objektivní metoda, která vychází dlouhodobých poznatků lidském vnímání. Jednotlivá chemická rezidua se vzájemně ovlivňují a výsledný pach neodpovídá součtu koncentrací jednotlivých látek ve směsi. Metoda je proto založena na subjektivním pozorování (podobně jako degustace vína, či hodnocení voňavek). Dynamická olfaktometrie eliminuje maximum vnějších vlivů pomocí složitých statistických výpočtů vycházející z logaritmického vnímání intenzity pachu a přísných omezeních při měření. O to nepřijatelnější je představa, že při objektivní analýze pachových jednotek není dostupná objektivní metoda odběru vzorku. Metoda dynamické olfaktometrie je definována evropskou normou EN a následně ČSN EN Kvalita ovzduší stanovení koncentrace pachových látek dynamickou olfaktometrií. 4 Princip olfaktometrie spočívá v naředění vzorku s pachem takovým množstvím čistého vzduchu, aby byla nalezena nejmenší koncentrace pachu, kterou jsou definovaní posuzovatelé (splňující kritéria normy ČSN EN 13725) ještě schopni vnímat, tzv. čichový práh. Čichový práh je roven jedné pachové jednotce. Koncentrace pachových jednotek vyjadřuje kolikrát je nutné naředit 1 m 3 vzorku pachu čistým bezpachovým vzduchem tak, aby bylo dosaženo čichového prahu. Jedna Evropská pachová jednotka je definována jako fyziologická reakce posuzovatelů vyvolaná dávkou 123 µg n-butanolu rozptýleného v 1 m 3 neutrálního plynu (v molárním poměru 0,040 mmol n-butanolu na 1 mol neutrálního plynu) za normálních stavových podmínek. 5 V praxi to znamená, že mezi posuzovateli pachu mohou být jen prověřené osoby, které zaznamenají výše definovanou koncentraci n-butanolu v definovaném rozsahu koncentrace pachových látek po přesně definované období a dále před každým měřením. Celý proces měření je relativně složitý. Obrázek 4 Olfaktometr TO8 Obrázek 5 Vzor výstupu z olfaktometru Každý vzorek je měřen ve třech sekvencích (3x měření celého rozsahu ředění jednoho vzorku) v minimálně 10 koncentracích ředění a teprve potom vyhodnocen statistickou metodou s 95% pravděpodobností. Ředění vzorku je prováděno počítačem pro několik (zpravidla 10) ředění, přičemž do portů je střídavě přiváděn ředěný vzorek a čistý vzduch ve 2,2s intervalech. 6 Mezi vzorky s pachem je několikrát libovolně zařazen kontrolní vzorek s čistým vzduchem, na který musí respondent odpovědět negativně. Měření se zúčastňuje panel, tj. 6-8 respondentů (laicky nazývaných čichači). Pokud respondent odpoví na vzorek čistého vzduchu chybně (pozitivně) ve více než v jednom případě po dobu měření, je z měření vyloučen. Pokud je respondent vyloučen, musí se celé měření včetně testů respondentů na n-butanol opakovat s jiným respondentem a celým panelem. Měření vyžaduje další přísná pravidla, Pro vlastní výpočet čichového prahu se vychází z celkového počtu dílčích výsledků např. 10 ředění, 6-8 respondentů, 3 x měření jednoho vzorku, 3 vzorky na zdroji. Výsledek každého dílčího měření je uznatelný v případě, že odpoví kladně nejméně 50 % respondentů panelu. Jestliže Strana 7 (celkem 17)

9 některý z respondentů po statistickém přepočtu dílčích výsledů vykazuje velké odchylky od průměru, je z měření vyloučen a měření se opakuje. Z tohoto velkého počtu výsledků se statisticky vyhodnotí čichový práh a potřebné ředění k získání čichového prahu koncentrace pachových jednotek. Olfaktometrie je v současné době nejobjektivnější metoda měření pachu. Systém měření vybírá respondenty, kteří odpovídají průměrnému vzorku obyvatel, tím že výběr respondentů je přesně ohraničen rozsahem ve kterém respondenti jsou schopni zápach vnímat. Dále jsou maximálně eliminovány vnější vlivy přísnými podmínkami měření a odběru vzorků. Vlastní přístroj představuje min. 4 čichací porty. Olfaktometr pro 8 posuzovatelů německé výroby ukazuje Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Požadované provedení měření se soustředí na kvalitu stanovení uvnitř laboratoře a užití certifikovaného referenčního materiálu. Velký důraz se klade na porovnatelnost měření mezi laboratořemi - mezilaboratorní zkoušky. 2.3 Metody vzorkování Odběrová technika Norma pro olfaktometrii 3,4 popisuje základní zásady vzorkování pachových látek ve smyslu, jaké materiály používat, jaké čistoty, jak vzorky transportovat a jak rychle je změřit, aby se intenzita a koncentrace pachu neměnila. Nedefinuje však způsob odběru vzorku z plošných zdrojů, odběry z fugitivních zdrojů naopak tato norma přímo nedoporučuje. Kvalifikovaný odběr vzorků musí posoudit zda se jedná o vzorek hodně koncentrovaný, vlhký, nebo velmi horký při odběru. Tyto faktory, a navíc i sluneční záření, mají velký vliv na charakter vzorku. Proto je nutné tyto problematické vzdušiny ředit do inertního prostředí, tedy do dusíkové atmosféry. Ředění musí být zvoleno tak, aby ze vzorku vlivem vlhkosti, změny teploty a tlaku nezkondenzovala voda, ve které je většina pachových látek rozpustitelná. Speciální tlakové vzorkovací nádoby ukazuje Obrázek 6. Obrázek 6: Odběrové nádoby Nádoby jsou podtlakové, aby byl zamezen kontakt vzorku s čerpadlem a minimalizovala se vzorkovací trasa. Obrázek 7: Odběrné vaky jsou ze speciálního materiálu Nalophan, který eliminuje sorpci pachových látek na povrch odběrného vaku. Každý odběrný vak je použit pouze 1x Metody odběru vzorků na plošných zdrojích s nuceným odtahem (biofiltry) V zahraničí je tato otázka stále diskutována. Zda použít pouze příklopy, či volit větrné tunely. U plošných zdrojů s nuceným odtahem je na rozdíl od skládek odpadu nebo vodní hladiny odpadní vzduch protlačován pomocí ventilátoru přes vrstvu lože. To zaručuje jistý průtok vzduchu do odběrného vaku. Strana 8 (celkem 17)

10 Odsávání vzorku vzduchu při vzorkování nesmí být rychlejší než je rychlost proudění vzorkovanou plochou, neboť by mohlo dojít k nasávání falešného vzduchu zpod vzorkovacího příklopu. To je někdy problém, protože proudění vzduchu ložem biofiltru často bývá 0,020-0,2 m 3 /s. Potom je nutné mít regulovatelnou rychlost vzorkování. Zastánci tzv. Větrných tunelů upřednostňují nucené proudění vyčištěného vzduchu nad vzorkovanou plochou. Tento čistý vzduch strhává pachové látky uvolňující se z povrchu lože. Z povrchu lože se může uvolňovat i nasorbované znečištění vlivem difúze. Pokud budeme nuceně proudit čistým vzduchem nad povrchem lože, kde je rovnovážná koncentrace znečištění způsobené difuzí, budeme uměle narušovat rovnováhu v difusní vrstvě a bude se uvolňovat mnohem více pac hových látek, než kdybychom umělý vítr nad ložem biofiltru nedělali. Byli studie, kdy byly proměřovány koncentrace pachových látek nad biofiltrem při různé rychlosti nuceného proudění nad vrstvou biofiltru. Vždy byly naměřeny jiné hodnoty závislé na rychlosti proudění, hodnoty však nebyly v přímé závislosti. To je pochopitelné, protože difúze různých látek probíhá odlišně. Tvrzení že jsou simulovány podmínky, kdy fouká nad biofiltrem vítr jsou zpochybnitelné, neboť rychlost větru je v každém okamžiku jiná a nelze výsledky pro různé rychlosti větru zobecnit, protože v difúzi hraje významnou roli teplota vzduchu a lože. Jak již bylo uvedeno, zastánci větrného tunelu tvrdí, že větrný tunel simuluje konvektivní podmínky v atmosféře. Rychlost proudění vzduchu uvnitř tunelu je 0,3 m/s. Větrný tunel australské produkce ukazuje Obrázek 8 a obdobu větrného tunelu z americké produkce ukazuje Obrázek 9. Obrázek 8: Větrný tunel Obrázek 9: Obdoba větrného tunelu ZAŘÍZENÍ PRO VZORKOVÁNÍ PLOŠNÝCH EMISÍ S NULOVÝM TOKEM EMISÍ 1000 MĚŘÍTKO 1: ( ) 833 (133x6 + 7x5) A rychlost v potrubí v = 0,2 0,3 m/s pokrytá plocha A = 6x 100 cm x 13,3 cm = 7980 cm 2 průřez potrubí S = 13,3 cm x 13,3 cm = 177 cm 2 konstanta poklopu L = A/S = 177/7980 = 0,02218 [-] průtok v potrubí Q = S x v = 177 cm 2 x25 cm/s = 4425 cm 3 /s = 4,42 l/s = 15,9 m 3 /h Na rozdíl od statického vzorkování pomocí odběrného stanu, nebo odběrného příklopu bez nuceného proudění vzduchu. Obě vzorkovací příklop mají na středu umístěn komínek s měřícím otvorem pro měření rychlosti proudění vzduchu, teploty a vlhkosti. Z komínku jsou také odebírány vzorky. Praktické ukázky měření pomocí větrných tunelů i bez nich ukazuje Obrázek 10 a Obrázek 11. Přestože se všechny studie zabývají způsobem odběru pomocí větrného či nikoliv, nikdo neřešil jak velká plocha by měla být proměřena vzhledem k celkové ploše emisí. Problém je v tom, že každý biofiltr vytváří vzdušné komíny. V těchto místech dojde k vysušení lože, sníží se tlakový odpor lože a vzduch zde proudí mnohem snáz než v jiné části biofiltru. Větší objem unikajícího vzduchu už není čištěn, Strana 9 (celkem 17)

11 protože ve vyschlých místech již nepracují mikroorganismy, zvýší se rychlost proudění vzduchu a vysušuje stále více okraje vzduchového komínu. Ten se tímto zvětšuje. Pokud takový komín náhodně změříme malým vzorkovačem, značně to ovlivní výsledky celého měření. Zatímco velká plocha odběru vzorků tyto píky znečištěného vzduchu tlumí. Obrázek 10: Použití větrných tunelů Obrázek 11: Vzorkování bez větrného tunelu 3 Průběh testů 3.1 Popis testů V asanačních ústavech je znečištěná páchnoucí vzdušina je odsávána z výrobního objektu (sklad kůží, přípravna, strojovna, lisovna, sklad tuků, sklad moučky) a lokálně přímo od některých zařízení (kondenzátory, lisy, nádrže na tuk, elevátor, zásobníky, prosévačky, šrotovník). Odpadní vzduch je potom zpravidla veden do systému vodních praček, kde jsou odstraněny tukové částečky, pevné částice a částečně zápach, který je tvořen převážně nízkými mastnými kyselinami, amoniakem a sirovodíkem. Z vodní pračky umístěné ve strojovně dezodorizace je vzduch veden podzemními vzduchotechnickými kanály do jednotlivých komor biofiltru. Pro zajištění správné funkčnosti biofiltru se provádí 2x 3x ročně kypření náplně filtru, kterou je vlhčená kůra, nebo štěpky. Pro testování byly zvoleny a několikrát proměřeny velkoplošné biofiltry asanačních společností ASAP, ASAVET a BIŘKOV. Technika odběru vzorků byla pomocí stacionárního odběru plachou o velikosti 4x5m, tedy o ploše 20 m 2 a kruhovou příklopu o průměru 0,6 m, tedy ploše odběru 0,3m 2. Biofiltry byly rozděleny do čtverců o ploše 30 m 3, jak ukazuje Obrázek 12. Na všech bodech byly změřeny koncentrace pachových látek dynamickou olfaktometrií, výsledky byly graficky zpracovány. Práce s plachtou ukazuje Obrázek 13. Strana 10 (celkem 17)

12 Obrázek 12 : Vzorkovací body na ploše biofiltru a) pomocí příklopu, b) pomocí plachty A) B) Koncentrace pachových látek [ou E /m 3 ] Koncentrace pachových látek [ou E /m 3 ] Obrázek 13: Odběry vzorků pomocí vzorkovacího příklopu a vzorkovací plachty odběr vzorků pomocí příklopu odběr vzorků pomocí plachty 3.2 Naměřené výsledky Naměřené výsledky signalizovaly dva různé typy chování biofiltrů: 1. Biofiltr s rovnoměrným a vyrovnaným prouděním vzduchu 2. Biofiltr s nerovnoměrnou tvorbou vzduchových komínů. Jednalo se o biofltr s relativně složitým rozvodem odpadního vzduchu pod lože biofiltru. Porovnání výsledků obou filtrů je nejlépe vidě na grafickém zpracování jednoho z měření ( Strana 11 (celkem 17)

13 Jak je vidět z grafického vyjádření, je možné na biofiltr s rovnoměrným prouděním použít matematickou simulaci výpočtu koncentrací pachových látek po celé ploše biofiltru. U složitějšího typu biofiltru, kde jsou vzdušné komíny náhodně rozptýleny tato možnost není. O to více se projeví vzduchové komíny při odběru menšího vzorkovacího příklopu. Obrázek 14 Porovnání výsledků měření pachových látek na biofiltru s rovnoměrným prouděním vzduchu pomocí a) plachty o rozměru 20 m 2 a b) odběrného příklopu o ploše 0,3 m 2. A) B) Z obrázku je patrné, jak menší vzorkovací příklop zvedne hodnoty koncentrací pachových na biofiltru. V místě autíčka je zaústěno vzduchotechnické potrubí. Z obrázků je patrný výrazný gradient proudění vzduchu a vysychání biofiltru i přes to, že tento biofiltr je rovnoměrně povrchově skrápěn. Grafická závislost u biofiltru s komplikovanou vzduchotechnikou jsou na biofiltru vidět náhodná místa se vzduchovými komíny. V tomto případě mohly být způsobeny i nerovnoměrným a nehomogenním ložem biofiltru, Obrázek 15: Biofiltr s nerovnoměrným prouděním pod ložem biofiltru Směr proudění vzduchu Vstup odpadního vzduchu Strana 12 (celkem 17)

14 3.3 Výpočet emisí pachových látek Biofiltr s rovnoměrným prouděním Naměřené hodnoty na tomto typu biofiltru je možné aproximovat kvadratickou plochou ou E (x,y), která se dá vyjádřit rovnicí: ou E (x,y) = Ax 2 + By 2 + Cxy + Dx + Ey + F Přičemž do rovnice dosazujeme známé hmotnostní toky pachových látek, které zjistíme ze známého průtoku plynu komínkem a koncentrace pachových látek. V uvedené rovnici je nutné vyřešit 6 parametrů neznámých. K tomu je potřeba změřit nejméně 6 bodů (6 vzorků) koncentrace pachových látek a rychlost prouděn vzduchu na měřeném místě. Je potřeba vhodně zvolit měřící místa, nejlépe ve směru největšího koncentračního spádu. Vypočtením 6 neznámých parametrů získám rovnici, ze které mohu dopočítat koncentrace na libovolném místě biofiltru. Grafické vyjádření rovnice ukazuje Obrázek 16 Grafické vyjádření kvadratické rovnice po dosazení naměřených a spočtených koncentrací pachových látek Rozložení koncentrace pachových látek na ploše biofiltru Červené body jsou naměřené hodnoty, plocha grafu je dopočítána dle kvadratické rovnice. Pro výpočet průměrné koncentrace pachových látek z biofiltru je nutné spočítat integraál přes plochu biofiltru. Strana 13 (celkem 17)

15 3.3.2 Biofiltr s nerovnoměrným prouděním Pro tento typ biofiltru nelze výše uvedený výpočet provést. Jednoduchým řešením je naměřené body (koncentrace, nebo hmotnostní toky, podle toho, zda chceme znát průměrnou koncentraci nebo průměrný hmotnostní tok pachových látek) převést do grafického programu SURFER, tím se získá "GRID" (mřížkové) rozložení hmotnosti pachových látek nad biofiltrem. Grafický program spočte integrál hmotnostního toku (nebo koncentrace) přes plochu biofiltru. Tím lze získat hmotnostní tok pachových látek z biofiltru. Podělíme-li výsledek integrálu plochou biofiltru, získáme hmotnostní tok na jednotku plochy biofiltru. Pro vytvoření matematického modelu pro tyto složitější soustavy je potřeba mnoho dalších měření a výzkumu na obdobných typech biofiltrů Rozložení a počet měřících bodů Výběr a počet měřících bodů, stejně jako velikost měřeného místa musí být zvolena tak, aby byly maximálně eliminovány chyby způsobené různorodým prouděním o různých koncentracích emisí pachových látek z relativně malých ploch biofiltru. Jakákoliv další měření na jednom zdroji by měla vykazovat opakovatelné a reprodukovatelné výsledky. Empirická měření a výsledky prokázaly následující optimální řešení: 1. Pro všechny typy biofiltrů používat plachtu a ploše 20 m Počet vzorků se odvíjí od velikosti biofiltrů. 3. Pro malé biofiltry do velikosti plochy 80 m 2 je dostačující stanovený počet odběru vzorků v počtu 3. Obrázek 17 Rozmístění měřících bodů pro velké a komplikované biofitry Strana 14 (celkem 17)

16 4. Pro střední biofiltry do velikosti 300 m 2 s rovnoměrným prouděním je dostačujících 6 vzorků ve směru koncentračního spádu. Výsledky lze dosadit do navržené rovnice a spočítat jak výslednou koncentraci, tak celkový hmotnostní tok pachových látek, který je možný dále využít pro rozptylové studie. 5. Pro biofiltry nad 300 m 2 a biofiltry s nerovnoměrným prouděním je nutné odebrat nejmémě 10 vzorků. Umístění vzorkovacích míst pro takto komplikované biofitry ukazuje Obrázek 17. Při dodržování výše uvedených zásad je předpoklad, že výsledky měření budou relevantní porovnatelné. Výsledky, které zmapují chování biofiltrů a možné koncentrace pachových látek mohou sloužit dále jako významný pomocník při projektování vzduchotechniky do nových biofiltrů. 4 Závěr Cílem této práce bylo proměřit biofiltry na asančních ústavech. Biofiltry jsou významnou technologií pro likvidaci pachových látek z procesu asanace. Na základě naměřených výsledků navrhnout vhodnou metodiku pro odběr vzorků pro měření emisí z biofiltru, ať už pachových látek, amoniaku, sirovodíku či organických látek. Za tímto účelem byly měřeny pachové látky na velkých biofiltrech pomocí různých technik a pro výpočet byl použit grafický program SURFER. Výsledky zjištění lze vyjádřit takto: Pro odběr vzorků pachových látek na plošných zdrojích s nuceným odtahem je nutné použít velkoplošný vzorkovač, minimálně o velikosti 20 m 2. Podle velikosti a charakteru biofiltrů volit počet vzorků: Malé biofiltry -3 vzorky, střední biofiltry s rovnoměrným prouděním 6 vzorků a velké biofiltry, nebo biofiltry s komplikovanou distribucí odpadního vzduchu nejméně 10 vzorků. Pro výpočet celkové koncentrace pachových látek, popř. hmotnostního toku pachových látek je možné pro střední biofiltry s rovnoměrným prouděním použít kvadratické rovnice a integrálu přes plochu biofiltru. Pro výpočet velkých a složitých biofiltrů je nutné použít grafický program SURFER, nebo jemu podobný. Takto získané hodnoty jsou relativně přesné a měření jsou opakovatelná s minimální chybou Získané informace jsou zcela nové a budou přínosem pro sjednocení vzorkování na plošných zdrojích Vypočtené výsledky odpovídající realitě, s grafickým vyjádřením proudění odpadního vzduchu pod ložem biofiltru bude velkým přínosem ve vývoji a rekonstrukce dalších biofiltrů. Práce byla časově a odborně velmi náročná a bylo by vhodné dále pracovat na prověření matematického modelu pro komplikované stavy. 5 Seznam zkratek a odborných výrazů Fugitivní zdroj emise škodlivin nebo pachu unikající netěsnostmi v potrubí, oknech, dveří a pod. Strana 15 (celkem 17)

17 6 Literatura 1 Auterská P., Hanzlík Z.: Intenzívní výrobní proces a ekologie. EKO. VIII. 3/97, str Matějů V.: Biofiltrace vzduchu. Biom.cz [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < ISSN: EN Air quality-determination of odour concentration by dynamic olfactometer, CEN TC 264 WG 2 N 251, ČSN EN česká technická norma: Kvalita ovzduší Stanovení koncentrace pachových látek dynamickou olfaktometrií, Český normalizační institut, Listopad Jay R. Witherspoon and Jennifer L. Barnes: Comparison of Methods Used to Measure Odour at Wastewater Treatment Plant Fencelines, CH2M HILL, Inc th Avenue NE, Suite 800 Bellevue, WA, USA Wise PM., Olsson MJ., Cain WS.: Quantification of odor quality, Chem Senses Aug; 25(4): , 2000, Strana 16 (celkem 17)