Giám Sát Phát Thải Bằng Quang Phổ UV

GIỚI THIỆU

Phát thải khí gây ô nhiễm từ các ngành công nghiệp và tàu thuyền đã gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Sản phẩm chính của quá trình đốt cháy bao gồm sulfur dioxide (SO2), nitơ oxit (NO), carbon dioxide (CO2) và các hạt. Là một loại khí độc, SO2 gây ra nhiều ảnh hưởng có hại cho sức khỏe con người, môi trường và khí hậu. Hơn nữa, khí thải SO2 góp phần hình thành các sol khí sunfat và các hạt nhỏ, có thể xâm nhập sâu vào phổi con người. Với số lượng đủ, nó có thể góp phần gây ra các vấn đề sức khỏe. Tuy nhiên, khoảng cách xa và nồng độ thấp khiến lượng khí thải khó đo được bằng các kỹ thuật hiện có. Sự phát triển của kỹ thuật viễn thám dựa trên quang phổ hấp thụ tia cực tím (UV) để đo nồng độ đồng thời SO2 và NO phát ra đã xuất hiện. Phương pháp này ngày càng được sử dụng bởi khả năng đo từ xa nồng độ khí trong thời gian thực.

PHƯƠNG PHÁP

Quang phổ hấp thụ tia cực tím (UV) là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để đo độ hấp thụ tia UV của một mẫu. Kỹ thuật này dựa trên nguyên tắc các phân tử hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng cụ thể, gây ra sự chuyển đổi điện tử bên trong phân tử. Nhiều loại khí như SO2 và NO có các vạch hấp thụ mạnh ở vùng bước sóng UV, điều này khiến cho việc sử dụng quang phổ UV băng thông rộng thích hợp để phát hiện nồng độ của các khí này. SO 2 có hai dải hấp thụ lần lượt là từ 209 đến 232 nm và từ 272 đến 312 nm, trong khi NO có hai đỉnh hấp thụ ở bước sóng 215 và 226 nm. Nồng độ phát thải SO2 tối đa cho phép trong 1 giờ là 125 µg/m³ và NO là 200 µg/m³.

Hình 1 Tiết diện hấp thụ (cm 2) của SO2 và NO trong khoảng bước sóng từ 209 đến 230 nm

Hình 2 a. Tiết diện hấp thụ (cm2) của SO 2 trong khoảng bước sóng từ 270 đến 312 nm, b. Phổ hấp thụ (au) của NO và SO2 trong khoảng 209 đến 312 nm

Một cuộc khảo sát hiện trường đã diễn ra nhằm đánh giá hệ số phát thải và tổng lượng phát thải SO2 và NO, từ nồi hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) công suất 220 tấn.h-1. Phép đo này được thực hiện tại một nhà máy nhiệt điện ở Sơn Đông - một trong những tỉnh bị ô nhiễm nặng nề nhất Trung Quốc . Tập dữ liệu thực nghiệm thu được được phân tích bằng thuật toán thông minh.
Kết quả đo được thể hiện trên Hình 3. Nồng độ SO2 dao động trong khoảng 750 mg.m-3 đến 1300 mg.m-3. Sự thay đổi này có thể được giải thích bằng sự thay đổi tải lò hơi hoặc hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu. Điều này cho thấy việc giám sát trực tuyến có thể tối ưu hóa kịp thời tháp khử lưu huỳnh và nâng cao hiệu quả khử lưu huỳnh, từ đó giảm ô nhiễm và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia. Ngược lại với trường hợp SO2 , nồng độ NO trong nồi hơi CFB tương đối thấp, dao động trong khoảng từ 100 đến 220 mg.m-3. Nhìn chung, hầu hết NO được tạo ra bằng quá trình cố định nhiệt nitơ trong không khí đốt. Ngoài ra, nitơ trong nhiên liệu cũng có thể bị oxy hóa thành NO. Vì vậy, nhiệt độ cháy và hàm lượng nitơ trong nhiên liệu được xác định là yếu tố chính hình thành NO.

Hình 3 Đo nồng độ phát thải SO2 và NO (mg.m-3)

HỆ THỐNG

Để đo nồng độ SO2 và NO, một bộ lọc được lắp vào đầu dò lấy mẫu để loại bỏ các hạt mịn có trong khí lấy mẫu và cuối cùng được bơm vào hệ thống phân tích khí. Một máy quang phổ (Ocean Optics HR2000+) đã được sử dụng, với đèn deuterium DH-mini làm nguồn sáng UV.

Máy quang phổ HR2000+ cung cấp độ phân giải quang học tốt tới 0,035 nm (FWHM). HR2000+ phản hồi từ 200-1100 nm, nhưng phạm vi và độ phân giải cụ thể phụ thuộc vào lựa chọn cách tử và khe vào của bạn. Với khả năng truyền liên tục quang phổ 1 ms, HR2000+ là máy quang phổ nhanh nhất hiện có của Ocean Optics. HR2000+ hoàn hảo cho các ứng dụng cần theo dõi phản ứng nhanh và cần độ phân giải cao, chẳng hạn như các ứng dụng hóa học và hóa sinh.

Hình 4 Máy quang phổ HR2000+

DH-mini được thiết kế để có thể mang theo và tiết kiệm không gian, dễ dàng lắp đặt trong phòng thí nghiệm và các ứng dụng hiện trường. Nó cung cấp dải quang phổ từ 200 nm đến 2500 nm và lý tưởng cho quang phổ hấp thụ tia cực tím và các phép đo liên quan đến tia cực tím khác. Đèn mang lại độ ổn định cao với độ lệch thấp theo thời gian, đảm bảo các phép đo nhất quán và chính xác. Nó có thời gian khởi động tương đối ngắn, nhanh chóng đạt hiệu suất tối ưu. DH-mini tương thích với nhiều máy quang phổ và phụ kiện Ocean Insight khác nhau, giúp dễ dàng tích hợp vào các hệ thống hiện có.

Hình 5 Nguồn sáng DH-min

KẾT LUẬN

Việc sử dụng máy quang phổ HR2000+ và đèn deuterium DH-mini cho quang phổ hấp thụ tia cực tím mang lại một phương pháp hiệu quả và đáng tin cậy để theo dõi lượng khí thải SO2 và NO theo thời gian thực. Độ nhạy, độ chính xác và độ ổn định cao của hệ thống đảm bảo phát hiện và định lượng chính xác các chất ô nhiễm, trong khi thiết kế nhỏ gọn và dễ tích hợp mang lại hiệu quả vận hành và tiết kiệm chi phí, khiến hệ thống trở thành giải pháp tuyệt vời để giám sát môi trường liên tục và tuân thủ các quy định.