thiết kế hệ thống quan trắc không khí

Ngày nay, nhu cầu về sức khỏe của con ngươi ngày càng tăng cao, đặc biệt trong thời buổi bệnh dịch hiện nay. Vậy nên mọi người rất quan tâm đến các thông số, số liệu về các chỉ số chất lượng của các đại lượng môi trường xung quanh. Tuy đất nước đã có những biện pháp giảm thiểu việc di chuyển trong tình hình bệnh dịch nhưng vấn đề ô nhiễm không khí vẫn là vấn đề đau đầu và vẫn gia tăng, nhất là những thành phố lớn như Hà Nội. Vì vậy việc đo các chỉ số về chất lượng không khí là cần thiết. Thứ nhất là để người dân biết được để bảo vệ bản thân. Thứ hai, những cơ quan chức năng có thể nắm bắt và có những biện pháp cụ thể thích hợp, để giảm thiểu tình trạng này. Nắm bắt được những nhu cầu đó nên đề tài “ Thiết kế, xây dựng hệ thống quan trăc bụi” ra đời.

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC BỤI

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu hòa

Mã số sinh viên : 20173886 Lớp : ĐK-TĐH 04 K62 Giảng viên hướng dẫn : GS TS Phạm Thị Ngọc Yến

Hà Nội, 12-2021

2

Mục lục

Chương I: Chuẩn bụi trong đời sống và môi trường làm việc 7

1 Bụi là gì? Phân loại và thành phần 7

2 Bụi mịn 8

3 Phạm vi đo nồng độ bụi trong không khí 13

Chương II Công nghệ đo bụi và phương pháp xác định hàm lượng bụi 14

1 Công nghệ đo bụi 14

1.1 Module phân tích khí 14

1.2 Công nghệ lazer, diode quang 14

2 Phương pháp xác định 14

A Xác định nồng độ bụi toàn phần bằng phương pháp trọng lượng (Cân giấy lọc) 14

1.1 Nguyên lý 14

1.2 Phương pháp xác định 14

B Xác định nồng độ bụi hô hấp bằng phương pháp trọng lượng (Cân giấy lọc) 18

1.1 Nguyên lý 18

1.2 Phương pháp xác định 18

C Xác định nồng độ bụi toàn phần và bụi hô hấp bằng thiết bị đo bụi điện tử 22

1.1 Nguyên lý 22

1.2 Phương pháp xác định 22

3 Bảo quản thiết bị 24

4 Chuẩn đo lường 24

4.1 Phạm vi áp dụng 24

4.2 Chuẩn đo lường 24

5 Thiết bị đo bụi 25

5.1 Định nghĩa 25

3

5.2 Công dụng 25

5.3 Phân loại 25

5.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng của máy đo nồng độ bụi 29

5.5 Một số thiết bị đo 30

Metone Aerocet-831 30

Metone BT-645 30

Chương III Thiết kế thiết bị đo bụi 30

1 Yêu cầu bài toán 30

2 Lựa chọn phần cứng 30

2.1 Tìm hiểu về ARM COTEX M3 30

2.1.1 Tổng quan về ARM COTEX 30

2.1.2 Các phiên bản kiến trúc ARM 31

2.1.3 Đơn vị xử lí trung tâm Cortex (Cortex CPU) 33

2.1.4 Kiến trúc hệ thống của ARM CORTEX 38

2.1.5 Cấu trúc bộ nhớ 38

2.2 Vi xử lí STM32 39

2.3 Cảm biến 40

2.4 Màn hình LCD 43

3 Thiết kế 44

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 44

3.2 Sơ đồ thiết kế 48

Chương IV Kết Luận và Phát Triển 48

Tài liệu tham khảo: 48

4

Danh mục hình ảnh:

Hình 1: Thành phân của bụi 7

Hình 2 : Kích thước của bụi 9

Hình 3: Nguồn gốc của bụi 10

Hình 4: Ảnh hưởng của bụi 11

Hình 5: Máy đo nồng độ bụi HT9600 26

Hình 6: Máy đo độ bụi - model: HD-110 27

Hình 7: Máy đo bụi Kanomax 3521 28

Hình 8 Các phiên bản kiến trúc của lõi ARM 31

Hình 9 Bộ xử lí Cortex và đơn vị xử lí trung tâm Cortex 32

Hình 10 Kiến trúc đường ống của ARM Cortex 33

Hình 11 Kiến trúc load và store của ARM Cortex-M3 33

Hình 12 Mô hình lập trình của ARM Cortex-M 34

Hình 13 Thanh ghi trạng thái chương trình của CPU Cortex 34

Hình 14 Mô hình hoạt động của chế độ Thread và Handler 35

Hình 15 Đồ thị biểu diễn hiệu năng của bộ xử lý Cortex 36

Hình 16 Bản đồ bộ nhớ tuyến tính 4Gbyte của bộ xử lý Cortex-M 37

Hình 17 Hệ thống Bus nội của ARM 38

Hình 18 Cấu trúc bộ nhớ của ARM 39

Hình 19 Sơ đồ các chân của ARM M3 40

Hình 20 Cảm biến SDS011 41

Hình 21 Xung đầu ra PWM 43

Hình 22 Sơ đồ chân LCD 44

Hình 23 Chân nguồn vi điều khiển 45

Hình 24: Mạch reset vi điều khiển 46

Hình 25 Mạch tạo xung cho vi điều khiển 47

Hình 26 Mạch boot của vi điều khiển 48

Danh mục bảng số liệu:

5

Bảng 1: Số liêu chất lượng không khí tại New Delhi (17/9/2014) 12

Bảng 2: Mức chỉ số chất lượng không khí tại Việt Nam (12/11/2019) 12

Bảng 3 Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh[4] 13

Bảng 4: Một số thiết bị đo bụi hiện nay [8] 30

Bảng 5: Chân vào ra cảm biến SDS011 42

Bảng 6 Giao thức truyền thông cảm biến SDS011 42

6

Lời nói đầu

Ngày nay, nhu cầu về sức khỏe của con ngươi ngày càng tăng cao, đặc biệt trong thời buổi bệnh dịch hiện nay Vậy nên mọi người rất quan tâm đến các thông số, số liệu về các chỉ

số chất lượng của các đại lượng môi trường xung quanh

Tuy đất nước đã có những biện pháp giảm thiểu việc di chuyển trong tình hình bệnh dịch nhưng vấn đề ô nhiễm không khí vẫn là vấn đề đau đầu và vẫn gia tăng, nhất là những thành phố lớn như Hà Nội Vì vậy việc đo các chỉ số về chất lượng không khí là cần thiết Thứ nhất

là để người dân biết được để bảo vệ bản thân Thứ hai, những cơ quan chức năng có thể nắm bắt và có những biện pháp cụ thể thích hợp, để giảm thiểu tình trạng này Nắm bắt được những nhu cầu đó nên đề tài “ Thiết kế, xây dựng hệ thống quan trăc bụi” ra đời

Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau:

Chương I: Chuẩn bụi trong đời sống, môi trường làm việc

Chương II: Công nghệ đo bụi và phương pháp xác định gàm lượng bụi

Chương III: Thiết kế thiết bị đo bụi

Chương IV: Kết luận và phát triển

Em xin cơm ơn cô Phạm Thị Ngọc Yến và các thầy cô trong bộ môn đã hướng dẫn nhiệt tình, giúp đỡ để em hoàn thành đồ án Do thời gian làm đồ án ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc chắn sẽ đồ án còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sư đóng góp của thầy cô và các bạn

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Sinh viên thực hiện

7

Chương I: Chuẩn bụi trong đời sống và môi trường làm việc

1 Bụi là gì? Phân loại và thành phần

Bụi là những hạt vật chất trong không khí Bụi thường được phân loại theo kích thước

– Bụi toàn phần: Là bụi ở giải kích thước hạt có đường kính khí động học nhỏ hơn hoặc bằng

100 µm

– Bụi hô hấp: Là bụi ở giải kích thước hạt có đường kính khí động học nhỏ hơn hoặc bằng 5

µm

– Bụi lắng: Là bụi lắng đọng xuống các bề mặt như nhà xưởng, máy móc, thiết bị

Hình 1: Thành phân của bụi

Nguồn phát sinh bụi trong môi trường

Nguồn phát sinh: bao gồm sinh ra trong tự nhiên và do hoạt động của con người

– Trong tự nhiên: bụi trong tự nhiên được sinh ra bởi các hoạt động như cháy rừng, khói núi lửa, các cơn bão bụi, lốc xoáy…

8

– Hoạt động của con người: Các hoạt động sản xuất, chế tạo, chế biến ở các nhà máy, khu công nghiệp là nguyên nhân chính phát sinh ra bụi

Tác hại của bụi đối với sức khỏe con người

– Đối với bụi toàn phần có kích thước trên 10 micromét khi đi vào đường hô hấp sẽ được các chất nhầy, lông, tiêm mao, của đường hô hấp giữ lại và bài trừ ra thông qua ho, hắt xì hơi, gỉ mũi, khạc đờm…

– Đối với bụi hô hấp có kích thước càng nhỏ khi công nhân hít phải thì sẽ tiến sâu hơn và mắc kẹt lại ở các cơ quan phổi, phế quản nếu tiếp xúc lâu dài, tích lũy lại sẽ gây ra bệnh hô hấp gọi

là bện bụi phổi Tùy theo loại bụi xâm nhập nhân sẽ bị các bệnh bủi phổi tương ứng: bụi phổi silic, bụi phổi amiăng, bụi phổi bông, bụi phổi than, bụi phổi talc, bệnh viêm phế quản mãn tính, bệnh hen,….[1]

Vì đồ án lần này hướng đến chuẩn bụi trong đời sống, khu dân cư nên các loại bụi trong môi trường nhà máy như: bụi amiăng, bụi silic, bụi bông, bụi than… sẽ không đề cập Chúng

ta sẽ chỉ giới hạn ở bụi mịn phần tiếp theo sẽ đề cập cụ thể hơn về bụi mịn và ảnh hưởng của

nó lên môi trường và con người

2 Bụi mịn

Bụi mịn hay còn gọi là bụi PM (Paticulate Matter) được phân loại dựa trên đặc tính cơ học và sự ảnh hưởng tới sức khỏe của chúng và được phân ra làm 02 loại bụi PM chính như sau: bụi PM10 là những hạt bụi có đường kính cơ học nhỏ hơn 10 µm, bụi PM2.5 là những hạt bụi có đường kính cơ học nhỏ hơn 2.5 µm Trong bụi PM2.5 được phân ra một loại bụi khác là PM1, là những hạt bụi có đường kính cơ học nhỏ hơn 1 µm hay còn được gọi với tên khác là bụi siêu mịn (Ultrafine Particles)

9

Hình 2 : Kích thước của bụi

Nguồn gốc của bụi mịn

Các hạt bụi mịn PM 2.5 và PM 10, PM 1.0 có thể sinh ra từ tự nhiên như cháy rừng, bụi

sa mạc, khói núi lửa, các cơn bão cát, lốc xoáy, hoặc từ chất thải sinh vật như phấn hoa, bào tử nấm, nước thải côn trùng Nhưng đa phần bụi được tạo ra từ các hoạt động của con người: từ khí thải của các phương tiện giao thông, hoạt động của các nhà máy công nghiệp, hoạt động xây dựng, đốt rơm rạ trong nông nghiệp, các hoạt động sinh hoạt tại các hộ gia đình (đặc biệt

là đun nấu và sưởi ấm bằng than, củi), từ khói thuốc lá…

Hầu hết các hạt hình thành trong khí quyển là kết quả của các phản ứng phức tạp của các hóa chất như sulfur dioxide và nitơ oxit, là những chất gây ô nhiễm phát ra từ các nhà máy điện, hoạt động công nghiệp và ôtô

10

Hình 3: Nguồn gốc của bụi

Ảnh hưởng đến con người

Khi nồng độ bụi mịn pm2.5 và pm10 trong không khí ở ngoài trời tăng lên thì sẽ làm cho không khí bị mờ đi và tầm nhìn bị giảm trông giống như sương mù Bụi mịn có thể dễ dàng xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường hô hấp và gây nên một số bệnh nguy hiểm như đột quỵ, tim mạch, ung thư

Người thường xuyên phải tiếp xúc với bụi mịn có thể gặp phải các vấn đề về sức khỏe như hắt hơi, sổ mũi, khó thở, khô mắt khi tiếp xúc lâu dài thì sẽ làm gia tăng tỷ lệ giảm chức năng phổi, viêm phế quản mãn tính và tăng tỷ lệ tử vong do ung thư phổi và bệnh tim ở người bệnh Theo thống kê thì mỗi năm, bụi mịn pm2.5 có thể tăng 10μg/m3, đồng nghĩa với việc số bệnh nhân cấp cứu vì bệnh cao huyết áp sẽ tăng 8% và các bệnh về tim mạch cũng tăng lên đáng kể Ngoài những mối nguy hiểm kể trên thì bụi mịn pm2.5 còn được mệnh danh là sát thủ

có thể thúc đẩy, làm đẩy nhanh quá trình tiến triển của bệnh xơ gan và làm tăng nguy cơ mắc bệnh chuyển hóa và rối loạn chức năng gan, góp phần vào sự phát triển của bệnh tiểu đường

11

Hình 4: Ảnh hưởng của bụi

Bụi mịn pm2.5 nếu kết hợp với khí CO hay SO2, NO2 nhiều thì sẽ cản hemoglobin kết

hợp oxi khiến cho tế bào cơ thể bị thiếu oxi và gây ra các kích ứng về mắt, mũi, họng, phổi gây

bệnh viêm phế quản mạn tính, suy giảm chức năng phổi và làm nặng thêm tình trạng bệnh hen

và bệnh tim ở người bệnh

Nhóm đối tượng nhạy cảm và chịu ảnh hưởng nhiều nhất của ô nhiễm bụi mịn PM2.5 và

PM10 đó là trẻ em, người già, phụ nữ có thai, những người có bệnh tim hoặc các vấn đề về hô

hấp Trẻ nhỏ sống ở những nơi ô nhiễm không khí nặng khó phát triển chiều cao toàn diện và

có nguy cơ mắc bệnh hô hấp cao hơn từ 19 - 25% so với bình thường Ngoài ra, bụi siêu mịn

pm1.0 còn có khả năng ảnh hưởng đến cấu trúc ADN do lượng oxy cung cấp cho cơ thể bị cản

trở và các tế bào bị hủy hoại, nếu tiếp xúc với bụi siêu mịn pm1.0 thường xuyên thì người bệnh

có khả năng mắc phải bệnh lý về hô hấp, ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh, gây bệnh về tâm

lý và làm suy giảm trí nhớ nghiêm trọng

Bảng số liệu Chỉ số chất lượng không khí quốc gia (AQI) ban hành tại New Delhi ngày

17 tháng 9 năm 2014 trong sứ mệnh Swachh Bharat.[2]

12

Bảng 1: Số liêu chất lượng không khí tại New Delhi (17/9/2014)

Ngày 12/11/2019, Tổng cục Môi trường đã ban hành Quyết định số 1459/QĐ-TCMT về việc ban hành Hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng không khí Việt Nam (VN_AQI)[3]

Bảng 2: Mức chỉ số chất lượng không khí tại Việt Nam (12/11/2019)

13

3 Phạm vi đo nồng độ bụi trong không khí

Ta có các chỉ số không khí áp dụng cho khu dân cư và môi trường ở bảng 3

Bảng 3 Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh[4]

Đơn vị: Microgam trên mét khối (μg/m3)

- Công nghệ này tích hợp khả năng đo đạc mới nhất với các chỉ tiêu như SO2, CO, Nox, Oxy, PM10, PM2.5, PM1

Ưu điểm:

- Kết quả chính xác cao

- Sử dụng công nghệ truyền tin mới mà dữ liệu truyền liên tục về trung tâm kiểm soát[5]

1.2 Công nghệ lazer, diode quang

Nguyên lí dựa trên sự tán xạ ánh sáng khi có các vật rắn lơ lửng trong không khí Ánh sáng tán xạ được thu thập bởi đầu thu và chuyển thành tín hiệu điện và các tín hiệu này sẽ được khuyếch đại và xử lí Số lượng và đường kính của các hạt có thể thu được bằng cách phân tích tín hiệu bởi vì dạng sóng tín hiệu có quan hệ nhất định với đường kính hạt Sử dụng nguồn phát quan hồng ngoại gần( diode laser), đầu thu là một diode quang với bộ khuếch đại Nguồn phát hồng ngoại được sử dụng trong trường hợp này để tránh nhiễu với ánh sáng ban ngày

Ưu điểm:

- Phù hợp với nhiều vị trí quan trắc và khu vực có mức độ ô nhiễm cao

- Thiết bị nhỏ gọn không tốn quá nhiều diện tích có độ chính xác cao và có thể ứng dụng năng lượng mặt trời [5]

1.2 Phương pháp xác định

1.2.1 Thiết bị, dụng cụ

15

– Bơm lấy mẫu (Bơm hút): Lưu lượng 18 lít/phút (sử dụng giấy lọc đường kính 47mm) hoặc lưu lượng 2 lít/phút (sử dụng giấy lọc đường kính 37mm) Có thể sử dụng bơm hút lưu lượng cao với đường kính giấy lọc và kích thước đầu lấy mẫu phù hợp hơn

– Đầu lấy mẫu (Đầu thu mẫu): Là bộ phận thu bụi trong đó có đặt giấy lọc – Giấy lọc: Có thể

sử dụng một trong các loại giấy lọc khác nhau như sợi thủy tinh, PVC, Vinyl metricel, Teflon… – Tấm giấy đệm sử dụng làm giá đỡ giấy lọc

– Ống cao su hoặc ống nylon: Nối từ đầu lấy mẫu đến bơm hút Ống cao su phải dẻo, kín và đường kính bên trong phải đồng đều

– Giá 3 chân dùng để đặt đầu lấy mẫu, có thể điều chỉnh được chiều cao và hướng

– Panh mũi phẳng dùng để gắp giấy lọc và tấm đệm

– Tủ sấy có khả năng kiểm soát được nhiệt độ

– Cân phân tích óc độ chính xác tối thiểu là 0,01 mg

– Bao đựng giấy lọc (bao làm bằng vật liệu không hút ẩm, bao trong còn yêu cầu không tĩnh điện và có thể dùng giấy can kỹ thuật)

– Các hộp bảo quản mẫu

– Trong các trường hợp bơm hút không khí không gắn kèm lưu lượng kế và bộ đo thời gian thì cần phải có lưu lượng kế và đồng hồ tính thời gian bên ngoài

– Buồng cân mẫu cần phải ổn định về nhiệt độ và độ ẩm (Khi cân, nhiệt độ: 25±1°C; độ ẩm: 50±10%).[1]

1.2.2 Lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu

– Kiểm tra tình trạng bơm hút và chuẩn lưu lượng hút vào Nếu bơm hút không có lưu lượng

kế gắn kèm thì nhất định phải sử dụng lưu lượng kế ngoài để chuẩn

– Sấy giấy lọc trước khi cân: Giấy lọc chứa đựng trong bao kép Bao ngoài để bảo vệ và bao trong chứa giấy lọc có cùng số thứ tự với bao ngoài Bao trong được sấy và cân cùng giấy lọc Sấy ở nhiệt độ 50°C trong 2 giờ Với một số loại giấy lọc đặc biệt và không hút ẩm thì không cần sấy giấy lọc (trước và sau lấy mẫu) nhưng phải để trong buồng cân 1 ngày trước khi cân – Cân bao trong có chứa giấy lọc, sau đó ghi lại trọng lượng, P(mg)

– Đặt bao trong vào bao bảo vệ (bao ngoài), tiếp theo để trong hộp bảo quản mẫu

– Nếu có nhiều đầu lấy mẫu khác hoặc giống nhau, có thể lắp giấy lọc vào đầu lấy mẫu và để trong hộp bảo quản

16

– Tới nơi lấy mẫu, sau đó xác định vị trí cần lấy mẫu và hướng gió

– Mở đầu lấy mẫu, sau đó đặt giấy tấm đệm vào đầu lấy mẫu tiếp theo đặt giấy lọc lên trên tấm đệm, đóng đầu lấy mẫu

– Đặt đầu lấy mẫu lên giá 3 chân, sau đó điều chỉnh chiều cao sao cho ngang tầm hô hấp người lao động làm việc và vuông góc với hướng gió

– Nối ống dây cao su một đầu vào đầu lấy mẫu và một đầu vào bơm hút

– Bật bơm hút, tiến hành ghi lại địa điểm lấy mẫu, số thứ tự của mẫu, tình trạng sản xuất – Đo đạc và ghi lại điều kiện như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, áp suất không khí

– Khi đủ thời gian lấy mẫu, tắt bơm hút, sau đó ghi lại thời gian lấy mẫu

– Tùy thuộc vào nồng độ bụi tại nơi sản xuất mà quyết định thời gian lấy mẫu phù hợp để đạt được lượng bụi phân tán đều trên giấy lọc và không bị quá tải gây giảm áp lực hút

– Di chuyển tới vị trí lấy mẫu tiếp theo thay giấy lọc hoặc đầu lấy mẫu khác

– Giấy lọc sau khi lấy mẫu phải được cho vào bao kép tương ứng đặt trong hộp bảo quản mẫu hoặc đặt đầu lấy mẫu vào hộp bảo quản mẫu [1]

1.2.3 Các bước tiến hành sau lấy mẫu

– Sấy bao trong có chứa giấy lọc và sấy ở nhiệt độ 50°C trong 120 phút

– Cân bao trong có chứa giấy lọc ngay sau khi lấy ra khỏi tủ sấy, tiến hành ghi lại trọng lượng (P’, mg)

– Cân giấy lọc làm chứng

– Ghi các tình trạng giấy lọc như là: Bình thường, quá tải bụi, thủng, rách, ướt…

– Chú ý: Cân mẫu trên cùng một chiếc cân và phải là cùng người cân

– Mỗi một lô 10 giấy lọc sử dụng để lấy mẫu phải để tối thiểu 2 giấy lọc làm chứng và các giấy lọc này cũng đem ra hiện trường nhưng không lấy mẫu [1]

1.2.4 Tính toán kết quả

Tính giá trị hiệu chỉnh K

17

Các loại giấy lọc đều ít nhiều chịu ảnh hưởng của điều nhiệt độ, độ ẩm Để tránh sai số do điều kiện nhiệt độ, độ ẩm gây ra cần sử dụng giá trị hiệu chỉnh K Giá trị này được tính từ mẫu chứng:

(Liên hệ công ty TCS Môi trường)

Trong đó:

– P1s: Trọng lượng giấy lọc chứng số 1 sau lấy mẫu (mg)

– P1t: Trọng lượng giấy lọc chứng số 1 trước lấy mẫu (mg)

– P2s: Trọng lượng giấy lọc chứng số 2 sau lấy mẫu (mg)

– P2t: Trọng lượng giấy lọc chứng số 2 trước lấy mẫu (mg),

– Pns: Trọng lượng giấy lọc chứng thứ n sau lấy mẫu (mg)

– Pnt: Trọng lượng giấy lọc chứng thứ n trước lấy mẫu (mg)

Giá trị K có thể >0 hoặc <0

– Nếu K >0 thì trọng lượng bụi phải trừ đi K

– Nếu K <0 thì trọng lượng bụi phải cộng với K

Tính nồng độ bụi toàn phần trong không khí

Nồng độ bụi toàn phần trong không khí vùng làm việc được tính theo công thức sau:

(Liên hệ công ty TCS Môi trường)

Trong đó:

– C: Nồng độ bụi toàn phần (mg/m3)

– P’: Trọng lượng giấy lọc sau khi lấy mẫu (mg)

– P: Trọng lượng giấy lọc trước lấy mẫu (mg)

– K: Giá trị hiệu chỉnh mẫu

– 1000: Hệ số quy đổi từ đơn vị lít ra đơn vị m3

– V: Thể tích không khí đã lấy mẫu = Thời gian lấy mẫu (phút) x Lưu lượng bơm hút lấy mẫu (lít/phút)

18

Chú ý: V phải tính theo điều kiện tiêu chuẩn:

Trong đó:

– Vo: Thể tích không khí quy về điều kiện tiêu chuẩn (lít)

– V: Thể tích không khí đã lấy mẫu (lít)

– P: Áp suất không khí tại vị trí lấy mẫu, đo trong thời gian lấy mẫu (mmHg)

– T°: Nhiệt độ không khí tại vị trí lấy mẫu (°C)

– 760: Áp suất không khí tại điều kiện tiêu chuẩn (mmHg) [1]

B Xác định nồng độ bụi hô hấp bằng phương pháp trọng lượng (Cân giấy lọc)

1.1 Nguyên lý

Không khí được hút vào trong đầu lấy mẫu có chứa giấy lọc bằng một bơm hút, bộ phận cyclone của đầu lấy mẫu sẽ tách các hạt bụi thành hai phần riêng biệt là: Phần có kích thước lớn hơn 5

µm theo trọng lực rơi xuống cốc phía dưới, phần có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 5 µm (bụi

hô hấp) đi tiếp đến bề mặt giấy lọc và được giữ lại trên giấy lọc Cân giấy lọc trước và sau lấy mẫu, sau đó dựa vào lượng bụi thu được và thể tích không khí đã lấy mẫu để tính toán nồng độ bụi hô hấp trong không khí, đơn vị tính mg/m3 [1]

– Giấy lọc: Đường kính 37mm Có thể sử dụng một trong các loại giấy lọc khác nhau như: sợi thủy tinh, PVC, Vinyl metricel, Teflon…

– Tấm giấy đệm dùng làm giá đỡ giấy lọc

– Panh mũi phẳng để gắp được giấy lọc và tấm đệm

– Dụng cụ mở cát-xét

– Dụng cụ tháo giấy lọc

– Cân phân tích có độ chính xác tối thiểu là 0,01 mg

19

– Bao đựng giấy lọc (bao làm bằng vật liệu không hút ẩm và bao trong không tĩnh điện, có thể dùng giấy can kỹ thuật)

– Hộp bảo quản mẫu

– Buồng cân mẫu ổn định về nhiệt độ và độ ẩm (Khi cân, nhiệt độ: 25±1°C; độ ẩm: 50±10%)

Trong trường hợp bơm hút không gắn kèm lưu lượng kế và bộ đo thời gian thì cần phải có lưu lượng kế và đồng hồ tính thời gian bên ngoài [1]

1.2.2 Lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu

– Kiểm tra tình trạng bơm hút, lưu lượng hút vào Nếu bơm không có lưu lượng kế gắn kèm phải sử dụng lưu lượng kế ngoài để chuẩn máy cho đạt 2,5 lít/60s

– Chuẩn bị đầu lấy mẫu, sau đó ghi số thứ tự của cát-xét vào phần đáy cát-xét

– Sấy giấy lọc trước khi đem cân: Giấy lọc đựng trong bao kép Bao ngoài để bảo vệ và bao trong chứa giấy lọc, có cùng số thứ tự với bao ngoài Bao trong được sấy và cân cùng giấy lọc Sấy ở nhiệt độ 50°C trong 2 giờ Với một số loại giấy lọc đặc biệt và không hút ẩm thì không cần sấy giấy lọc (trước và sau lấy mẫu) nhưng phải để trong buồng cân 1 ngày trước khi cân – Cân bao trong có chứa giấy lọc, tiến hành ghi lại trọng lượng, P (mg)

– Lắp giấy lọc vào cát-xét Ghi lại số thứ tự của bao tương ứng với số thứ tự cát-xét đặt giấy lọc:

• Đặt tấm đệm đỡ của giấy lọc xuống phần đáy cát-xét

• Dùng panh kẹp giấy lọc từ trong bao nhẹ nhàng đặt lên trên tấm đệm đỡ giấy lọc

• Ghép phần thứ hai của cát-xét với đáy của cát-xét

• Sau đó đặt tiếp phần nắp cát-xét lên trên cùng

Chú ý: Tránh làm rách, hư hỏng và nhiễm bẩn giấy lọc

• Dùng băng keo gắn phần đầu và phần thứ hai với nhau, sau đó ghi số thứ tự cát-xét lên trên băng keo

• Lắp cát-xét vào bầu giữ cát-xét:

+ Tháo phần nắp cát-xét ra

+ Đặt cyclone vào

+ Đưa vào bầu giữ cát-xét

20

– Mẫu bụi hô hấp được lấy tại vị trí người lao động và đặt đầu lấy mẫu ở ngang tầm hô hấp – Có thể lấy mẫu cá nhân bằng cách cho người đeo máy lấy mẫu bụi hô hấp (Bơm hút và đầu lấy mẫu) cho công nhân Xác định vị trí cần lấy mẫu bụi và người công nhân sẽ đeo máy lấy mẫu sao cho vị trí của người công nhân đeo máy là đại diện cho một thao tác hoặc một bộ phận hay công đoạn có trong quy trình sản xuất Cho người công nhân đeo máy vào thắt lưng và đầu lấy mẫu đặt cách mũi miệng không được quá 30 cm (thường gắn vào ve áo) và một đầu ống dẫn khí gắn vào máy bơm hút Hướng dẫn công nhân tại vị trí đeo máy lấy mẫu nắm được yêu cầu lấy mẫu và cách bảo quản thiết bị

– Bật bơm hút, sau đó ghi lại vị trí lấy mẫu, số đầu lấy mẫu và tình trạng sản xuất

– Đo đạc và ghi lại điều kiện khác nhau là nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió và áp suất không khí – Khi đã đủ thời gian lấy mẫu, tiền hành tắt bơm hút ghi lại thời gian lấy mẫu trên máy hoặc bằng đồng hồ bấm giây

– Tùy thuộc vào ước lượng nồng độ bụi tại nơi sản xuất mà quyết định thời gian lấy mẫu phù hợp để đạt được lượng bụi phân tán đều trên giấy lọc và không bị quá tải gây giảm áp lực hút – Tới vị trí lấy mẫu tiếp theo thay đầu lấy mẫu khác, điều chỉnh lại lưu lượng đạt 2,5 lít/60s

– Khi tiền hành tháo cát-xét khỏi bầu giữ lưu ý không được xoay cyclone xuống vì sẽ làm cho bụi từ đáy cyclone rơi xuống giấy lọc Các cát-xét đã lấy mẫu phải được đóng nút và được để trong hộp bảo quản mẫu riêng, đầu cát-xét có lỗ không khí vào hướng lên trên [1]

1.2.3 Các bước tiến hành sau lấy mẫu

– Tháo băng keo dán bên ngoài cát-xét, mở cát-xét, sau đó lấy giấy lọc ra nhẹ nhàng và đặt vào bao trong tương ứng

– Sấy bao trong chứa giấy lọc ở nhiệt độ 50°C trong 2 giờ

– Cân bao bên trong có chứa giấy lọc ngay sau khi lấy ra khỏi tủ sấy, ghi lại trọng lượng, P’ (mg) Cân giấy lọc làm chứng

– Ghi tình trạng giấy lọc như là: Bình thường, quá tải bụi, thủng, rách, ướt…

– Chú ý: Cân mẫu trên cùng một chiếc cân và phải là cùng người cân

– Mỗi một lô 10 giấy lọc phải được để tối thiểu 2 giấy lọc làm chứng và các giấy lọc này cũng đem ra hiện trường nhưng không lấy mẫu [1]

1.2.4 Tính toán kết quả

Tính giá trị hiệu chỉnh K

21

Các loại giấy lọc đều ít nhiều chịu ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ, độ ẩm Để tránh sai số do điều kiện nhiệt độ, độ ẩm gây ra cần sử dụng giá trị hiệu chỉnh K Giá trị này được tính từ mẫu chứng: (Liên hệ công ty TCS Môi trường)

Trong đó:

– P1s: Trọng lượng giấy lọc chứng số 1 sau lấy mẫu (mg)

– P1t: Trọng lượng giấy lọc chứng số 1 trước lấy mẫu (mg)

– P2s: Trọng lượng giấy lọc chứng số 2 sau lấy mẫu (mg)

– P2t: Trọng lượng giấy lọc chứng số 2 trước lấy mẫu (mg)

– Pns: Trọng lượng giấy lọc chứng thứ n sau lấy mẫu (mg)

– Pnt: Trọng lượng giấy lọc chứng thứ n trước lấy mẫu (mg)

Giá trị K có thể > 0 hoặc < 0

– Nếu K > 0 thì trọng lượng bụi phải trừ đi K

– Nếu K < 0 thì trọng lượng bụi phải cộng với K

Tính nồng độ bụi hô hấp trong không khí

Nồng độ bụi hô hấp trong không khí được tính theo công thức sau: (Liên hệ công ty TCS Môi trường)

Trong đó:

– C: Nồng độ bụi hô hấp (mg/m3)

– P’: Trọng lượng giấy lọc sau khi lấy mẫu (mg)

– P: Trọng lượng giấy lọc trước lấy mẫu (mg)

– K: Giá trị hiệu chỉnh mẫu

– 1000: Hệ số quy đổi từ đơn vị lít ra đơn vị m3

– V: Thể tích không khí đã lấy mẫu = Thời gian lấy mẫu (phút) x Lưu lượng bơm hút lấy mẫu (lít/phút)

Chú ý: V phải tính theo điều kiện tiêu chuẩn: (Liên hệ công ty TCS Môi trường)

Trong đó:

22

– Vo: Thể tích không khí quy về điều kiện tiêu chuẩn (lít)

– V: Thể tích không khí đã lấy mẫu (lít)

– P: Áp suất không khí tại vị trí lấy mẫu, đo trong thời gian (mmHg)

– T°: Nhiệt độ không khí tại vị trí lấy mẫu (°C)

– 760: Áp suất không khí tại điều kiện tiêu chuẩn (mmHg) [1]

C Xác định nồng độ bụi toàn phần và bụi hô hấp bằng thiết bị đo bụi điện tử

1.1 Nguyên lý

Nồng độ bụi toàn phần và bụi hô hấp được xác định phần lớn dựa trên sự tán xạ của chùm tia (hồng ngoại, laze…) khi tương tác với các hạt bụi lơ lửng có trong không khí Kết quả sẽ được hiển thị bằng đơn vị mg/m3 [1]

1.2 Phương pháp xác định

1.2.1 Thiết bị, dụng cụ

– Máy đo bụi điện tử hiện số

+ Dải đo của máy: tối thiểu 0,01-25mg/m3

+ Độ nhạy của máy: tối thiểu 0,01 mg/m3

+ Đo được nồng độ bụi có trọng lượng trung bình theo thời gian, mg/m3

– Bơm hút khi phải xác định nồng độ bụi hô hấp (nếu cần)

+ Lưu lượng hút có thể điều chỉnh được tối thiểu từ 0,5 – 5L/phút

+ Lưu lượng ổn định với sai số không quá 5% trong suốt thời gian lấy mẫu

– Máy đo bụi và bơm hút phải được hiệu chuẩn máy định kỳ tối thiểu 1 lần/năm [1]

1.2.2 Các bước tiến hành

a Chuẩn bị thiết bị tại phòng thí nghiệm trước khi đi hiện trường

– Kiểm tra pin của máy đo và sau đó là bơm hút để đảm bảo pin đã được nạp đầy đủ, chuẩn bị pin dự phòng

– Tiến hành kiểm tra tình trạng hoạt động của máy đo, bơm hút

23

– Hiệu chỉnh máy đo theo hướng dẫn từ nhà sản xuất thiết bị với từng loại máy Hiệu chỉnh bơm hút ở lưu lượng 2,2L/60s

b Tiến hành đo tại hiện trường

Một số thiết bị có thể đo đồng thời cả 2 loại bụi toàn phần và hô hấp, hiển thị 2 kết quả đồng thời trên màn hình Một số thiết bị chỉ đo được riêng lẻ loại bụi toàn phần hoặc loại bụi hô hấp, khi tiến hành đo bụi hô hấp phải lắp bộ sàng lọc bụi (cyclone tách bụi) và sau đó gắn máy đo với bơm hút

– Đo bụi toàn phần

+ Xác định vị trí, khu vực điểm đo: khu vực người lao động làm việc

+ Tiến hành lắp pin vào thiết bị (nếu cần) Bật máy để kiểm tra tình trạng hoạt động của máy sau đó rồi tắt máy

+ Thiết bị nối với ống đầu vào buồng đo đặt ở chiều cao ngang tầm hô hấp của người lao động, thông thường thì từ 1,5 đến 1,8m so với mặt sàn và vuông góc với nguồn phát sinh bụi Có thể thiết bị được cầm bằng tay hoặc đặt trên chân giá đỡ

+ Bật, khởi động máy đo: đo liên tục theo thời gian đã định

+ Kết thúc thời gian đo, tiến hành đọc và ghi lại giá trị trung bình của lần đo hiển thị trên màn hình của máy, tắt máy Ghi lại điều kiện của lao động và tình trạng sản xuất trong thời gian đo mẫu bụi

– Đo bụi hô hấp

+ Xác định vị trí, khu vực đặt điểm đo: khu vực người lao động làm việc

+ Lắp pin, sau đó bật máy đo và kiểm tra tình trạng thiết bị

+ Tắt máy, tiến hành lắp đầu lọc bụi hô hấp vào thiết bị để loại bỏ các hạt bụi cỡ lớn

+ Kết nối giữa đầu không khí đi ra của máy đo với bơm hút

+ Thiết bị nối với ống đầu vào buồng đo đặt ở chiều cao ngang tầm hô hấp của người lao động, thông thường từ 1,5 đến 1,8m so với mặt sàn và vuông góc với nguồn phát sinh bụi Có thể thiết

bị được cầm bằng tay hoặc đặt trên chân giá đỡ

+ Bật, khởi động máy đo và bơm hút: đo liên tục theo thời gian đã định

+ Kết thúc thời gian đo, tiến hành đọc và ghi lại giá trị trung bình của lần đo hiển thị trên màn hình của máy, tắt máy Ghi lại điều kiện của lao động và tình trạng khi sản xuất trong thời gian

đo

3 Bảo quản thiết bị

– Sau mỗi lần đo tại hiện trường, máy đo được tiến hành vệ sinh máy sạch sẽ bên trong và ngoài máy bằng các dụng cụ chuyên dụng khác nhau đi kèm theo máy của nhà sản xuất

– Tiến hành tháo pin khỏi máy (nếu sử dụng pin rời) khi bảo quản trong phòng

– Bảo quản máy trong điều kiện phòng có kiểm soát độ ẩm từ 40-80%

Nếu không sử dụng máy trong thời gian dài, thì phải định kỳ 2 tuần/lần bật máy chạy kiểm tra hoạt động từ 5-10 phút/lần [1]

4 Chuẩn đo lường

4.1 Phạm vi áp dụng

Văn bản kỹ thuật này quy định quy trình hiệu chuẩn chuẩn đo hàm lượng bụi tổng trong không khí có phạm vi đo (0 ÷ 200) mg/m3 với độ không đảm bảo đo hoặc độ chính xác ≤ 10 %

dùng để kiểm định phương tiện đo hàm lượng bụi tổng trong không khí.[6]

4.2 Chuẩn đo lường

Chuẩn hàm lượng bụi trong khí :

- Phạm vi: (0-200) mg/m3

- Độ không đảm bảo đo: ≤ 5%

Thiết bị sau khi hiệu chuẩn có độ chính xác ≤10% thì được cấp chứng chỉ hiệu chuẩn.[6]