30.06.2014

Staubbelastung: Messverfahren von Staubpartikel-Immissionen

Partikelförmige Luftverunreinigungen - Staub - sind in der Atmosphäre dispergierte feste und flüssige Stoffe beliebiger Form, Korngrösse, Dichte und chemischer Zusammensetzung. Sie entstammen natürlichen Quellen - Aufwirbelungen vom Boden, Brände, Meerwasser-Aerosole, Pollen, Vulkanausbrüche - und technischen Quellen, vor allem Feuerungsanlagen, Kraftverkehr, Anlagen bei der Metallindustrie, der Industrie der Steine und Erden sowie der kohleverarbeitenden Industrie. Die Staubbelastung durch Emissionen dieser Anlagen gingen in letzter Zeit stark zurück.

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Staubbelastung

Staubbelastung und Schadwirkungen des Staubes können von toxischen Bestandteilen ausgehen. Aber auch nichttoxischer Staub kann Gesundheit und Wohlbefinden des Menschen direkt und indirekt beeinträchtigen, so durch eine generelle Belastung des Atemtraktes, durch Adsorption von Schadgasen und deren Deposition in den Atemwegen, durch Erregung von Augenentzündungen, durch Verminderung der Sonneneinstrahlung oder durch Katalyse der Oxidation von Gasen zu schädlicheren Verbindungen (SO2 zu SO3, NO zu NO2). Dementsprechend werden Staubimmissionen nach wie vor streng bewertet. Ökonomische Schadwirkungen des Staubes werden durch Verschmutzungen von Sachgütern - Bauwerke, Gewächshäuser, Kunstgegenstände, Kraftfahrzeuge, Maschinen, Metallgegenstände, Textilien und zahlreiche weitere Verkaufswaren - und die dadurch erforderlichen höheren Reinigungskosten verursacht. Die Luftverunreinigung mit partikelförmigen Substanzen wird durch Messungen des Schwebstaubes und des Staubniederschlages erfasst.

Staubbelastung - Messverfahren von Schweb-Staub

Für die Messung von Schwebstaub wurden viele Verfahren entwickelt - ohne und mit Trennung von Probenahme und Bestimmung sowie mit sehr verschiedenen Methoden der Probenahme und der Bestimmung (Lahmann, 1969). In die Praxis der Immissionsmessung fanden jedoch nur wenige (der z. T. für Arbeitsraumluft oder für Abgase entwickelten) Methoden Eingang, auf die im folgenden eingegangen wird.

Diskontinuierliche Messungen

Die gebräuchliche diskontinuierliche Schwebstaubmessung beruht auf einer Probenahme mittels Filter und einer Bestimmung des abgeschiedenen Staubes und der Staubbelastung durch Wägung des Filters vor und nach der Probenahme. Es werden Glasfaserfilter oder aus organischem Material bestehende Membranfilter verwendet, die durch die Feuchtigkeit der Probeluft nicht quellen. Die in Deutschland für Immissionsmessungen am meisten verwendeten Filtergeräte sind das Kleinfiltergerät (VDI 2463, Blatt 7, 1982) und das LIB-Filtergerät (VDI 2463, Blatt 4, 1976, und Blatt 9, 1987). Das LIB-Gerät wurde für einen stationären Einsatz entwickelt, das Kleinfiltergerät insbesondere auch für einen mobilen Einsatz. Besondere Kennzeichen des Kleinfiltergerätes sind ein geringes Gewicht, leiser Betrieb, Messung des Probeluftvolumens durch ein Flügelrad-Anemometer oder durch eine Messblende, Vorwahlmöglichkeit für Anfang und Ende der Probenahme, Wechsel des Filters mit dem Probenahmekopf und dadurch Vermeidung von Fehlern bei einem Filterwechsel durch ungeübtes Personal und Möglichkeit einer externen Anordnung des Probenahmekopfes vom Gerät ohne Störung der Messung durch eine Staubabscheidung im Probenahmesystem. Die Konstruktion des Probenahmekopfes ist mitbestimmend für die vom Gerät abgeschiedene Staubkorngrössenfraktion.

Für die bundeseinheitliche Praxis bei der Überwachung der Immissionen ist in Deutschland ein Probenahmesystem für die Staubmessung vorgeschrieben. Es entspricht dem des Kleinfiltergerätes, kann aber auch für andere Geräte eingesetzt werden.

In der Europäischen Norm EN 12341 (1998; in Deutschland: Beuth Verlag) wird für Staubimmissionsmessungen eine Korngrössenobergrenze von 10 µm ("PM10") festgelegt. Damit soll der "lungengängige" Staub erfasst werden. Diese fraktionierende Probenahme erfordert neue Probenahmeköpfe für die eingeführten Messgeräte und ergibt niedrigere Messwerte als bisher. Die Schwebstaubmessung richtet sich heute zunehmend auf PM10-Staub.

Für fortlaufende Probenahmen und damit quasikontinuierliche Schwebstaub-Immissionsmessungen können sogenannte Filterwechsler dienen, wie sie in den VDI-Richtlinien 2463 (Blatt 10 und 11 (1996)) beschrieben werden. Der Schwebstaub wird hier über vorgegebene Zeiten auf gehalterten Filtern gesammelt. Jeweils nach Beendigung einer Probenahme wird das mit Partikeln belegte Filter automatisch gegen ein unbelegtes Filter ausgetauscht und ein neuer Probenahmezyklus eingeleitet. Die belegten Filter werden zur späteren Bestimmung von Gewicht und gegebenenfalls Komponenten des abgeschiedenen Staubes in einem Magazin gesammelt. Es können bis zu 37 Filter gestapelt und damit bei der üblichen Probenahmedauer von 24 Stunden fortlaufende Probenahmen über einen Monat vorgenommen werden.

Black Smoke (Schwarzer Rauch)-Verfahren

Bei dem in Großbritannien entwickelten Black-Smoke-Verfahren wird der bei niedrigem Probeluftvolumenstrom (2 m3/Tag) auf einem Filter abgeschiedene Staub mittels eines Reflexionsphotometers gemessen. Die photometrisch ermittelten Black-Smoke-Werte werden mit Hilfe einer schon vor vielen Jahren aufgestellten Kalibrierkurve in gravimetrische Werte (µg/m3) umgerechnet. Das Black-Smoke-Verfahren erlangte auch in Deutschland Bedeutung, weil Grenzwerte für Schwebstaub in einer Richtlinie der Kommission der Europäischen Gemeinschaften auf Messergebnisse dieses Verfahrens bezogen sind. Eingehende Vergleichsmessungen in Deutschland (Lahmann et al., 1986) zeigten, dass das Black-Smoke-Verfahren und die gravimetrische Schwebstaubbestimmung offensichtlich verschiedene Messobjekte erfassen. Bei starken zeitlichen und räumlichen Schwankungen lagen die gravimetrischen Messwerte etwa dreimal höher als die ebenfalls in µg/m3 angegebenen Black-Smoke-Werte.

Kontinuierliche Messungen

Das führende Verfahren für kontinuierlich-automatische Schwebstaubmessungen und der Staubbelastung ist die Betastrahlenabsorption Die Probeluft wird hier durch ein schrittweise fortbewegtes Filterband gesaugt. Die auf dem Filterbandabschnitt abgeschiedene Staubmenge wird über die Schwächung gemessen, die eine radioaktive β-Strahlung beim Durchtritt durch den bestaubten Filter erfährt. Bei einem neueren, bereits eignungsgeprüften Schwebstaubmessverfahren wird die Probeluft durch einen Filter geleitet, der Teil eines in Eigenresonanz schwingenden Systems ist. Der im Filter abgeschiedene Staub vergrössert die schwingende Masse und verringert damit die Resonanzfrequenz. Über die bei der Kalibrierung ermittelte Beziehung zwischen Frequenz und Staubbeladung ergibt sich unter Berücksichtigung des Probeluftvolumens die Schwebstaubkonzentration.  

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