Elohopean mittaus savukaasuista

Elohopea on yksi vaarallisimmista luonnossa esiintyvistä ympäristömyrkyistä ja uhkaa sekä ihmisen terveyttä että luontoa. Se on epävakaa metalli, joka voi levitä pitkiä matkoja ilmateitse. Elohopeaa ei voi hajoittaa, joten se kerääntyy maaperään, veteen ja eläviin organismeihin. Elohopea on yksi raskasmetalleista, jota usein vapautuu luontoon ihmisen toimien seuraamuksena esim. poltossa savukaasujen mukana.

Voimaloiden tyypilliset elohopeapäästöt:

  • Hiilivoimalan 1-30 µg/m3
  • Jätevoimalan 1-50 µg/m3

Tuleva elohopean päästöraja on 5 µg/m3 uuden WI BREFin mukaan.

WI BREF tuli voimaan 2019 ja siinä määritetiin elohopean päästörajaksi 5 µg/m3 .  Neljän vuoden siirtymäaika päättyy pian ja 2023 vuoden loppuun mennessä elohopeapäästöt tulee olla asetetuissa rajoissa.

Uuden WI BREFin vaatiman alemman päästörajan saavuttaminen vaatii useimmiten laitoksissa investointia pesuriin, SNCR:ään (Selective Non-Catalytic Reduction) ta muuhun vastaavaan prosessin osaan, jollei sellaista jo ole.

Myös päästömittauslaitteet tarvitsevat useimmiten päivitystä elohopean osalta, joka laitteiston ollessa tarpeeksi iäkäs, voi johtaa koko CEMS:in uudistamiseen.

Lisäksi tulee mietittäväksi onko tavetta myös prosessinohjaukselle, vaatiiko laitoksen ajo tai ympäristöluvat  redundanttisuutta analyysilaitteistoihin, tai tuleeko kyseeseen jatkuvatoimiset mittaukset vai BREFin sallima pitkäaikainen ja/tai säännöllinen näytteenotto (Sorbent trap -metodi).

Pitkäaikaiset päämiehemme Opsis Ab ja Durag Gmbh lähestyvät mittausta omien vahvuuksiensa kautta. Opsis soveltamalla DOAS:ia (Differential Optical Absorbtion Spectroscopy), näytteenottoa yhdistettynä läpikanavan mittaukseen ja patentoituun konvertteriin.

Asiakkaiden laitetarpeet poikkeavat usein toisistaan monestakin syystä. Tarjoamme ratkaisuiksi kolmea perusvaihtoehtoa; kahta jatkuvatoimista järjestelmää ja yhtä pitkäaikaiseen näytteenottoon  (Sorbent trap – metodi) perustuvaa järjestelmää.

Elohopean jatkuvatoiminen mittaaminen savukaasuissa

Elohopean mittaaminen savukaasuissa on haasteellista. Sen pitoisuudet ovat tyypillisesti 1000 – 100 000 kertaa pienemmät, kun muiden savukaasun mitattavien komponenttien. Elohopea esiintyy µg-alueen pitoisuuksina.

Elohopea esiintyy elementaalielohopean ja oksidoituneina elohopeamolekyyleinä yhdistyneenä muihin aineisiin, useimmiten klooriin. Kaikki käytettävissä olevat mittausmenetelmät perustuvat elementaali-elohopean mittaamiseen (Hg0). Siksi oksidoitunut elohopea on konvertoitava elementaalielohopean muotoon, jotta kokonaiselohopean (THg) analyysi onnistuu.

Opsis THg-mittaus
Opsis THg- mittaus

Käytössä on tällä hetkellä näytettä ottavia järjestelmiä, jossa kaasu kuljetetaan analysaattoriin  lämmitettyä (180 °C) näytelinjaa pitkin. Linjan pitää olla lämmitetty, koska oksidoitunut elohopea imeytyy kylmiin pintoihin.

Ennen analysaattoria on konvertteri, jossa elohopean eri komponentit konvertoidaan elementaalielohopeaksi mittausta varten. Konvertointiin on useita mahdollisuuksia:

  • Märkäkemiallinen
  • Kuivia menetelmiä, joissa konvertointi tapahtuu lämmön avulla
    • Joko noin 300 °C katalyyttisesti tai 7 – 800 °C :ssa pelkästään lämmöllä

Analysaattorien mittaustekniikka perustuu UV-alueen spektroskopiaan.

  • Atomiabsorbtio
  • Atomifluorosenssi
  • DOAS (Differential optical atomic absorption)

Elohopeamittauksilla voidaan ohjata myös prosessia uuden 5µg/m3 päästörajan saavuttamiseksi ja savukaasun puhdistuslaitteiden toiminnan optimoimiseksi.

Elohopean pitkäaikainen mittaaminen Sorbent Trap -Metodi (STM)

Sorbent trap -metodi on suunniteltu mittaamaan kaasumaisen elohopean kokonaismassa savukaasuissa. Kokonaismassa sisältää sekä elementaali ( Hg0)- että oksidoituneen elohopean (Hg2+) µg/Nm³  kuivaa savukaasua. Mittausalueet ovat tyypillisesti 0,1 µg/Nm³ – > 50 µg/Nm³.

Mittauspaikkana on tyypillisesti suhteellisen matalan pölypitoisuuden alueet eli käytännössä erityyppisten pölysuodattimien jälkeen.

Toimintaperiaate on seuraavanlainen Sorbent trap asennetaan näytteenottosondin päähän ja viedään kanavaan/piippuun sisälle.

Sen lävitse imetään tunnetulla virtauksella savukaasua. Sorbent trapi:n materiaali kerää savukaasuista sekä elementaali että oksidoituneen elohopean. Koska trapit ovat kanavassa, elohopeaa ei katoa näytteenoton aikana letkuihin ymv. pintoihin, mikä on tärkeää, sillä sen määrä on hyvin pieni.

Kussakin näyteputkessa on vähintään kaksi keräintä, jotta varmistetaan, ettei mahdollinen kaasumaisen Hg:n tunkeutuminen  ensimmäisen keräimen lävitse aiheuta mittausvirhettä. Jokaisella näyteputkella on oma, ainutlaatuinen seurantanumeronsa. Näyteputkien näyte analysoidaan Hg-analysaattorilla, joko suoraan paikan päällä tai laboratoriossa. Näyte kestää oikein säilytettynä useita viikkoja säilytystä.

Voimme rakentaa päästömittauksen EN 15267 hyväksyttynä esimerkiksi seuraavasti:

  • THg – Elohopeamittauksen erillisenä järjestelmänä ja redundanttina
  • THg + CEMS-järjestelmän yhdistettynä
  • THg + CEMS-järjestelmän redundanttina
  • Prosessinohjauksen erillisenä järjestelmänä
    • Mittaa elementaali elohopeaa (Hg0)
    • Tai THg.tä
  • THg:n CEMSin ja prosessimittauksen yhdistelmän
  • Minkä tahansa em. yhdistelmän tarpeen mukaan.

Kauttamme saat myös asennus- ja huoltopalvelut järjestelmän elinkaaren ajaksi.

Kotkan referenssi case Opsis

Oletko kiinnostunut Elohopean mittausjärjestelmän päivittämisestä?