Informationen ueber das Schicksal luftgetragener Aerosolpartikel lassen sich aus dem Studium von Elementdiskriminierungsprozessen bezueglich der Partikelgroesse gewinnen. Hierzu werden die Partikel der bodennahen Luft mit Hilfe von Kaskadenimpaktor bzw. Spektralimpaktor auf Praeparattraegern einer Elektronenstrahlmikrosonde nach ihrer aerodynamischen Groesse abgeschieden. Aus rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen werden bildanalytisch Groesse und Form der abgeschiedenen Partikel ermittelt. Die Messung der charakteristischen Roentgenstrahlung des Substratmaterials, die unterhalb der Partikel von das Teilchen durchdringende Elektronen erzeugt werden, erlaubt eine Abschaetzung der Partikeldichte. Andererseits kann aus der im Partikel erzeugten charakteristischen Roentgenstrahlung seine stoffliche Zusammensetzung bestimmt werden.
Feinstaubemissionsunter- suchungen in Sachsen-Anhalt: PM10-, PM2,5- und PM1,0– Emissio- des nen aus Industrie und Hausbrand Berichte Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt 2001 - Sonderheft 1 Inhalt 1 Einleitung, Problemstellung1 2 Experimentelle Untersuchungen1 33 Untersuchte Anlagen und Probenahmebedingungen 4 Ergebnisse und Diskussion6 5 Schlussfolgerungen19 6 Zusammenfassung19 Danksagung20 Literatur21 Anlagenverzeichnis 1 -722 Feinstaubemissionsuntersu- chungen in Sachsen-Anhalt: PM10-, PM2,5- und PM1,0- Emissionen aus Industrie und Hausbrand Berichte des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt. - Halle (2001) SH 1 des Landes an Anlagen der Zementin- dustrie, der Buntmetallurgie und an braunkohlegefeuerten Industriekraftwer- ken durchgeführt. Erste Ergebnisse wur- den bereits vorgestellt [15, 19]. In Ostdeutschland ist auf Grund des wirt- schaftlichen Umbruchs davon auszuge- hen, dass die jeweils vermessenen Anla- gen dem „neuesten“ Stand der Technik entsprechen, da sie in den letzten Jahren entweder völlig neu gebaut oder ent- sprechend dem immissionsschutzrechtli- chen Vorschriftenwerk gründlich saniert worden sind. Damit ist allerdings auch der Spielraum weiterer Sanierungen hin- sichtlich der Feinstaubemissionen einge- schränkt. Da mit Braunkohlenbrikett gefeuerte Hausbrandfeuerstätten in den neuen Bundesländern auch heute noch Bedeu- tung haben, erfolgten zusätzlich auch Ermittlungen der Feinstaubemissionen an einer Kleinfeuerungsanlage (Durch- brandofen) beim Einsatz verschiedener Brikettsorten. 1 Einleitung, Problemstellung Auf internationaler und auf EU-Ebene wird die gesundheitliche Relevanz von Feinstaub [1], [2], [3], [4] zurzeit neu be- wertet. Epidemiologische Untersuchungen in den letzten Jahren haben gezeigt, dass feine Staubpartikel in der Außenluft durchaus beträchtliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können. Dies hat auch dazu geführt, dass die Europäische Kommission eine Richtlinie [6] verabschiedet hat, die die Messung und Bewertung von PM10 bzw. PM2,5 in der Außenluft vorsieht. Es ist abzusehen, dass die vorgeschlagenen strengen Grenzwerte voraussichtlich nicht in allen Gebieten Deutschlands eingehalten wer- den können [5]. Es sind Emissionsmin- derungskonzepte gefragt. Diese können wiederum nur auf der Grundlage exakter Daten zur Feinstaubemission erstellt werden. Der Kenntnisstand über Feinstaubemissi- onen ist derzeit noch lückenhaft, da die bisherigen Rechtsvorschriften nur Ermitt- lungen der Gesamtstaubemission bein- halteten. Die Ergebnisse eines gezielten Messpro- gramms im Land Sachsen-Anhalt, das in diesem Beitrag vorgestellt wird, soll zur Aufklärung der Problematik beitragen. Das Untersuchungsprogramm beinhaltet Ermittlungen an den Anlagen bzw. Anla- gengruppen, die einen hohen Anteil an der Gesamtstaubemission des Landes Sachsen-Anhalt haben. Weiterhin er- folgten Messungen an Anlagen, deren Staubemissionen in erhöhtem Maße ge- sundheitsrelevante Inhaltsstoffe aufwei- sen. Im Einzelnen wurden Untersuchun- gen entsprechend der Industriestruktur 2 Experimentelle Untersuchungen 2.1 Grundlagen Zur Kennzeichnung von Partikeldispersi- onen in Gasen wird der aerodynamische Durchmesser dae benutzt. Dieser ist defi- niert als Durchmesser einer Kugel aus einem Material der Dichte 1 g/cm³ mit der gleichen Sinkgeschwindigkeit in Ga- sen, wie sie die betrachteten Partikel be- sitzen. Die Referenzmethode für die Probenah- me und Messung der PM10- Konzentrati- on (sowie eine vorläufige Verfahrenswei- se für die Probenahme und Messung der PM2,5-Konzentration) in der Luft sind in 1 [6] im Anhang IX benannt. Das Verfahren beruht auf der Abscheidung der PM10- Partikelfraktion nach dem Trägheitsprin- zip und anschließender gravimetrischer Bestimmung. In Analogie zu dieser im- missionsseitigen Ermittlung von PM10 (und PM2,5) werden per Konvention frak- tionierte Staubemissionsmessungen mit Kaskadenimpaktoren durchgeführt [9]. Damit kommt bei Emissionsermittlungen ebenfalls ein Messverfahren zur Anwen- dung, das auf der Abscheidung von Par- tikeln nach dem Trägheitsprinzip beruht. Zusätzlich vereinigt das Verfahren ge- genüber anderen einsetzbaren korngrö- ßenselektiven Verfahren die Vorteile der relativ einfachen Handhabbarkeit sowie der in situ-Probenahme ohne Verände- rung der Korngrößenverteilung durch Agglomerisationseffekte [16]. Grundlage der Gewinnung partikelgrö- ßenabhängiger Staubfraktionen mittels Impaktoren ist die Ausnutzung der unter- schiedlichen Trägheit von Partikeln. Ein Kaskadenimpaktor beinhaltet mehrere Impaktorstufen, die prinzipiell aus den Elementen Düse und Prallplatte beste- hen. Partikel mit ausreichender Trägheit des in der Düse beschleunigten Partikel- kollektivs treffen auf die Prallplatte und werden dort gesammelt. Partikel gerin- gerer Trägheit werden auf einer der nachfolgenden Stufen abgeschieden, so dass Stufe für Stufe Fraktionen unter- schiedlicher Partikelgröße erhalten wer- den. Die nicht abgeschiedenen Partikel werden auf einem hinter den Stufen an- geordneten Endfilter gesammelt. Die Masse der auf einer Stufe abgeschiede- nen Partikel wird im Anschluss an die Probenahme durch Differenzwägung ermittelt und kann bei Bedarf weiteren Analysen z. B. auf Staubinhaltsstoffe zu- geführt werden. Beim Vorhandensein eines größeren Anteils gröberer Partikel wird der Einsatz eines Vorabscheiders notwendig. Die Messplanung und Probenahme bei Impaktormessungen wird analog der bei Messungen zur Ermittlung der Ge samtstaubemissionen durchgeführt, d. h. Netzmessung mit isokinetischer Teil- stromentnahme. Allerdings ist im Gegen- satz zu den Staubemissionsmessungen bei Impaktormessungen der Gasdurch- satz nach Festlegung des Sondendurch- messers nicht mehr frei wählbar, sondern muss für alle Messpunkte der Netzmes- sung konstant gehalten werden. Es kön- nen daher nur Messpunkte mit annä- hernd gleicher Geschwindigkeit (zulässi- ge Abweichung: maximal ± 30 %) in ei- ner einzelnen Messung beprobt werden. Anderenfalls sind mehrere Messvorgänge erforderlich. Die Probenahmedauer sollte so bemessen sein, dass pro Impak- torstufe einerseits eine mit ausreichender Genauigkeit wägbare Staubmasse ge- sammelt wird und andererseits eine Ü- berladung der Stufen vermieden wird. 2.2 Probenahmetechnik Die Probenahmen erfolgten mit einem 8- stufigem Anderson Impaktor Typ Mark III (Material: rostfreier Stahl) und/oder mit einem 6-stufigem Impaktor der Fa. Ströhlein Typ STF 1 (Material: Titan). Voruntersuchungen zeigten, dass die mit den beiden Impaktoren ermittelten tech- nologiebezogenen Partikelgrößenvertei- lungen unter gleichen Probenahmebe- dingungen gut übereinstimmten. Beide Impaktoren sind bis 850 °C hitzebestän- dig. Zur Partikelabscheidung wurden perforierte Sammelplatten und Endfilter aus Glasfasermaterial verwendet. Die Messung des abgesaugten Teilgasvolu- mens erfolgte mit thermischen Massen- durchflussmessern. 2.3 Probenahme und Auswertung Die Probenahme und Auswertung der Partikelmessungen erfolgte entsprechend VDI 2066 Bl. 5 [10]. Um die erforderli- chen Absaugzeiten für die Impaktormes- sungen festlegen zu können, wurden im Vorfeld die vorliegenden Emissionskon- zentrationen an Gesamtstaub messtech- nisch ermittelt. Damit sollten einerseits Überladungen der Impaktorstufen ver- mieden und andererseits aber auch eine mit ausreichender Genauigkeit wägbare Staubmasse gesammelt werden. Nicht vorhersehbare stark unterschiedliche Beladungen der einzelnen Sammelplat- ten wurden durch Vorversuche ermittelt, um für die eigentlichen Probenahmen entsprechende Maßnahmen (z. B. Verän- 2
Innerhalb der Messperiode (12. Januar 06 - 8. Februar 06) wurden an einer stark belasteten Messstelle (Stuttgart-Nechartor) und an einer städtischen Hintergrundmessstelle mittels Kaskadenimpakter Feinstäube gemessen. Die Impakterproben (Stufen) wurden mittels (SEM/TEM) und EDX morphologische und chemisch charakterisiert.
Gegenüber den Gesamtstaubemissionsmessungen, die mit demselben Filtermedium zeitgleich mit den Feinstaubemissionsmessungen durchgeführt wurden, sind die Verluste im Johnas II relativ groß und betragen im Mittel 20 Prozent. Sie werden definitionsgemäß als Grobstaub gewertet. Die emittierten Stäube größer als 10 mym betragen etwa 34 Prozent. Der PM 10-Anteil aller Messungen liegt bei 70 Prozent und der PM 2,5-Anteil bei 44 Prozent. Untersuchungen der einzelnen Kornfraktionen auf die Staubinhaltsstoffe zeigen eine Verschiebung des Schwermetallanteils zur kleineren Kornfraktion, insbesondere hinsichtlich Blei. Die Konzentrationen sind jedoch außerordentlich gering. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Glasindustrie im Vergleich mit anderen Industriezweigen kein besonderes Feinstaubemissionsproblem hat. Das gilt insbesondere, wenn man den niedrigsten Gesamtstaubgehalt der meisten untersuchten Anlagen berücksichtigt. Der mittlere Gesamtstaubgehalt aller untersuchten Anlagen betrug lediglich 14,3 mg/m3, bezogen auf trockenes Abgas mit O2-Gehalt von 8 Prozent.
Gemaess TA-Luft Nr. 2.3.3.1 duerfen die im Abgas enthaltenen staubfoermigen Emissionen die sich aus einem Diagramm fuer Gesamtstaub und Staub 10/u ergebenden Massenkonzentrationen nicht ueberschreiten. Messtechnisch wird bisher nur die Massenkonzentration des Gesamtstaubes ueberwacht. Unsicher und zweifelhaft ist die Annahme, dass mit dieser Ueberwachung auch die Einhaltung der Auflage hinsichtlich des Feinstaubes gesichert ist. Dabei besitzt aus der Sicht der Wirkung die Feststellung und Ueberwachung des Feinstaubanteiles hoechste Prioritaet.
Zur Entstaubung der Abgase aus Kupoloefen werden filternde und nassabscheidende, manchmal auch elektrische Abscheider und Zyklone eingesetzt. Die Eignung dieser Abscheider zur Feinstaubabscheidung ist unterschiedlich. Sie soll im Rahmen des Vorhabens durch Emissionsmessungen bestimmt werden. Gleichzeitig soll der Anteil gefaehrdender Stoffe (nach TA-Luft Nr. 2.3.3.4) in den Reingasstaeuben, moeglichst in Abhaengigkeit von der Korngroesse, bestimmt werden. Das Vorhaben dient der Bewertung von Staubabscheidern fuer Kupoloefen und der Schaffung von Daten ueber die Emission von Feinstaeuben und gefaehrdenden Staeuben.
Der verstaerkte Einsatz von Dieselmotoren in Personenkraftwagen erfordert eine detaillierte Charakterisierung der Abgasemissionen, um deren Einfluss auf die Lufthygiene abschaetzen zu koennen. Hierbei kommt den partikelfoermigen Emissionen besondere Bedeutung zu, da diese u.a. kanzerogen und mutagen wirkende Stoffe enthalten. Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes durchgefuehrten Arbeiten liefern einen wesentlichen Beitrag bezueglich der physikalischen und chemischen Eigenschaften der partikelfoermigen Dieselemissionen fuer verschiedene motorische Verbrennungsverfahren unter immissionsnahen Bedingungen. Die partikelfoermigen Emissionen dreier Dieselmotoren wurden in Abhaengigkeit vom Motorkennfeld unter immissionsnahen Bedingungen ermittelt. Insbesondere wurden die folgenden Emissionen unter Einsatz z.T. neuer Techniken bestimmt: Gesamtpartikelemission, Massen- bzw. Volumenverteilung der Emissionen in Abhaengigkeit von der Korngroesse der Partikel, Gesamtemission und Massenverteilung ausgewaehlter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAH). Zur Charakterisierung der Partikelemissionen kamen Filtermessgeraete, Kaskadenimpaktoren, Bosch-Smokemeter und ein Messsystem, bestehend aus einem elektrischen Aerosolanalysator und einem optischen Partikelzaehler, zum Einsatz.
Verschiedene wissenschaftliche Studien zeigen, dass eine Neubewertung der Gesundheitsrisiken durch Feinstaeube erforderlich ist. Die EU-Tochterrichtlinie, die derzeit als Entwurf zur Diskussion steht, sieht daher Immissionsgrenzwerte fuer Feinstaubpartikel mit Durchmessern von kleiner 10 mym zum Schutz vor schaedlichen Umwelteinwirkungen vor. Da bereits heute absehbar ist, dass zur Einhaltung der kuenftigen Immissionsgrenzwerte weitergehende Massnahmen zur Emissionsminderung erforderlich sein werden, jedoch die Korngroessenverteilung im Abgas von Anlagen bisher in der Regel nicht ermittelt wurde, fuehrt das Landesamt fuer Umweltschutz eine Grundsatzuntersuchung im Bereich der industriellen Anlagen durch. Hierzu wurden an verschiedenen bayerischen Anlagen mit Kaskadenimpaktoren die Koerngroessenverteilungen im Abgas bestimmt. Folgende Branchen wurden einbezogen: Zementindustrie, Glasindustrie, Siliziumherstellung, Aluminiumindustrie, Schweroelfeuerungen, Eisengiessereien, Asphaltmischanlagen, feinkeramische Industrie. Das Vorhaben soll Aufschluss daruebergeben, ob bzw. bei welchen Anlagen ein effektives Minderungspotential fuer Feinstaeube besteht.
In der Druckluft oelgeschmierter Kompressoren befinden sich neben Staub- und Feststoffpartikeln Oel in aerosoler und dampffoermiger Form, wobei die Tropfenspektren sehr fein verteilt sind (Haeufigkeitsmaxima des Tropfendurchmessers oft unter 1 Mym). Die Entfernung derartig kleiner Troepfchen aus dem Druckgasstrom ist nur mit Hilfe leistungsfaehiger Faserfilter auf Glasfaserbasis moeglich. Um Abscheidesysteme optimieren und bewerten zu koennen, muessen Tropfenverteilungen und Oelkonzentrationen vor und nach Abscheidesystem messtechnisch erfasst werden. An der TU Dresden koennen im Bereich von 0,7 Mym bis 15 Mym Tropfen nach ihrer Groesse fraktioniert mit Kaskadenimpaktoren erfasst werden. Fuer den Tropfengroessenbereich oberhalb 0,1 Mym steht ein Absolutfiltersystem zur Verfuegung. Die quantitative Bestimmung der mit Absolutfilter und Kaskadenimpaktor aufgefangenen Oelmengen erfolgt mit der IR-Spektroskopie. Die Nachweisgrenze dieses Verfahrens liegt bei etwa 0,01 mg Oel. Um die Bewertung der Filter unter moeglichst praxisnahen Bedingungen vornehmen zu koennen, stehen Versuchsstaende nach unterschiedlichen Maschinen (Schrauben- und Hubkolbenkompressoren sowie Vakuumpumpen) zur Verfuegung.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 13 |
| Land | 2 |
| Wissenschaft | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 13 |
| Text | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 13 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 13 |
| Englisch | 1 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 12 |
| Webseite | 1 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 13 |
| Lebewesen und Lebensräume | 13 |
| Luft | 13 |
| Mensch und Umwelt | 14 |
| Wasser | 13 |
| Weitere | 14 |