Luftqualitäts- überwachung Rheinland-Pfalz · Mikroskopie . und EDX . Unbekannte Proben ....

Folie 1 Luftqualitätsüberwachung Rheinland-Pfalz 11. Mainzer Arbeitstage 20. März 2014

Luftqualitäts- überwachung

Rheinland-Pfalz

11. Mainzer Arbeitstage Dr. Michael Weißenmayer

Frank Bunzel


Luftqualitätsüberwachung Rheinland-Pfalz

Zentrales Immissionsmessnetz

ZIMEN 28 Messstationen

5 Mitarbeiter

Kontinuierliche Erfassung der Luftschadstoffe

Immissionsmesslabor

iLab 115 Messstellen

9 Mitarbeiter

Diskontinuierliche Erfassung der Luftschadstoffe

Die beiden Säulen der Luftqualitätsüberwachung


Luftschadstoffe im Messnetz und Labor

ZIMEN - Schwefeldioxid (SO2) - Feinstaub (PM10, PM2,5) - Ruß (EC) - Stickstoffoxide (NO2, NO, NOx) - Kohlenmonoxid (CO) - Ozon (O3) - Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe - Methan

iLab - Feinstaub (PM10, PM2,5)

Staubniederschlag - Ruß (EC, OC, TC) - Blei, Cadmium, Arsen, Nickel,

Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer, Zink, Antimon, Wismut, Molybdän, Zinn, Uran, Thallium

- Benzol, Toluol, Xylole, Naphthalin, Trichlormethan, Tetrachlorkohlenstoff, 1,1,1,-Trichlorethan, Trichlorethen, Tetrachlorethen

- Nitrat, Nitrit (NO2), Chlorid, Phosphat, Sulfat, Levoglucosan

- Fluorwasserstoff


Luftqualitätsüberwachung Rheinland-Pfalz Entwicklung der SO2-Konzentration

0

10

20

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40

50

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70

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

Jahr

SO2 i

n µg

/m3

Ludwigshafen Mainz Hintergrund


Luftqualitätsüberwachung Rheinland-Pfalz Entwicklung der PM10-Konzentration

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Jahr

PM10

in µ

g/m3

Ludwigshafen Mainz Hintergrund Grenzwert


ZIMEN-Messstationen Entwicklung der PM10-Überschreitungstage

0

10

20

30

40

50

60

70

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90

100

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Jahr

PM10

Übe

rsch

reitu

ngst

age



Immissionsmesslabor iLab Probenahme

• Die Probenahme für das Labor geschieht häufig völlig unauffällig

• Oft werden Passivsammler eingesetzt, die keinerlei Infrastruktur benötigen

• Die Analyse der Luft – und Staubproben geschieht im Labor in Mainz


Immissionsmesslabor iLab Warum sind die Laboranalysen so wichtig ?

• Nicht alle Luftschadstoffe, die durch gesetztliche Vorgaben überwacht werden müssen, können durch eine automatische Messstation gemessen werden

• Geringen Platzbedarf und die geringen Anforderungen an die Infrastruktur (z.B. Stromversorgung)

• Auf diese Weise sind auch Aussagen über die räumliche Verteilung der Schadstoffe möglich

• Oft ist dies die einzige Möglichkeit, die tatsächliche Belastung der Bevölkerung zu ermitteln

• Messung von „Tracer-Verbindungen“ als Indikatoren zur Ermittlung von Emissionsquellen

• Das Labor verfügt über die vorgeschriebenen „Referenzmessverfahren“ (z.B. Gravimetrische Verfahren zur Bestimmung der Feinstaubbelastung)


Immissionsmesslabor iLab Wie haben sich die Aufgaben des Labor mit der Zeit verändert ?

• Seit der Gründung des Labors in den 70er Jahren im MFI hat sich das Aufgabenspektrum und die Arbeitsweise des Labors stark verändert

• Früher war zeitweise die Gewerbeaufsicht der einzige Auftraggeber

• Die vordringliche Aufgabe bestand in der Durchführung anlagenbezogener Messungen gemäß TA Luft

100 % TA LUFT



• Heutzutage sind die Messanforderungen anders verteilt

• Die größte Anzahl der Proben besteht aus den Anforderungen der 39.BImSchV, in der die EU-Luftqualitätsrichtlinien umgesetzt sind

71

39.BImSchV TA Luft

Anteil der Analysen in %



• Durch die Einführung der europäischen Luftqualitätsüberwachung wurde das Labor grundlegend im Hinblick auf die neuen Aufgaben modernisiert

• Dabei stand die Erweiterung der Messparameter und die Einführung von Mess- und Softwaresystemen im Vordergrund, die eine Bewältigung größerer Probenmengen ermöglichte

Autosampler eines Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographen

(HPLC)



• Ein wichtiger Baustein zur Moderisierung des Labors war dabei die Einführung eines Labor-Informations-Management-Systems LIMS

• ... und die Einführung leistungsstarker Client/Server basierter Chromatographie- datensysteme


Immissionsmesslabor iLab Messparameter aus dem Routinebetrieb

Gravimetrie Staubniederschlag

PM10 – Feinstaub

PM2.5 – Feinstaub

Thermographie Elementarkohlenstoff (EC)

Organischer Kohlenstoff (OC)

Totalkohlenstoff (TC)

Ionenselektiv

(ISE) Fluorwasserstoff

ICP/MS Blei

Cadmium

Arsen

Nickel

Titan

Vanadium

Chrom

Mangan

Eisen

Kobalt

Kupfer

Zink

ICP/MS Antimon

Wismut

Molybdän

Zinn

Uran

Thallium

Calcium

Kalium

HPLC PAK

(BaP)

Ionenchro- matographie Nitrat

Nitrit (NO2)

Chlorid

Phosphat

Sulfat

Levoglucosan

Gaschro- matographie Benzol

Toluol

Xylole

Gaschro- matographie Chlorierte

KW

Polyzylen

Ester

Raster-Elektronen- Mikroskopie

und EDX Unbekannte Proben


Immissionsmesslabor iLab Wie haben sich die Aufgaben des Labors mit der Zeit verändert ?

Entwicklung der Probenanzahl seit 2006

Entwicklung der Probenanzahl imiLAB seit 2006

5087

5669

8707 89147872

73697117

7542

0

1000

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10000

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Jahr

Pro

ben

anza

hl

Steigerung des Probenaufkommens um 80 %


Immissionsmesslabor iLab Einige Messverfahren im Detail : Gravimetrische Feinstaubanalyse (PM10/PM2.5)

Wägegenauigkeit 1 µg


Immissionsmesslabor iLab Einige Messverfahren im Detail : Gravimetrische Feinstaubanalyse (PM10/PM2.5)


Immissionsmesslabor iLab ICP/MS zur Elementbestimmung (z.B. Schwermetalle)


Immissionsmesslabor iLab Prinzip eines ICP/MS - Massensprektrometers


Immissionsmesslabor iLab Gaschromatographie – Messung organischer Verbindungen

• Einsatz von Passivsammlern zur Probenahme

• Bewährtes Verfahren zur Probenahme von organischen Substanzen : die Passivsammlung mittels Diffusionssammlern für z.B. Aromaten (Benzol, Toluol,etc), CKW (z.B. Perchlorethylen) und Ester (z.B. Ethylacetat) auf Chromosorb 106


Immissionsmesslabor iLab Probenahme mittels Passivsammlern

• Erst beim näheren Hinsehen fällt der Passivsammler auf

• Er ist mit Chromosorb gefüllt

• Der „Topf“ als solcher dient lediglich als Wetterschutz


Immissionsmesslabor iLab Gaschromatographie – Messung organischer Verbindungen


Immissionsmesslabor iLab Gaschromatographie


Zusammenwirken von iLab und ZIMEN Beispiel: Stickstoffdioxid (NO2)

• Für die Stickstoffdioxid – Belastung ist ein Grenzwert von 40 µg/m³ (JMW) und 200 µg/m³ (StdMW) festgelegt

• NO2 ist der am meisten überschrittene GW in Europa

•ZIMEN-Messstationen Punktmessung mit hoher zeitlicher Auflösung Überprüfung des Kurzzeit-Grenzwertes (Stundenmittelwert) meist nur kleinräumig repräsentativ

•iLab - Passivsammler hohe räumliche Auflösung möglich Überprüfung des Langzeit-Grenzwertes (Jahresmittelwert) Analyse der Schadstoffverteilung möglich - Quellenanalyse


ZIMEN-Messstationen Entwicklung der NO2-Konzentration

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

Jahr

NO2 i

n µg

/m3



Immissionsmesslabor Stickstoffdioxidbestimmung mit Ionenchromatographie

• Ebenfalls Einsatz von Passivsammlern zur Probenahme

• Einsatz von sehr kostengünstigen Glasröhrchen, die im Labor mit Kaliumiodid präpariert werden

• Bei der Probenahme wird NO2 zu Nitrit (NO2

-) reduziert


Immissionsmesslabor Stickstoffdioxidbestimmung mit Ionenchromatographie durch Messung von Nitrit

Messung der Nitrit – Konzentration zur Bestimmung von Stickstoffdioxid(NO2)


Luftqualitätsüberwachung Rheinland-Pfalz Stickstoffdioxidmessstellen in Mainz und räumliche Auswertung der Belastung

ZIMEN-Station

Parcusstraße mit hoher zeitlicher Auflösung

iLab Passivsammler zur Beurteilung der räumlichen

Belastung


Luftqualitätsüberwachung Rheinland-Pfalz Stickstoffdioxidmessstellen und räumliche Auswertung der Belastung


Vielen Dank !

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