Öl-in-Wasser- und VOC-Analysatoren für den Umweltschutz

Abstrakt

Die Umwelt ist heute mehr denn je eines der Hauptthemen für alle Menschen weltweit, von Politikern und Wissenschaftlern bis hin zur Öffentlichkeit. Verantwortungsbewusste Unternehmen müssen anerkennen, wie wichtig es ist, unsere Ökosysteme zu schützen, und Strafverfolgungsmaßnahmen zur Verschmutzung der Umwelt können nicht nur zu teuren Bußgeldern führen, sondern auch das öffentliche Image einer Organisation irreparabel schädigen.

Entsprechend nehmen sowohl die Strafverfolgung durch Umweltbehörden als auch das Medieninteresse in diesen Fällen zu. Wasserversorgungsunternehmen erkennen auch die Bedeutung des Problems und investieren in Erkennungs- und Überwachungsgeräte, nicht nur für die Aufnahme von sauberem Wasser, sondern auch für die Abwasserableitung aus Regenwasserkanälen. Dies hat dazu geführt, dass einige hochkarätige Unternehmen vor Gericht gestellt, hohe Geldbußen verhängt und teure Aufräumarbeiten durchgeführt wurden.

In einigen dieser Fälle mit Kohlenwasserstoffschadstoffen hätte die Frühwarn-VOC-Erkennungstechnologie sowohl die Auswirkungen auf die Umwelt als auch die Reinigungskosten verhindern oder erheblich verringern können. Verfügbare VOC-Erkennungsmethoden können einfach installiert, sehr einfach gewartet und kalibriert werden und haben sehr niedrige Betriebskosten.

Datenblatt für Öl-in-Wasser-Analysatoren Bitten Sie einen Ingenieur Fordern Sie ein Angebot an Rufen Sie uns unter +44 (0) 161 491 5600 an

VOCs

Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) kommen in der Atmosphäre natürlich vor. Menschen, Pflanzen und Tiere atmen sie auf natürliche Weise aus, es kann jedoch schädlich sein, wenn sie über bestimmten Ebenen einatmen.

Einige der gebräuchlichsten VOCs und ihre industriellen Quellen sind nachstehend aufgeführt. Der Begriff „VOCs“ deckt tatsächlich ein sehr breites Spektrum organischer Verbindungen ab. In der Tabelle im Anhang finden Sie eine Liste der VOCs und ihrer Schwellenwerte.

Die häufigsten VOCs und industriellen Quellen

VOC Industrielle Quelle
BTEX (Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol), Hexan, Cyclohexan und Trimethylbenzol. Benzin, Diesel, Heizöl, Farbverdünner, Flecken und Farben auf Ölbasis, Insektizide, Lösungsbenzin und Möbelpolituren
Aceton, Ethylalkohol, Isopropylalkohol, Methacrylate, Ethylacetat Nagellack und Entferner, Kölnischwasser, Parfums, Alkohol, Haarspray
Tetrachlorethen (PERC) und Trichlorethen (TCE) Reinigungsflüssigkeit, Fleckenentferner, Stoff- / Lederreiniger
d-Limonen (Zitrusgeruch), a-Pinen (Kieferngeruch), Isopren Reiniger für Zitrus- (Orangen-) oder Kiefernöl, Lösungsmittel und einige geruchsmaskierende Produkte
Tetrahydrofuran, Cyclohexan, Methylethylketon (MEK), Toluol, Aceton, Hexan, 1,1,1-Trichlorethan, Methylisobutylketon (MIBK) PVC-Zement und Grundierung, verschiedene Klebstoffe, Kontaktzement, Modellzement
Methylenchlorid, Toluol, ältere Produkte können Tetrachlorkohlenstoff enthalten Abbeizmittel, Klebstoffentferner
Methylenchlorid, PERC, TCE, Toluol, Xylole, Methylethylketon, 1,1,1-Trichlorethan Entfetter, in Aerosole eindringende Öle, Bremsreiniger, Vergaserreiniger, handelsübliche Lösungsmittel, Elektronikreiniger, Sprühschmiermittel
1,4-Dichlorbenzol, Naphthalin Mottenkugeln, Mottenflocken, Desodorierer, Lufterfrischer
Freon (Trichlorfluormethan, Dichlordifluormethan) Kältemittel aus Klimaanlagen, Gefriergeräten, Kühlschränken, Luftentfeuchtern
Heptan, Butan, Pentan Aerosolsprayprodukte für einige Farben, Kosmetika, Automobilprodukte, Lederbehandlungen, Pestizide
Formaldehyd Polstermöbel, Teppiche, Sperrholz, Pressholzprodukte

Kosten für die Reinigung

Geräteausfall, Tanklecks, Vandalismus, versehentliches Verschütten oder illegales Abladen sind nur einige Möglichkeiten, wie VOCs die Umwelt kontaminieren können.

Da die Umweltbehörde immer wirksamer wird, um Fälle vor Gericht zu bringen , werden auch Umweltfragen zunehmend öffentlich und politisch geprüft, was zu härteren Strafen, Geldstrafen und negativer Publizität für diejenigen führt, die Umweltschäden verursachen.

Im Folgenden sind einige Beispiele aufgeführt, bei denen Verschüttungen und Undichtigkeiten aufgetreten sind und keine geeigneten Verfahren vorhanden waren, um diese Verschüttungen einzudämmen oder zu erkennen . Dies hat dazu geführt, dass die Umweltbehörde rechtliche Schritte / Gerichtsverfahren gegen die beteiligten Unternehmen eingeleitet und Geldbußen und Anordnungen zur Beseitigung der Kontamination erlassen hat.

Die Kosten für ein Leck

Während eines Zeitraums von ungefähr 4 Wochen im Juli 2005 traten 653 Tonnen Kerosin aus einem kleinen Loch im Boden eines Tanks in einem Lager in Waterston, Milford Haven, aus.

Die daraus resultierende Verschmutzung führte im August 2005 zur Zerstörung des Lebensraums des nahe gelegenen Hazelbeach-Baches und zur Schließung des Strandes.

Das Unternehmen wurde anschließend von der Umweltbehörde Wales strafrechtlich verfolgt und für schuldig befunden, mit einer Geldstrafe von 29.900 GBP belegt und zur Zahlung von Kosten in Höhe von 39.801 GBP verurteilt. Darüber hinaus hat das Unternehmen geschätzt, dass die Aufräumarbeiten sie rund 3 Millionen Pfund gekostet haben

Die Kosten für Geräteausfälle

Ein Kraftstoffverteilungsunternehmen gab zu, einen Nebenfluss des Flusses Clyst mit 22.000 Litern rotem Diesel verschmutzt zu haben.

Das Leck wurde auf das Unternehmen zurückgeführt, nachdem erhebliche Mengen Öl im Wasserlauf entdeckt worden waren. Erste Überprüfungen ergaben jedoch keinen Lagerverlust auf ihrem Computersystem. Drucktests und Ausgrabungen ergaben ein Loch in einer Zuleitung, das zu einer Insel für die Kraftstoffabgabe führte.

Die Richter erkannten die Arbeit des Unternehmens zur Sanierung der Umwelt an und bestraften sie mit einer Geldstrafe von 5.000 GBP und Kosten von 3.700 GBP.

In jüngerer Zeit (2019) stellte die Umweltbehörde von Nordirland fest, dass roter Diesel aus einem Abzugskanal in den Ballyclare-Fluss eingeleitet wird. Dies hat dazu geführt, dass Maßnahmen ergriffen wurden.

Die Kosten menschlicher Fehler

Eine Spedition musste Geldstrafen und Kosten in Höhe von £ 6.867 zahlen, nachdem ein Ölabscheider übergelaufen war, der die Themse mit dickem schwarzen Altöl verschmutzte und die lokale Tierwelt erheblich schädigte .

Das Unternehmen gab vor Gericht zu, dass es den Abfangjäger nicht entleert hatte, was ihn daran hinderte, ordnungsgemäß zu funktionieren. Rund 40 Schwäne waren betroffen und einige mussten vom Swan Sanctuary in Shepperton gerettet werden.

Die Kosten für Vandalismus

Öl von einer Gabelstaplerreparaturstelle landete in einem Abfluss in der Nähe von Spalding, was dazu führte, dass ein Schwan gereinigt werden musste und wirbellose Tiere starben.

Das Unternehmen wurde mit einer Geldstrafe von 8.000 GBP belegt und vom Spalding Magistrates 'Court zur Zahlung der vollen Kosten der Umweltbehörde in Höhe von 4.000 GBP verurteilt, nachdem es sich schuldig bekannt hatte, einen Nebenfluss von Hammond Beck verschmutzt zu haben.

Den Beamten der Umweltbehörde wurde mitgeteilt, dass ein Öltank auf der Baustelle zerstört und ein Rohr abgerissen worden war.

Das Unternehmen hatte nicht bemerkt, dass sich unter dem Bereich, in dem der Tank gestanden hatte, einen Oberflächenwasserablauf befand, und die Agentur daher nicht über die Verschüttung informiert. Dementsprechend könnten die Umweltauswirkungen verringert worden sein, wenn früher festgestellt worden wäre, dass das Öl in die Oberflächenwasserableitung des Standorts gelangt ist.

Erkennungsansätze und -probleme

Es gibt verschiedene Methoden zur Messung und Detektion von VOCs; Am genauesten, aber langsamsten und teuersten sind die laborbasierten Methoden der Gaschromatographie, Massenspektrometrie und FID-Analysatoren (Flame Ionisation Detection), deren Kosten bis zu 100.000 USD und mehr betragen können.

Es stehen laserbasierte Methoden zur Erkennung von Öl in Wasser zur Verfügung. Diese erfordern jedoch, dass das Öl in Emulsionsform vorliegt oder einen Ölteppich auf der Oberfläche gebildet hat (Öl auf Wasser). Diese Methoden können nur relativ hohe Ölkonzentrationen nachweisen - typischerweise 1 ppm für Öl in Wasser und viel höher für Öl in Wasser.

Der Öl-auf-Wasser-Detektor misst die Änderung des Reflexionsvermögens der Oberfläche - Öl kann Licht besser reflektieren als Wasser. Das System benötigt eine bewegungslose Oberfläche, die frei von Staub oder abgestorbenen Blättern und direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist.
Die Öl-in-Wasser-Detektoren verwenden entweder Lichtstreutechniken oder Fluoreszenz und können Konzentrationen von bis zu 1 ppm messen. Diese Technik bietet eine Online-Überwachung rund um die Uhr, ist jedoch anfällig für falsche Ergebnisse, wenn das Wasser einen hohen Trübungsgrad aufweist . Die Detektoren müssen regelmäßig gewartet und gereinigt werden, da Partikel das System verstopfen können.

Glücklicherweise gibt es kostengünstigere, schnellere und tragbarere Methoden zur VOC-Erkennung, beispielsweise Photoionisationsdetektoren (PIDs) und elektronische Nasentechnologie (E-NOSE).

Ein Photoionisationsdetektor (PID) verwendet eine UV-Lampe, um einströmendes Gas zu bestrahlen. Die UV-Energie ionisiert die Moleküle und erzeugt einen Ionenstrom, der dann gemessen wird. PIDs sind Breitbanddetektoren und nicht selektiv, da sie alle durch den Detektor hindurchtretenden Moleküle ionisieren, die eine ähnliche Ionisierungsenergie wie die verwendete UV-Lampe aufweisen. Der Vorteil von PIDs besteht darin, dass sie eine schnelle Messung der VOC-Konzentrationen vor Ort ermöglichen.

Einige der Nachteile von PIDs sind:

  • Wasserdampf, Kondensation, Temperatur und Abschrecken können ihre Leistung auf höchstens 0,1 ppm (unter kontrollierten Bedingungen), typischerweise jedoch auf 1 ppm beschränken.
  • PIDs müssen regelmäßig gewartet und kalibriert werden. UV-Lampe, Treiber und Erkennungsschaltung.
  • Die Zelle muss außerdem regelmäßig gereinigt werden, da Staub und Mikrofasern die Kondensation erhöhen können.
  • Das Kalibrierungsverfahren ist teuer und kompliziert und verwendet 10 ppm komprimiertes Isobutylengas. (Siehe Anhang IV)

Bei der E-NOSE-Technologie wird ein Halbleitermaterial (Metalloxid) verwendet, das auf eine nichtleitende Substanz (Substrat) zwischen zwei Elektroden aufgebracht wird. Das Substrat wird auf eine Temperatur (etwa 400 ° C) erhitzt, bei der die Anwesenheit des Gases eine reversible Änderung der Leitfähigkeit des halbleitenden Materials verursachen kann

  • Wenn kein Gas vorhanden ist, wird Sauerstoff auf die Oberfläche ionisiert und der Sensor wird halbleitend.
  • Wenn Moleküle des interessierenden Gases vorhanden sind, ersetzen sie die Sauerstoffionen, wodurch der Widerstand zwischen den Elektroden verringert wird.
  • Diese Änderung wird elektrisch gemessen und ist proportional zur Konzentration des gemessenen Gases

Dies macht die E-NOSE zu einer Breitband-VOC-Detektortechnologie . Ein Beispiel für diese Art der Sensortechnologie sind die MS1200 VOC-Monitore.

Diese Methode hat die Vorteile von:

  1. Hohe Empfindlichkeit, dh der Monitor kann VOC-Konzentrationen bis 1 ppb erfassen .
  2. Sensoren haben eine lange Lebensdauer und müssen nicht gereinigt werden.
  3. Die Sensoren werden vor jeder Probenmessung automatisch auf Null gestellt , um Sensordrift und Alterungseffekte zu berücksichtigen. Dies geschieht, indem bei jedem Probenzyklus gefilterte saubere trockene Luft über die Sensoren geleitet wird.
  4. Im Monitor werden 2 Filtermaterialien verwendet, ein Staubfilter und Aktivkohle. Dies sind die einzigen in den Systemen verwendeten Verbrauchsmaterialien, die nur alle 6 Monate ausgetauscht werden müssen.
  5. Aufgrund der Robustheit der Sensortechnologie können die Monitore als Online-Überwachungssystem eingesetzt werden , das rund um die Uhr Erkennung und Messung ermöglicht.

Ein Validierungsprüfverfahren wurde entwickelt. Bei dieser Methode wird ein 50 ppb Toluol in Wasserlösung eingeführt. Der Monitor nimmt dann das Luft / Toluol-Dampfgemisch auf, um die Reaktion zu überprüfen

Zusammenfassend

PIDs bieten eine schnelle VOC-Erkennungs- und Messtechnologie vor Ort, weisen jedoch eine geringere Empfindlichkeit auf und sind im Vergleich zu E-NOSE teurer. Sie erfordern außerdem eine erhöhte Wartung, eine häufigere Kalibrierung und reagieren empfindlich auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit.

E-NOSE ist eine kostengünstige, robuste und hochempfindliche Lösung mit geringen Wartungskosten und einer Überwachung rund um die Uhr. Das einzige verwendete Verbrauchsmaterial sind Filtermaterialien, die nur einmal alle 6 Monate ausgetauscht werden müssen, sowie eine einfache Validierungsprüfung.

Der MS1200-Monitor wurde inzwischen in großem Umfang zur Überwachung der Aufnahme von sauberem Wasser eingesetzt. Mittlerweile gibt es auch eine Reihe von Standorten, die den Monitor für die Überwachung industrieller Emissionen und die VOC-Erkennung verwenden.

Fazit

Zum Nachweis von VOCs in industriellen Einleitungen stehen verschiedene Technologien zur Verfügung . Es wurde argumentiert, dass die robusteste, empfindlichste und effektivste Methode aufgrund ihrer langen Lebensdauer, der seltenen Kalibrierungsanforderungen und der einfachen Wartung Gassensor-Halbleiter-E-NOSE-Bauelemente verwendet. Das erwähnte Beispiel ist der Multisensor MS1200.

Es wurden Fallstudien vorgestellt, um zu zeigen, wie einfach ein solches Instrument in einem modernen Industriekomplex eingesetzt und in das bestehende Notfall- / Sicherheitskontrollsystem integriert werden kann. Dies bietet sowohl dem Unternehmen, das es verwendet, als auch den Umweltschutzbehörden, in die Einleitungen erfolgen, Sicherheit.

Tabelle: Grenzwert

Hier sehen Sie einige der Grenzwerte (Threshold Limit Value, TLV) für einige der gängigsten VOCs. Der TLV einer chemischen Substanz ist ein Wert, dem ein Arbeitnehmer vermutlich Tag für Tag während seines gesamten Arbeitslebens ohne nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit ausgesetzt sein kann.

VOC TLV Siedepunkt °C Dampfdruck bei 20 °C
Benzol 0,5 ppm 80 10kPa
Toluol 50 ppm 111 2.3kPa
Ethylbenzol 100 ppm 136 0.9kPa
Xylol 100 ppm 144 0,91 kPa
Cyclohexan 100 ppm 81 10.3kPa
Benzin 300 ppm 20-200 220 kPa (butano)
Aceton 500 ppm 56 24kPa
Isopropylalkohol 200 ppm 83 4.4kPa
Trichlorethen 50 ppm 87 7,8 kPa
Tetrahydrofuran 50 ppm 66 19,3 kPa
Methyl-Ethyl Ketone 200 ppm 80 10,5 kPa
Methylenchlorid 50 ppm 40 47,3 kPa
1,1,1-Trichlorethan 350 ppm 74 13.3kPa
Formaldehyd 0,3 ppm -20 3,46 kPa a 25
Wasser n / a 100 2.3kPa