MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ ĐO MỨC ĐỘ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG pdf

Đối với môi trường không khí, sự ô nhiễm nhiều hay ít phụ thuộc vào các chất độc hại được đưa vào không khí trong quá trình hoạt động của thiên nhiên cũng như các hoạt động phát triển củ

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ ĐO MỨC ĐỘ

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Môi trường là một khái niệm bao gồm 3 lĩnh vực không khí, nước và đất Là những yếu tố tạo nên thiên nhiên Mức độ ô nhiễm môi trường phụ thuộc nhiều vào các nguồn thải thiên nhiên và nhân tạo

Để kiểm soát mức độ ô nhiễm môi trường cần thiết phải tiến hành đo các tác nhân gây ô nhiễm

Đối với môi trường không khí, sự ô nhiễm nhiều hay ít phụ thuộc vào các chất độc hại được đưa vào không khí trong quá trình hoạt động của thiên nhiên cũng như các hoạt động phát triển của con người

Nguồn thải thiên nhiên vào không khí đó là các quá trình phong hoá, đất đá, phân huỷ các chất hữu cơ đã có sẵn trong tự nhiên được đưa vào không khí như: bụi, các chất xạ tự nhiên, các sản phẩm do hoạt động của núi lửa Hầu hết được đưa vào không khí qua lớp tiếp xúc không khí với đất và nước Ví dụ vùng đồng lúa nước và đầm lầy chất thải là khí mêtan (CH4), núi lửa đưa vào không khí rất nhiều bụi khí SO2 và các kim loại nặng

Nguồn thải nhân tạo: Hiện nay sự hoạt động công nghiệp và sinh hoạt đưa vào khí quyển hàng trăm

triệu tấn khí độc hại bao gồm: SO2, NOx, CO, CO2, O3, bụi,… ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người Vì vậy việc đo và cảnh báo hàm lượng của các chất độc hại này là cần thiết nhất đối với các khu

công nghiệp hoặc các nhà máy mà khí thải có chứa các chất độc hại này

Sau đây ta xét một số loại cảm biến đo một số khí: SO2, NO2, CO

1/ Khí SO2 (Lưu huỳnh dioxit)

SO2 là chất khí không màu, có vị axít, ảnh hưởng tới hệ hô hấp hoà tan trong lớp màng của mắt, mũi, miệng, cổ họng gây khó thở, loét niêm mạc

Để đo SO2 (ôxít lưu huỳnh) trong không khí thiết bị quan trọng nhất là các bộ cảm, mà nguyên lý dựa chủ yếu theo 2 phương pháp: Phương pháp đo độ dẫn điện và phương pháp huỳnh quang cực tím

a/ Phương pháp dẫn điện: Để đo SO2 lẫn trong khí thải hay không khí, mẫu khí được đưa vào một chất lỏng hấp phụ cơ bản có chứa peroxyde hydro Đó là một dung dịch axít sulfuric, phản ứng xảy ra như

sau:

2H2O + SO2= H2SO4+ H2

Nhờ việc tạo ra H2SO4 mà điện dẫn của dung dịch hấp phụ sẽ tăng lên phụ thuộc vào hàm lượng SO2 trong khí mẫu Đo độ dẫn điện này có thể suy ra nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí mẫu phương pháp này có thể

đo nồng độ từ 0- 1ppm vơí độ nhạy 0,001ppm Nhược điểm của

phương pháp này là chỉ đo được gián đoạn cứ sau 30 hay 60 phút đo 1 lần và phải thay dung dịch

b/ Để khắc phục nhược điểm phương pháp trên, người ta sử dụng

phương pháp huỳnh quang cực tím

Nguyên lý của phương pháp như sau: Giả sử có một chùm tia cực tím cho qua bộ lọc ánh sáng với bước sóng khoảng 210nm, khi ta cho chùm tia cực tím đó đi qua một ống quang học có chứa mẫu khí SO2, các phần tử SO2 sẽ bị kích thích trong một khoảng thời gian nhất định và một chùm tia cực tím với bước sóng dài (gần 350nm) sẽ được phát ra Thu tia phản xạ này, căn cứ vào cường độ phát xạ ta có thể suy ra hàm lượng SO2 trong khí mẫu cần phân tích

2/ Các cảm biến đo tự động hàm lượng các oxit Nitơ (NOx)

Oxit Nitơ đều là những chất khí độc hại, thường được hình thành do hoạt động đổi nhiên liệu như xăng, dầu, than gây ra Ví dụ NO2 là chất khí có màu nâu, có mùi, có tính axít, khí gây viêm loét đường hô hấp hoà tan trong màng nhờn của phổi, gây bệnh đường hô hấp Để đo NOx chủ yếu sử dụng 2 phương pháp: Phương pháp thụ muối và phương pháp phản quang hóa học:

a/ Phương pháp hấp thụ muối

Khi cho khí có chứa NO2 qua dung dịch chứa muối, dung dịch sẽ hấp thụ NO2 làm thay đổi màu sắc của chất lỏng Màu của chất lỏng đã hấp thụ NO2 có bức sóng 545nm Một Sensor quang sẽ đo sự thay đổi màu sắc đó ở bước sóng này và suy ra hàm lượng NO2 chứa trong khí thử Nếu trong hỗn hợp có chứa NO thì khí này không phản ứng với dung dịch muối, nó sẽ đi tiếp đến luồng oxi hóa chứa khí ôzôn (O3) để tạo ra NO2 và cũng đo bằng phương pháp trên – phương pháp này cho phép đo nồng độ NO2 trong khoảng 0 –1 ppm với độ nhạy 0,001ppm

Và thường đo giãn đoạn cứ 30 hay 60 phút 1 lần đo

b/ Đo oxít Nitơ bằng phương pháp phản quang hoá học

Nhược điểm phương pháp trên là đo giãn đoạn để đo liên tục ta sử dụng phương pháp phản quang hóa học Nguyên lý như sau: có một tia hồng ngoại yếu với bước sóng khoảng 600nm được phát xạ khi xảy ra phản ứng giữa NO và O3 Phản ứng như sau:

NO + O3= NO2* + O2

NO2* = NO2 + h

Trong đó NO2* là oxit Nitơ được kích thích sẽ tạo thành NO2 và phát

xạ tia hồng ngoại bước sóng 600nm – 800nm Đo cường độ bước xạ sẽ suy ra hàm lượng NO2 trong khi thử

3/ Đo nồng độ khí CO (Carbon monoxit)

Oxit Cacbon (CO) là một chất vô cùng độc hại Đó là một chất khí không mùi, kết hợp với hồng cầu tạo ra chất không vận chuyển oxi, ảnh hưởng ngay tới thần kinh trung ương và hệ tuần hoàn máu, gây đau đầu, mệt mỏi, mất ngủ giảm trí nhớ, ngộ độc nặng có thể tử vong Để

đo được lượng CO trong hỗn hợp khí người ta sử dụng tính chất hấp thụ tia hồng ngoại của CO ở bước sóng 4,7mm Thiết bị đo CO được biểu diễn ở hình vẽ

Một nguồn phát xạ hồng ngoại được cho qua bộ lọc ánh sáng chỉ cho tia hồng ngoại có bước sóng 4,7mm lọc qua Để tạo sự chênh áp

ở luồng cảm biến người ta sử dụng 2 ngăn: ngăn 1 chứa không khí bình thường( không có CO) Ngăn 2 thông với khí thử có chứa CO cần đo

Tia hồng ngoại được gián đoạn hoá bằng 1 đĩa đục lỗ do 1 động cơ quay khi có khí thử vào ngăn 2 Tia hồng ngoại bị CO hấp thụ kết quả ở buồng cảm biến xuất hiện sự chênh áp suất giữa P1 và P2 Một cảm biến điện dung được nối với mạch đo và đưa vào máy tính xử lý kết quả Phương pháp này có độ chính xác và độ ổn định cao