DEGRADAČNÍ PŮSOBENÍ PRACHU

Transkript

1 DEGRADAČNÍ PŮSOBENÍ PRACHU

2 Prašné prostředí Prach v ovzduší: Přírodní pochody Přírodní prach (eroze půdy) Kosmický prach Antropogení příčiny Spalovací procesy Stavební činnost Doprava Prach částečky rozmělněných tuhých látek, které se dají zvířit a po určitou dobu unášet v atmosféře 2

3 Prašné prostředí Prašná atmosféra dvousložkový disperzní systém vzdušnina tuhá látka Rovnoměrně rozptýlený prach prašný aerosol Prašnost - disperzní systém s vlastnostmi plynu: Provozu Závodu Města Krajiny 3

4 Polétavý prach: Prašné prostředí Částice o průměru do velikosti 10-5 μm (PM10), Směsi různých látek, sazí (uhlíku), částic síranů, kovů a anorganických solí jako je mořská sůl. Částice tvoří komplex. Velikost a tvar částic se mění. 4

5 V ČR je určen limit pro znečištění ovzduší pevnými částicemi (polétavý prach) 50 µg/m 3 Překročení toto limitu je tolerováno max. 35 dní v roce. Na některých místech ČR jako je Ostravsko, je limit překračován i přes 100 dní v roce 5

6 Prašné prostředí Koncentrace prachu ve vzdušnině: Gravimetrický údaj (ug.m -3 ) - N vážkový údaj Konimetrický údaj (PČ.m -3 ) - n počet částic Vztah mezi gravimetrickým a konimetrickým údajem závisí na: Měrné hmotnosti prachu Velikosti prachových částic Tvaru prachových částic Přibližný vztah: N n = 238,7 (d/2) 3 ρ > 5 μm Si 2 2,5 g.m -3 1 mg - 25 až 30 částic 6

7 Vlastnosti prachu MĚRNÁ A SYPNÁ HMOTNOST Měrná hmotnost (g.m -3 ) Cement 2,5 3,5 Křemen 2,0 2,6 Fe 2 O 3 5,2 Sypná hmotnost (kg.m -3 ) cement Volně skladovaný Skladovaný 190 Setřesený 7

8 CHEMICKÉ SLOŽENÍ Vlastnosti prachu Prach z průmyslových oblastí % SiO % Fe 2 O 3, Al 2 O 3, CaO, MgO MĚRNÝ POVRCH M p = P c H c P c - rozvinutý povrch částice H c hmotnost částice Na M p závisí chemická aktivita prachu 8

9 Vlastnosti prachu ROZSEV PRACHU Rozvrstvení prachových částic v prašném aerosolu je rozsev prachu 9

10 Vlastnosti prachu VELIKOST PRACHOVÝCH ČÁSTIC Horní hranice < 200 μm Dolní hranice > 1μm Rozdělení podle velikosti Koloidní prach (kouř) 0,5 μm Nejjeměnjší prach < 1 μm Jemný prach 1-50 μm Hrubý prach > 50 μm 10

11 Vlastnosti prachu PŘIBLIŽNÉ MNOŽSTVÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC Hory do 2000 m.n.m. Moře Pevnina Město Počet částic v m

12 Vlastnosti prachu POHYB PRACHOVÝCH ČÁSTIC < 20 μm se vznáší delší dobu (Brovnův pohyb) < 1 μm se shlukují (koagulují) Přibližná doba usazování sférických částic Druh částice Poloměr 0,01 0,1 10 μm Uhelný prach 5, dnů 13 h 4,6 s Oxidy železa ,7 12

13 Měření prašnosti METODY PRO MĚŘENÍ PRAŠNOSTI ROZSEV PRACHU Sítování Sedimentační třídění FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ ROZBORY PRACHU Měření velikosti částic Určování měrné hmotnosti prachu MĚRNÁ HMOTNOST Pikrometrické metody 13

14 SÍTOVÁNÍ PRACHU Měření prašnosti 14

15 Měření prašnosti SPAD PRACHU DO NÁDOBY Obdobně jako atmosférické srážky Analýza obsahu (množství, vlastnosti) Problematické výsledky měření (primární, rozvířený prach) Průměry z opakovaných dlouhodobých měření 15

16 Měření prašnosti SPAD NA FOLII 16

17 SPAD NA FOLII Měření prašnosti Al folie tl. 0,07 mm s vrstvou 50 mg vazelíny Zvážení s přesností 0,1 mg Umístění nad terénem Výška nad terénem (m) 1, Spad (g.m -2 za 45 dní) 8,2 6 4,5 2,7 2,2 Doba expozice (do hmotnosti 30 mg, potom ztráta přesnosti) Přesnost dostatečná Ekonomicky únosná metoda Problémy slunce, silný déšť, krupobití 17

18 Měření prašnosti SEDIMENTACE PRACHU 2 h sedimentace v prašné atmosféře Problematické výsledky měření 18

19 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Prachová komůrka (Owensův, Greenův prachoměr) Sedimentační prostor Kryt Sklíčko 19

20 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Prachová komůrka (Owensův, Greenův prachoměr) Sedimentační prostor 1,6 cm, 2,5 cm Několik volných pohybu s otevřenými šoupátky Zavření šoupátek a 2 h v horizontální poloze Odečet pod mikroskopem (200x) Informativní a srovnávací hodnota Výsledek ovlivňuje pozorovací schopnost 20

21 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Suchý konimetr Sací kanálek Sklíčko Tryska Prachová vrstva 21

22 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Suchý konimetr Odměřené množství prašného vzduchu se vrhá na vzorkovací destičku 2,5 až 5 cm 3 vzduchu nasátého pumpičkou dopadá rychlostí 200 m.s -1 Sklíčko opatřeno průhledným lepivým nátěrem (bílkový glycerín) Odečet pod mikroskopem 22

23 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Suchý konimetr Do hodnocení zahrnuty jen částice, které ulpěly na sklíčku 23

24 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Kapalinový prachoměr (standard impinger) Kapalina (etylalkohol) Tryska o průměru 1 mm 24

25 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Kapalinový prachoměr Určité množství se odpipetuje a vloží do Burknerovy počítací komůrky Nechá se odpařit alkohol a pod mikroskopem se spočítá počet částic Výsledky se mohou lišit od hodnot získaných suchým konimetrem. Oba typy přesně měří počet částic > 1 m získaných suchým konimetrem. 25

26 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Termoprecipitátor Prachová vrstva Skleněná destička Prašný vzduch Žhavý drátek 26

27 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Termoprecipitátor 20 až 400 cm 3 prašného vzduchu se vede štěrbinou Rychlost 5 až 6 cm 3.s -1 Termodifuzí se zachycuje prach na sklíčkách Vyhodnocení jako u suchých konimetrů Vysoká přesnost měření 27

28 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Elektrostatický precipitátor Mosazná usazovací elektroda Elektroda 1000V 28

29 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Elektrostatický precipitátor: Kolem elektrody proudí rychlostí 4 l.min -1 prašná atmosféra Po čase se usazovací elektroda opláchne v odměřeném množství etylalkoholu Část tekutiny se odpipetuje a hodnotí jako u kapalinových prachoměrů Precipitátor může zachytit i částice menší jak 0,1 m Vhodné pro malou a střední prašnost 29

30 Měření prašnosti KONIMETRICKÉ METODY Membránový filtr Pumpička s harmonickým měchem Po stlačení a pozvolném rozepnutí se proseje filtrem 100 cm 3 prašné atmosféry Filtr (průhledná provita látka nitrát celulózy) má průměr 30 mm Vyhodnocení počet částic/vážkově Výsledky mají většinou jen informativní hodnotu 30

31 Měření prašnosti GRAVIMETRICKÉ METODY Alonž se naplní 1 až 3 cm tlustou vrstvou česané bavlny, obvazové vaty apod. Odpor filtrační vrstvy 10 mm Hg Alonž s filtračním papírem se vysuší a zaváži Při měření se prosává alonží 10 až 30 l prašného vzduch za minutu po dobu 30 min. Alonž se znovu vysuší a zváží Prašnost se vyčíslí v g.m -3 nebo mg.m -3 31

32 Měření prašnosti GRAVIMETRICKÉ METODY Soxheltova patrona Válečková patrona vyplněná filtračním papírem Patronou se prostává 100 až 200 litrů prašné atmosféry po dobu několik h 32

33 Měření prašnosti GRAVIMETRICKÉ METODY Měřící filtr Obdoba Soxheltovy patrony Patronou se prosává 10 m 3 při rychlosti 7 m.h -1 Snazší manipulace 33

34 Měření prašnosti OSTATNÍ METODY Izokinetický vzorkovač Průtokoměry ukazující okamžitou rychlost proudění vzdušniny v průtokové trubici Použití pro měření horkých anebo agresivních vzdušnin 34

35 Měření prašnosti OSTATNÍ METODY Fotometrické měření (rozptyl světla částicemi prachu) Tyndallův efekt Světlo ze světelného zdroje se vede jako dva paprsky přes dva hranoly (jeden v prašné komoře, druhý v v bezprašném prostoru) Hranol v bezprašném prostředí se pootáčí tak, aby byl stejně osvětlen jako první hranol Úhel pootočení je míra prašnosti 35

36 OSTATNÍ METODY Měření prašnosti Fotometrické měření (rozptyl světla částicemi prachu) Lambert-Beerův zákon 1 x 1 36

37 Mechanizmus působení prachu SEDIMENTACE Pádová rychlost částic (Stokesův zákon) μm v = 7,65 d ρ pc ρ vz ρ pc - měrná hmotnost prachové částice ρ vz - měrná hmotnost vzdušniny d - průměr prachové částice 38

38 Mechanizmus působení prachu SEDIMENTACE Pádová rychlost částic (Stokesův zákon) μm 1 ρ pc - ρ vz v =. g. d 2 18 η η - dynamická vazkost vzdušniny 39

39 Mechanizmus působení prachu SEDIMENTACE Pádová rychlost částic (Stokesův zákon) 0,1 10 μm 1 ρ pc ρ vz A λ v =. g. d 2 (1 - ) 18 η d λ - volná dráha molekuly plynu A Cunninghamův opravný součinitel 40

40 Mechanizmus působení prachu PRONIKÁNÍ ŠTĚRBINOU Rozdíl tlaků stavová rovnice (p V = n R T ) p 1 T 2 = p 2 T 1 Jestliže se T 2 (teplota pod krytem) vlivem provozu zvýší musí poklesnout tlak pod krytem p 2 41

41 Mechanizmus působení prachu PRONIKÁNÍ ŠTĚRBINOU Pohyb částic < 20 μm (chová se jako plyn) n o n n = N p + N o = N p (1 +(1 - N p /n o ) (r + r 2 )) 42

42 Degradační působení prachu Účinky prachu záleží na druhu prachu. Brusné (abrazivní) účinky: Stožáry a mostovky v pouštních oblastech. Zadírání jemné mechaniky a měřících přístrojů. Poškozování hlaviček mag. záznamových medii. Chemické účinky: Hygroskopický prach zvýšené navlhání. Okysličování oleje (prach váže kyslík). Korozní účinky prachu. Prach živiny pro mikroorganizmy. 43

43 Degradační působení prachu Sedimentační účinky: Vodivé, polovodivé vrstvy I = I iz + I pv I pv» I iz a ρ pv a R pv = ρ pv = S s. l S S l ll aa Měrná vodivost povrchu γ p = s γ pv 44

44 Degradační působení prachu Sedimentační účinky Zhoršený odvod tepla Ucpávání ventilačních kanálů Prach na kontaktech nespolehlivé sepnutí, oblouk na kontaktech Ovlivnění rozložení el. pole 45