Støvmålinger i omgivelsesluft rundt industri innenfor og utenfor gjerdet- Oppstrøms/nedstrøms modell for industriens bidrag

Hege Indresand, PhDNORCE Norwegian Research Centre AS Teknologi; Smart Instrumentation-Industrial testing

Prosjekt (RFF Agder 2017-2020):Real-time management of industrial fugitive dust emissions

Partners: Eramet, Saint Gobain, Elkem, Glencore, Eydeklyngen, NORCE Norwegian Research Centre AS

Main goal:

The project aims to develop methodology that enable metal producing industries in Norway to monitor fugitive dust emissions on-line with a cost- and resource effective sensing network in the ambient air.

Subgoals:

1: Identify the most suitable measurement systems

2. Establish monitoring systems for typical Norwegian process industry sites

3: Develop prototype on-line/real-time monitoring tools

4: Evaluate and assess the capabilities in emission prevention & control

Instrumentation

XACT 625Metals in PM10

Palas FidasReference Online PM

AQMESHMicrosensor PM

Meteorology

Palas FidasReference Online PM

AQMESHMicrosensor PM

Meteorology

Small mobile climatecontrolledhousing

Large mobile climatecontrolledhousing (lab)

Målekampanjer

Sauda Eramet1 måned Okt-Nov 2017Elementer fokus Mn (Xact) PM (1 Fidas)PM fortsatte på nedfallsstasjoner hele vinteren og inn i 2018

Lillesand Saint Gobain 1 år 2017-2018 PAH og SO2PM (Fidas)

Kvinesdal Eramet1 måned Sept-okt 2017Valley model test PM (2 Fidas)Element analyse fokus Mn (Xact)PM fortsatte hos naboer inn i 2018

Porsgrunn Eramet1 måned Aug-sept 2017Element analyse fokus Mn (Xact)

Sauda Eramet1 måned August 2018Elementer fokus Mn (Xact) Valley + Source model test PM(2 Fidas + 4 Aqmesh)

Kvinesdal Eramet4 måneder November 2017 – Februar 2018Valley + Source model test PM (2 Fidas + 4 Aqmesh)

Porsgrunn Eramet1 måned Juli 2018Element analyse fokus Mn (Xact)Valley model testPM (2 Fidas + 2 Aqmesh)

2017 2018

Kristiansand Glencore Nikkelverk1 år med PM mikrosensor (Aqmesh)

Lillesand Saint-GobainSO2 + PAH online testing

Kristiansand Glencore Nikkelverk3 måneder Juni + Sept-Nov 2018 Element analyse fokus Ni (Xact)Source model PM (1 Fidas og 5 AQMesh)

I selve prosjektet vil vi totalt sett ha samlet inn:• 10 måneder online data • opptil 7 instr. samtidig• 4 lokasjoner

Gjerdemålinger«Fence line measurements»Hva har vi lært hittil, hva kan vi begynne å dokumentere...

Størrelsesdistribusjon på støv i ulik distanse fra verk

Element signatur og konsentrasjon i ulik distanse og høyde fra verk

Hva består støvet av (bl.a Sjøsalt påvirkning)

Støvets bevegelse fra verkets prosesser og utover gjerdet

Støvets bevegelse i en dal (dobbel telling?)

PM2.5 og PM10 konsentrasjoner mot GV, andre stoffer mot LKK

Episodisk mot kontinuerlig karakter

Bruksområder og “feasibility/performance” av mikrosensorer

Oppstrøms/Nedstrøms modellen

Kjent som «Upwind/Downwind method» (Kolnsberg, 1976; US EPA Report)

Har vært brukt i tiår for veistøv, byggeplass, gruvedrift og grustak etc (Watson, 2011)

Kvantifiserer utslippet fra “kilden(e)” som forskjellen mellomkonsentrasjonen målt i lufta som nærmer seg (upwind) og som beveger seg fra (downwind) kildeområdet

Brukt for kilder som dekker store områder som man ikke kan “avgrense” ogmåle på

https://www.researchgate.net/profile/John_Watson13/publication/235341862_Measurement_System_Evaluation_for_UpwindDownwind_Sampling_of_Fugitive_Dust_Emissions/links/0912f511527b5d478c000000.pdf

Used in regulations (USA eksample)

In California counties or districts regulate the fugitive dust emissions from industrial or commercial operation sites with certain rules and regulations.

One of the rules incorporates the U/D principle in regulating the fugitive emissions level; “No person shall cause or allow PM10 levels to exceed 50 µg/m3 when determined by simultaneous sampling as the difference between upwind and downwind samples collected on high-volume PM samplers or other U.s EPA-approved equivalent method for PM10 monitoring.”

Watson study (2011) comparing many samplers in a U/D set up:

Uncertainty is based mostly on instrument error if your placement is good

U/D system is complicated in an urban setting, and can be more fitting in a rural area with less local sources of dust.

The newer online sensors that also detect all the PM size fractions are needed in a U/D framework to evaluate the effects of local emissions on both the U and D sites.

UPWINDBACKGROUND AIR«ZERO»

DOWNWINDReseptor pointBackground+factory

Source 2

Source 1

Onshore wind direction (summer)

Experimental set-up 2018Testing sensors and collecting PM data inside and outside fencelines

Example KvinesdalUpwind/downwind system

Winter 2018

N

S

0

5

10

15

20

25

30

35

0

60

120

180

240

300

360

30.11.2018 00:00 05.12.2018 00:00 10.12.2018 00:00 15.12.2018 00:00 20.12.2018 00:00 25.12.2018 00:00 30.12.2018 00:00

WD N WS N

0

20

40

60

80

100

120

140

30.11.2018 00:00 05.12.2018 00:00 10.12.2018 00:00 15.12.2018 00:00 20.12.2018 00:00 25.12.2018 00:00 30.12.2018 00:00

TSP N TSP S

KVINESDAL

TSP

DESEMBER

2018

Example HerøyaSummer 2018

PM Målinger før og etter Herøya når vinden blåser fra sør (daglig pålandsvind)-upwind/downwind metode test på Herøya (pågående ENSENSE forskningsprosjekt)-noen dagers målinger med Fidas Instrumentet juli 2018

-360

-300

-240

-180

-120

-60

0

60

120

180

240

300

360

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

26.07.18 0:00 27.07.18 0:00 28.07.18 0:00 29.07.18 0:00 30.07.18 0:00 31.07.18 0:00 01.08.18 0:00 02.08.18 0:00

Meteorology

WS TEMP WD

-360

-300

-240

-180

-120

-60

0

60

120

180

240

300

360

0

5

10

15

20

25

30

26.07.18 0:00 27.07.18 0:00 28.07.18 0:00 29.07.18 0:00 30.07.18 0:00 31.07.18 0:00 01.08.18 0:00 02.08.18 0:00

PM2.5

Upwind PM2.5 Downwind PM2.5 ug/m3) WD

-360

-300

-240

-180

-120

-60

0

60

120

180

240

300

360

0

10

20

30

40

50

60

70

26.07.18 0:00 27.07.18 0:00 28.07.18 0:00 29.07.18 0:00 30.07.18 0:00 31.07.18 0:00 01.08.18 0:00 02.08.18 0:00

PM10

Upwind PM10 Downwind PM10 ug/m3 WD

Data visualiseringViktig i data analysen og for bruksverdi for industrien

Konklusjoner

«Upwind/downwind» modellen gir gode resultater for å kunne dokumentere verks bidrag til omgivelsene utover gjerdene

I bunnen av et slikt system med potensiale for stor nytteverdi ligger dyp forståelse for topografi, meteorologi, støv karakteristikk, kilder, plassering og «performance» av måle instrumentene, samt data presentasjon/visualisering

Takk for meg!

Hege Indresandhein@norceresearch.no

+4793046480

TROMSØ

BERGEN

HAUGESUND

STAVANGER

KRISTIANSANDGRIMSTAD

OSLO

BARDU

ALTA