Aktueller Stand und neue Konzepte zur Durchführung von Ringversuchen an der ESA in Kassel

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1 : Dezernat I3 Luftreinhaltung, Emissionen Aktueller Stand und neue Konzepte zur Durchführung von Ringversuchen an der ESA in Kassel

2 Agenda 1. Einführung 2. Kurzbericht Ringversuchsergebnisse Umgesetzte Maßnahmen 1. Neue Messebene 2. Formaldehyd als neue Komponente 3. Neue Durchführungsbestimmungen 4. Neues Ringversuchskonzept 4. Grundsätzliche Untersuchungen und QS-Maßnahmen 1. Wo sind die Staubinhaltsstoffe? 2. Wiederholungsprüfung zur Gleichwertigkeit der Messebenen 3. Homogenität von Prüfstäuben 5. Anstehende Maßnahmen Folie 2

3 1. Aufbau der Anlage Folie 3

4 1. Aufbau der Anlage Folie 4

5 1. Aufbau der Anlage Folie 5

6 1. Aufbau der Anlage Folie 6

7 1. ESA Zahlen und Fakten Inbetriebnahme: 1990, erste Ringversuche ab 1994 (Staub) bzw (Schadgase) Teilnehmer pro Ringversuch: bis zu 4 (8 ab 2014) Kenndaten des Abgases und des Abgaskanals Durchmesser: 40 cm Abgastemperatur: Außenlufttemperatur oder beheizt auf max. 45 C Abgasgeschwindigkeit: (2,5-18) m/s Teilnehmerzahlen Staub: 323 Teilnehmer in 87 Ringversuchen Gas: 198 Teilnehmer in 59 Ringversuchen Teilnahmegebühren: Staub: 2650 Gas: 2900 Folie 7

8 1. Komponentenspektrum Gasförmige Komponenten Anorganisch SO 2 NO Organisch Propan Ehtylbenzol Toluol Formaldehyd o-, m- und p-xylol Geruchsstoffe (geplant - Test in 10/2015) Partikelförmig Staub definierter Größe und bekannten Schwermetallgehaltes (Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb) Folie 8

9 Bis 10/2014 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie 2 Kurzbericht Ringversuchsergebnisse Ringversuche (7x Staub, 4x Gas) mit 61 Teilnehmern Durchfallquoten (Stellen nach 29b BImSchG / Alle Teilnehmer): Gesamtstaub: 21% / 28% Staub: Inhaltsstoffe: 42% / 48% (Nachanalysen stehen noch aus) Anorganische gasförmige: 29% / 27% Organische als Gesamt-C: 0% / 0% Org. Einzelkomponenten: 0% / 33% (Nachanalysen stehen noch aus) Formaldehyd: 25% / 31% Gas (ab 10/2014) 16% / 20% Vollständiger Jahresbericht (bald) unter Folie 9

10 2 Kurzbericht Ringversuche Staubringversuche Abweichung Staub Schwermetalle auffällig 4.1 z=2 Folie 10

11 2 Kurzbericht Ringversuche Entwicklung Staubringversuche Folie 11

12 3.1 Neue Messebene 8 neue normkonforme Messöffnungen für 4 Teilnehmer Seit Ende 2014 sind 8 Teilnehmer pro Ringversuch möglich Nach 41. BImSchV müssen pro Jahr 62 Ringversuchsplätze zur Verfügung stehen. 8 Ringversuche pro Jahr (4 Staub, 4 Gas) nötig. Folie 12

13 3.1 Homogenitätsprüfung der neuen Messebenen 2013 wurden 2 neue Messebenen an der ESA eingerichtet Gemäß den Anforderungen der DIN EN ISO wurde eine Homogenitätsprüfung durchgeführt: Generelle Anforderung: Heterogenitätsstandardabweichung < 0,3 Präzisionsvorgabe Anforderungen Gase & Dämpfe: Auf allen Ebenen muss bei Messung an beliebigen Punkt obige Anforderung erfüllt sein Anforderung Staub: Auf allen Ebenen muss bei Durchführung von Netzmessungen obige Anforderungen erfüllt sein Ergebnis Gas: Anforderungen erfüllt Ergebnis Staub: Anforderungen erfüllt Folie 13

14 3.1 Staubverteilung neue Messebene Trotz mehr als 10 dh Durchmesser nach Eindüsung waren weitgehende Optimierungsmaßnahmen für eine homogene Verteilung nötig. Initial Optimized (But again: homogeneous on 3 rd floor already!) Folie 14

15 3.2 Formaldehyd als neue Komponente Zwei Datenkollektive: 1. RV 224 mit Landesämtern 2. RV : Ringversuche im Testbetrieb Kollektiv 1 Kollektiv 2 Zusammen Anzahl N Mittlere Abweichung [%] - 0,5 + 3,0 + 0,9 Standardabweichung [%] 6,6 4,6 6,2 Vorgeschlagene Präzisionsvorgabe: 3,5 % Folie 15

16 3.3 Neue Durchführungsbestimmungen Gas Übersicht Komponentenspektrum: Keine diskontinuierliche Bestimmung NO mehr Formaldehyd ist neue Pflichtkomponente Neue Präzisionsvorgaben Neue Bestehenskriterien Gelten seit 10/2014 Folie 16

17 3.3 Neue Durchführungsbestimmungen Gas Neuermittlung Präzisionsvorgaben - Vorgehen 1. Ermittlung der Standardabweichung der Teilnehmer für die einzelnen Konzentrationsstufen 2. Bestimmung des Maximalwertes der Standardabweichung über die einzelnen Konzentrationsstufen 3. Vorgeschlagene Präzisionsvorgabe: Hälfte des Maximums der Standardabweichung 4. Anpassung der Präzisionsvorgabe, wenn vorgeschlagene Präzisionsvorgabe < Unsicherheit des wahren Wertes / 0,3 Folie 17

18 3.3 Neue Durchführungsbestimmungen Gas Neuermittlung Präzisionsvorgaben - Ergebnis Komponente Art der Bestimmung Präzisionsvorgabe in % Bestehensquote vom Sollwert neu alt neue Vorgaben alte Vorgaben SO 2 diskontinuierlich 3,1 2, SO 2 kontinuierlich 3,9 3, NO x als NO 2 kontinuierlich 3,1 2, Toluol diskontinuierlich 5,6 3, Ethylbenzol diskontinuierlich 5,8 4, o-, m-, p-xylol diskontinuierlich 5,3 3, Formaldehyd diskontinuierlich 3, Gesamt-C kontinuierlich 3,3 2, Gesamt-C kontinuierlich 3,3 2, ETX-Standard 4, Folie 18

19 3.3 Neue Durchführungsbestimmungen Gas Bewertungskriterien Jede Komponente wird in 3 Konzentrationsstufen dosiert Pro Konzentrationsstufe sind 3 Messungen durchzuführen Jede Einzelmessung wird nach dem z-score Verfahren bewertet Die Beträge der einzelnen z-scores einer Konzentrationsstufe werden gemittelt Dem mittleren z-score Wert einer Konzentrationsstufe wird eine Klassenzahl zugeordnet: z 2 KZ=1 2 < z < 3 KZ=2 z 3 KZ=3 Die einzelnen Klassenzahlen einer Komponente werden addiert Eine Komponente gilt als bestanden, wenn die Summe der KZ 6 Folie 19

20 3.3 Neue Durchführungsbestimmungen Gas Bewertungskriterien & weiteres Vorgehen Der Ringversuch gilt als bestanden, wenn alle Komponenten erfolgreich absolviert wurden Eine Unterscheidung nach organischen und anorganischen Komponenten erfolgt nicht mehr Es gibt keine Möglichkeit zur Nachanalyse mehr Ein analytischer Teil für ETX wird fester Bestandteil des Ringversuches, fließt aber nicht in die Bewertung ein 2015: Neue Durchführungsbestimmungen Staub Folie 20

21 3.3 Neue Durchführungsbestimmungen Gas Wahrscheinlichkeit zu Unrecht durchzufallen Definition zu Unrecht : Obwohl richtig gemessen wurde, wurde der Ringversuch aufgrund statistischer Schwankungen als nicht bestanden gewertet Richtig gemessen heißt, dass ein Labor bezüglich der Standardabweichungen seiner Messungen innerhalb der mittleren Standardabweichungen über alle Teilnehmer liegt Auswertelogik der Ringversuche komplex: Mehrere Messungen werden gemittelt, Bildung von Klassenzahlen, Numerische Simulation des statistischen Modells Ergebnis: Wahrscheinlichkeit < 1% Folie 21

22 3.4 Neues Ringversuchskonzept Ehemals: RV für Gas und Staub getrennt KW Mo Di Mi Do Fr 1 Vorbereitung RV Gas 2 RV Gas 3 Nachbereitung RV Gas 4 5 Vorbereitung RV Staub 6 RV Staub 7 Nachbereitung RV Staub 8 9 Eingang Ergebnisse, Auswertung, Bericht RV Gas Folie 22

23 3.4 Neues Ringversuchskonzept Neu: RV für Gas und Staub gemeinsam KW Mo Di Mi Do Fr 1 Vorbereitung RV Gas & Staub (1) 2 RV Staub (1) RV Gas (1) 3 Nachbereitung RV Gas & Staub 4 5 Vorbereitung RV Gas & Staub (2) 6 RV Staub (2) RV Gas (2) 7 Nachbereitung RV Gas & Staub 8 9 Eingang Ergebnisse, Auswertung, Bericht RV Gas & Staub (1) Folie 23

24 3.4 Neues Ringversuchskonzept Zeit Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Tag 5 7:00 8:00 9:00 10:00 Anreise und Aufbau 11:00 Besprechung 12:00 Vorbereitung 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Probenahme Staub I Vorbereitung Probenahme Staub II Vorbereitung Gasmessung Vorbereitung Vorbereitung Vorbereitung Probenahme Formaldehyd Probenahme ETX & SO 2 (diskonti) & Gesamt-C (konti) Probenahme NO, SO 2, Propan (konti) Folie 24

25 3.4 Neues Ringversuchskonzept Vor- und Nachteile Vorteile Messstellen: Nur eine Anreise für beide Ringversuche Reduzierter Aufwand für Auf- und Abbau Reduzierung des Organisationsaufwandes Nur minimale Gebührenerhöhung in 2014 Vorteile HLUG: Nachteile: Geringerer Organisationsaufwand Effizientere Durchführung Ggf. ist eine Anreise am Sonntag erforderlich Ende des Ringversuchs frühestens Freitag 15:00 Folie 25

26 4.1 Wo sind die Staubinhaltsstoffe? Mittlere Wiederfindung Staub: 96% Mittlere Wiederfindung Staubinhaltsstoffe: 83% Experiment des HLUG: Dosierung und Probenahme eines Staubes Vergleich der Schwermetallkonzentration (mg/kg) Staub in Kolben und Staub auf Filter Ergebnis erstes Experiment: Minderbefund in den Filterproben ungefähr 10% Folie 26

27 4.1 Wo sind die Staubinhaltsstoffe Eingeleitete Maßnahmen Verbesserte Dichtheitsprüfung offenbarte Unzulänglichkeit an HLUG Filterköpfen Überarbeitung der Filterköpfe Betrachtung des gesamten Prozesses und Identifizierung möglicher Fehlerquellen: Überführung in die Analytik Einfluss der Matrix (kein Filter im Aufschluss der Rückstellproben) Ergebnisse der Experimente: Überführungsverluste: 5-10% Matrixeffekt (HLUG AAS): 3-4% (Minderbefund, außer Chrom) Durch ein verbessertes Vorgehen konnte der Minderbefund auf unter 1% reduziert werden. Diese Abweichung ist statistisch nicht signifikant. Folie 27

28 4.2 Beeinflussung der Messebenen? Beeinflussen sich die beiden Messebenen bei gleichzeitiger Messung? Grundsatzuntersuchung aus 1990 Aufgrund häufiger Nachfragen: Wiederholung in 2013 Durchführung Informationen von 522 Probenahmen an der ESA (264 obere und 258 untere Ebene) Vergleich der relativen mittleren Abweichung der Messungen an der oberen mit denen an der unteren Ebene Die ermittelte Abweichung von 0,26 % ist statistisch nicht signifikant Keine Beeinflussung der Messebenen Folie 28

29 4.3 Homogenität der Prüfstäube Der für die Staubringversuche benötigte Prüfstaub wird im HLUG hergestellt. Produktionsmaßstab: Kilogramm Vor dem Einsatz ist die Homogenität der Stäube in Anlehnung an DIN ISO zu prüfen Anforderung: Heterogenität < 0,3 Präzisionsvorgabe Nötige Anpassungen: DIN ISO beschreibt Vorgehen für Versandringversuche Anpassung an Stoffe für die Dosierung Ziel: Homogenitätsprüfung soll den Dosierprozess möglichst gut widerspiegeln Folie 29

30 4.3 Homogenität der Prüfstäube Vorgehen Homogenisierung des Staubes (1 h Überkopfschüttler) Probenahme an 4 definierten Stellen des Staubgefäßes 5x Aufteilen der 4 Proben in Doppelproben Die 40 Proben werden zufällig mit 8 Proben eines anderen Staubes gemischt Analyse der 48 Proben Folie 30

31 4.3 Homogenität der Prüfstäube Auswertung Die weitere Berechnung erfolgt wie in DIN ISO 13528: Dazu wird die Heterogenitätsstandardabweichung wie folgt berechnet: Standardabweichung der Proben untereinander Standardabweichung der Doppelbestimmungen Abwandlung von DIN ISO 13528: Da eine schlechte Analytik immer zu einem positiven Ausgang der Homogenitätsprüfung führen würde, wird die Homogenitätsprüfung wiederholt, falls s 2 < 0,3 Präzisionsvorgabe verletzt ist. Folie 31

32 5.1 Anstehende Projekte Geruchsringversuche (Kooperation Odournet) Testringversuch im Oktober 2014 Validierungsringversuch im Oktober 2015 Einladung an alle Messstellen (soll als QS Maßnahme im Sinne der 41. BImSchV gelten) Akkreditierung: Ziel 2016 Luftbefeuchtung Grundsätzliche Untersuchung zum Thema Isokinetik Folie 32

33 Fragen, Kommentare, Anregungen Folie 33