Trong quan trắc không khí, một mẫu tốt không chỉ phụ thuộc vào việc “bơm đã chạy đủ thời gian hay chưa”.
Điều quan trọng hơn là phải biết chính xác bao nhiêu thể tích không khí đã đi qua hệ thống lấy mẫu,
lưu lượng có được duy trì ổn định trong suốt quá trình hay không, mẫu được lấy tại đâu, vào thời điểm nào
và trong điều kiện môi trường như thế nào.
Từ yêu cầu đó, dòng bơm lấy mẫu ENVIS được phát triển theo hướng một thiết bị lấy mẫu chủ động có khả năng
đo và kiểm soát lưu lượng, tính thể tích khí đã lấy, ghi thời gian vận hành, đồng thời thu nhận thêm nhiệt độ, độ ẩm,
áp suất khí quyển và tọa độ vị trí. Thiết bị có thể vận hành trực tiếp hoặc kết nối với phần mềm trên điện thoại Android
để cài đặt và theo dõi quá trình lấy mẫu.
ENVIS không được thiết kế chỉ cho một chất ô nhiễm cụ thể. Các phiên bản có dải lưu lượng khác nhau nhằm phục vụ nhiều
sampling train như bình hấp thụ, ống hấp phụ, cassette lọc và các cấu hình lấy mẫu chủ động khác trong quan trắc môi trường
và môi trường lao động. Việc một cấu hình cụ thể có phù hợp với một phương pháp tiêu chuẩn hay không vẫn phải căn cứ vào
chính phương pháp lấy mẫu được áp dụng.
Ở một bơm thông thường, nếu chỉ điều khiển tốc độ động cơ rồi giả định rằng một tốc độ nhất định tương ứng với một lưu lượng
nhất định thì kết quả có thể thay đổi đáng kể khi trở lực của hệ thống lấy mẫu thay đổi. Bình hấp thụ, ống dẫn, đầu lọc,
ống hấp phụ và lượng chất lỏng trong bình đều tạo ra tổn thất áp suất khác nhau.
ENVIS được thiết kế theo hướng khác. Dòng khí đi qua một phần tử đo lưu lượng và thiết bị xác định
chênh lệch áp suất trước và sau phần tử đo. Giá trị chênh áp này được liên hệ với lưu lượng thông qua đặc tính
đã được hiệu chuẩn của hệ thống đo.
Dòng khí → phần tử đo → đo ΔP → xác định lưu lượng Q → điều khiển bơm
Vì vậy, ENVIS không suy đoán lưu lượng chỉ từ số vòng quay hoặc mức công suất của động cơ. Khi trở lực phía trước bơm thay đổi,
hệ thống điều khiển có thể tăng hoặc giảm hoạt động của bơm để đưa lưu lượng thực tế trở về giá trị cài đặt.
Có thể hình dung một cách đơn giản: lưu lượng là đại lượng cần giữ, còn công suất bơm là đại lượng được thay đổi để giữ
lưu lượng đó.
Cần phân biệt hai vấn đề khác nhau.
Do đó, việc thay một bình hấp thụ, kéo dài đường ống hoặc thay loại vật liệu lấy mẫu không có nghĩa rằng lưu lượng sẽ tự động
thay đổi tương ứng với tốc độ bơm như ở một hệ thống điều khiển hở. Trong phạm vi khả năng tạo chênh áp của bơm, vòng điều khiển
sẽ bù lại sự thay đổi trở lực để giữ lưu lượng.
Tuy nhiên, điều này không có nghĩa một bơm có thể làm việc với trở lực vô hạn. Khi sampling train bị nghẹt, đường ống bị gập,
đầu lấy mẫu bị tắc hoặc trở lực vượt quá khả năng của bơm thì lưu lượng không thể tiếp tục được duy trì. Đây là giới hạn vật lý
chung của mọi hệ thống lấy mẫu.
Một nguyên tắc rất quan trọng trong lấy mẫu chủ động là không nên chỉ hiệu chuẩn riêng bơm rồi cho rằng toàn bộ hệ thống
lấy mẫu đã đúng lưu lượng.
Trước khi lấy mẫu chính thức, ENVIS cần được kiểm tra hoặc hiệu chuẩn lưu lượng bằng một thiết bị chuẩn phù hợp. Khi có thể,
việc này nên được thực hiện với toàn bộ sampling train trong cấu hình gần giống nhất với cấu hình sẽ sử dụng ngoài hiện trường.
Ví dụ, nếu lấy mẫu SO2 bằng bình hấp thụ thì cấu hình kiểm tra lưu lượng nên là:
Thiết bị chuẩn lưu lượng → bình hấp thụ → đường ống → ENVIS
thay vì chỉ:
Thiết bị chuẩn lưu lượng → ENVIS
Sự khác nhau này rất quan trọng. Ở cấu hình thứ nhất, phép kiểm tra bao gồm cả trở lực của bình hấp thụ, đường ống, đầu nối
và những thành phần khác mà bơm thực sự phải làm việc cùng khi lấy mẫu.
Đây cũng là nguyên tắc thường gặp trong hướng dẫn lấy mẫu của NIOSH và US EPA: độ chính xác của kết quả nồng độ phụ thuộc trực tiếp
vào độ chính xác của thể tích không khí đã lấy, vì vậy lưu lượng phải được kiểm tra với sampling train đại diện cho cấu hình thực tế.
Đây là hai lớp kiểm soát chất lượng khác nhau.
Cảm biến chênh áp bên trong ENVIS giúp thiết bị theo dõi và điều khiển lưu lượng trong quá trình vận hành. Thiết bị chuẩn lưu lượng
bên ngoài lại đóng vai trò chuẩn tham chiếu độc lập để xác nhận rằng giá trị mà hệ thống đang báo tương ứng với lưu lượng
thực tế đi qua sampling train.
Do đó, khả năng tự đo lưu lượng không loại bỏ yêu cầu hiệu chuẩn. Ngược lại, nó làm cho việc kiểm soát sau hiệu chuẩn có ý nghĩa hơn:
sau khi xác nhận lưu lượng bằng chuẩn bên ngoài, ENVIS tiếp tục giám sát và duy trì giá trị đó trong suốt thời gian lấy mẫu.
Sau khi kết thúc lấy mẫu, việc kiểm tra lại lưu lượng cũng có giá trị để đánh giá mức độ thay đổi của hệ thống trong cả quá trình,
đặc biệt đối với những phương pháp yêu cầu kiểm tra lưu lượng trước và sau lấy mẫu.
Không có một lưu lượng duy nhất phù hợp với mọi phương pháp quan trắc. Có phương pháp chỉ yêu cầu vài chục hoặc vài trăm mL/min,
có phương pháp sử dụng khoảng 1–2 L/min, trong khi một số cấu hình cần vài L/min hoặc cao hơn.
Việc chia thành nhiều model giúp chọn bơm đúng vùng làm việc thay vì sử dụng một bơm có dải quá rộng cho tất cả ứng dụng.
Đây là yếu tố quan trọng vì khả năng điều khiển ổn định và độ phân giải cần thiết ở 100 mL/min khác đáng kể so với ở 20 L/min.
QCVN 05:2023/BTNMT quy định các phương pháp quan trắc tương ứng cho nhiều thông số không khí xung quanh.
ENVIS được định hướng để ghép với các phương pháp lấy mẫu chủ động sử dụng lưu lượng thấp đến trung bình,
đặc biệt là những phương pháp sử dụng bình hấp thụ, ống hấp phụ hoặc vật liệu thu mẫu.
Điểm cần lưu ý là bơm lấy mẫu không quyết định bản thân phương pháp phân tích. Với cùng một ENVIS, việc thay
bình hấp thụ, vật liệu thu mẫu, lưu lượng và thời gian lấy mẫu có thể tạo ra những sampling train hoàn toàn khác nhau.
ENVIS vì vậy nên được xem là nền tảng tạo và kiểm soát dòng khí cho nhiều phương pháp lấy mẫu chủ động, chứ không phải một thiết bị
tự mình thay thế toàn bộ quy trình quan trắc.
Đây là một giới hạn cần nói rõ. QCVN 05:2023/BTNMT bao gồm cả các phương pháp đo trực tiếp, phương pháp tự động và các phương pháp
lấy bụi có lưu lượng rất lớn. Những phương pháp đó có thể yêu cầu một hệ thống thiết bị chuyên dụng khác.
Do đó, cách diễn đạt chính xác là: ENVIS được thiết kế để bao phủ một dải rộng các phương pháp lấy mẫu chủ động trong quan trắc
không khí, đặc biệt các phương pháp sử dụng bình hấp thụ, ống hấp phụ và vật liệu thu mẫu nằm trong dải lưu lượng của từng model.
Ngoài việc cài đặt lưu lượng, ENVIS được thiết kế với ba chế độ vận hành. Điều này giúp thiết bị phù hợp cả với lấy mẫu hiện trường thủ công
lẫn những đợt lấy mẫu yêu cầu kiểm soát chính xác thể tích hoặc thời gian.
Người vận hành đặt lưu lượng yêu cầu và khởi động bơm. ENVIS duy trì lưu lượng đặt cho đến khi nhận lệnh dừng.
Chế độ này phù hợp khi kỹ thuật viên trực tiếp kiểm soát thời gian lấy mẫu hoặc phương pháp yêu cầu thao tác chủ động tại hiện trường.
Đặt Q → START → duy trì Q → STOP
Người vận hành đặt lưu lượng và tổng thể tích khí cần lấy. ENVIS theo dõi lượng khí đã đi qua hệ thống trong quá trình vận hành.
Nguyên lý tổng quát là:
V = ∫ Q(t)dt
Nếu lưu lượng được giữ gần như không đổi, có thể hình dung đơn giản:
V ≈ Q × t
Điểm mạnh của cách này là mục tiêu lấy mẫu được biểu diễn trực tiếp bằng đại lượng có ý nghĩa đối với phép tính nồng độ:
thể tích không khí đã lấy.
ENVIS có thể được cấu hình theo lưu lượng, thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc. Chế độ này hữu ích khi nhiều thiết bị phải hoạt động
theo cùng một khoảng thời gian hoặc khi một chương trình quan trắc có lịch lấy mẫu xác định trước.
Q + thời điểm bắt đầu + thời điểm kết thúc
Ba chế độ này giúp tách rõ ba câu hỏi thường gặp ngoài hiện trường:
chạy bao lâu tùy người vận hành, lấy đủ bao nhiêu lít khí, hay lấy mẫu đúng một khoảng thời gian định trước.
Một kết quả quan trắc không chỉ là một con số nồng độ. Khi cần kiểm tra lại một đợt lấy mẫu, kỹ thuật viên thường phải trả lời thêm:
mẫu được lấy khi nào, ở đâu và trong điều kiện môi trường nào.
ENVIS được tích hợp các thông tin hỗ trợ truy xuất quá trình lấy mẫu gồm:
Thể tích của một lượng khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Vì vậy, trong những phép tính yêu cầu quy đổi thể tích khí về điều kiện
tham chiếu, thông tin nhiệt độ và áp suất tại thời điểm lấy mẫu là dữ liệu quan trọng.
Việc ghi chúng cùng quá trình lấy mẫu cũng giúp hạn chế tình trạng sau khi về phòng thí nghiệm mới phát hiện thiếu thông tin hiện trường
cần thiết cho quá trình tính toán.
Độ ẩm cung cấp thêm thông tin về điều kiện môi trường khi lấy mẫu. Đối với một số sampling train, độ ẩm cao còn có thể liên quan đến
hiện tượng ngưng tụ, thay đổi đặc tính vật liệu thu mẫu hoặc điều kiện vận hành của hệ thống.
ENVIS ghi nhận thông số này như một phần của hồ sơ điều kiện hiện trường; việc sử dụng độ ẩm trong tính toán cuối cùng phụ thuộc vào
từng phương pháp quan trắc.
Tọa độ giúp gắn dữ liệu lấy mẫu với vị trí thực tế. Khi có nhiều điểm quan trắc trong cùng một ngày, dữ liệu vị trí giúp kiểm tra
mẫu nào được lấy ở điểm nào và hỗ trợ truy xuất lại lịch sử hiện trường.
Đặc biệt đối với chương trình quan trắc có số lượng điểm lớn, việc gắn thời gian + tọa độ + lưu lượng + thể tích vào cùng
một phiên lấy mẫu có giá trị hơn nhiều so với chỉ ghi một con số lưu lượng trên sổ tay.
ENVIS được thiết kế để có thể kết nối với phần mềm trên điện thoại Android. Điện thoại trở thành giao diện thuận tiện để cấu hình
và theo dõi bơm trong quá trình chuẩn bị cũng như khi lấy mẫu.
Các thông tin của một bơm có thể được quản lý theo cấu trúc gồm:
Điểm quan trọng của phần mềm không phải chỉ là biến điện thoại thành một chiếc điều khiển từ xa. Giá trị lớn hơn là giúp
gom thông tin kỹ thuật của một phiên lấy mẫu về cùng một nơi.
Ví dụ, thay vì hồ sơ hiện trường chỉ ghi:
SO2 – 1,0 L/min – 60 phút
một phiên lấy mẫu có thể được mô tả đầy đủ hơn bằng:
điểm lấy mẫu + tọa độ + thời gian + Q đặt + Q thực tế + thể tích + nhiệt độ + độ ẩm + áp suất + trạng thái bơm
Trong phép xác định nồng độ bằng phương pháp lấy mẫu tích lũy, thể tích không khí là một thành phần trực tiếp của phép tính.
Ở dạng khái quát:
Nồng độ = lượng chất thu được / thể tích không khí đã lấy
Nếu lượng chất phân tích trong phòng thí nghiệm là đúng nhưng thể tích khí bị sai, kết quả nồng độ cuối cùng vẫn sai.
Đây là lý do ENVIS được phát triển không chỉ để tạo chân không. Các thành phần đo lưu lượng, điều khiển lưu lượng, tính thể tích,
ghi thời gian và ghi điều kiện môi trường đều phục vụ một mục tiêu chung: kiểm soát tốt hơn đại lượng “thể tích không khí đã thực sự đi qua mẫu”.
Giả sử phương án lấy mẫu lựa chọn lưu lượng 1,0 L/min. Trình tự kiểm soát về mặt thiết bị có thể hình dung như sau.
Điểm quan trọng nhất trong ví dụ này không phải con số 1,0 L/min mà là việc ENVIS được kiểm tra trong chính cấu hình mà nó phải
làm việc.
TCVN 6137:2009 quy định bơm và hệ thống điều chỉnh có khả năng hút khoảng 0,4–0,6 L/min. Vì vậy, nếu chương trình chọn 0,4 hoặc 0,5 L/min,
ENVIS được đặt tại giá trị tương ứng và được kiểm tra cùng bình hấp thụ, đường ống và các thành phần của sampling train.
Nếu thay đổi bình hấp thụ hoặc cấu hình đường ống, điều quan trọng không phải là cố giữ nguyên mức công suất motor cũ. ENVIS đo lại
lưu lượng và điều khiển bơm để duy trì giá trị Q đã đặt.
ENVIS được phát triển dựa trên những nguyên tắc kỹ thuật phổ biến trong các phương pháp và hướng dẫn lấy mẫu của US EPA, NIOSH
và các tiêu chuẩn về bơm lấy mẫu cá nhân:
ISO 13137 về bơm lấy mẫu cá nhân cũng xem độ ổn định lưu lượng khi chênh áp/trở lực tăng là một đặc tính quan trọng
của bơm lấy mẫu. Đây cũng chính là một trong những vấn đề ENVIS hướng tới giải quyết bằng hệ đo lưu lượng chênh áp kết hợp điều khiển bơm.
Tuy nhiên, cần phân biệt rõ giữa “thiết kế dựa trên các nguyên tắc của phương pháp tiêu chuẩn” và
“thiết bị đã được chứng nhận phù hợp một tiêu chuẩn cụ thể”. Khả năng đáp ứng chính thức một tiêu chuẩn cần được xác nhận
bằng thử nghiệm, hiệu chuẩn và hồ sơ đánh giá tương ứng.
Dòng bơm được định hướng cho những công việc cần lấy mẫu không khí chủ động và cần kiểm soát tốt lưu lượng, bao gồm:
Một bơm có thể hút khí nhưng chưa chắc đã tạo ra một phép lấy mẫu tốt.
Đối với ENVIS, câu hỏi quan trọng hơn là:
Khi những câu hỏi này được trả lời bằng dữ liệu thay vì chỉ dựa vào ghi nhớ của người vận hành, bơm lấy mẫu không còn đơn thuần
là một nguồn tạo chân không. Nó trở thành một phần của hệ thống bảo đảm chất lượng cho toàn bộ quá trình lấy mẫu.
ENVIS được phát triển theo hướng một nền tảng bơm lấy mẫu có khả năng làm việc với nhiều phương pháp thay vì gắn cố định với một chỉ tiêu.
Cốt lõi của thiết kế là đo lưu lượng bằng chênh áp, điều khiển bơm theo lưu lượng thực tế và quản lý toàn bộ phiên lấy mẫu bằng dữ liệu.
Từ SO2 ở khoảng 1 L/min, NO2 ở khoảng 0,4–0,5 L/min đến nhiều hệ lấy mẫu NH3, H2S,
CH3SH và các chất khác, người sử dụng lựa chọn model ENVIS, sampling train, lưu lượng và thời gian theo đúng phương pháp áp dụng.
Và dù bơm có khả năng tự đo và duy trì lưu lượng, nguyên tắc quan trọng vẫn không thay đổi:
hãy kiểm tra hoặc hiệu chuẩn bơm cùng với hệ thống lấy mẫu mà nó thực sự sẽ sử dụng.
Bơm lấy mẫu cá nhân ENVIS – kiểm soát lưu lượng bằng chênh áp, ghi nhận điều kiện lấy mẫu và kết nối Android
Điểm cốt lõi của ENVIS: lưu lượng được xác định bằng chênh áp
Vậy trở lực của bình hấp thụ có ảnh hưởng đến ENVIS không?
Hiệu chuẩn bơm phải đi cùng hệ thống lấy mẫu
Tại sao vẫn phải hiệu chuẩn sampling train khi ENVIS đã tự đo lưu lượng?
ENVIS được phát triển thành nhiều dải lưu lượng
Model
Dải lưu lượng thiết kế
Nhóm ứng dụng
ENVIS 1.0.5
50–500 mL/min
Các phương pháp lấy mẫu lưu lượng thấp
ENVIS 1.1.5
200–1.500 mL/min
Bình hấp thụ và nhiều phương pháp lấy mẫu khí thông dụng
ENVIS 1.5.0
1.000–5.000 mL/min
Các hệ thống lấy mẫu yêu cầu lưu lượng trung bình
ENVIS 1.25.0
3.000–25.000 mL/min
Các ứng dụng cần lưu lượng lớn hơn, cấu hình bơm BLDC
Ví dụ với các phương pháp quan trắc không khí xung quanh
Thông số
Ví dụ lưu lượng
Ý nghĩa đối với ENVIS
SO2
Có thể lấy mẫu khoảng 0,5–1,0 L/min theo TCVN 5971:1995; 1,0 L/min là một giá trị sử dụng được trong khoảng này
Phù hợp với dải ENVIS 1.1.5
NO2
Khoảng 0,4–0,6 L/min theo TCVN 6137:2009; có thể thiết lập 0,4 hoặc 0,5 L/min theo phương án lấy mẫu
Nằm trong vùng làm việc của ENVIS 1.0.5 hoặc ENVIS 1.1.5 tùy cấu hình
NH3
Phụ thuộc phương pháp lấy mẫu được lựa chọn
Chọn model theo lưu lượng và trở lực của sampling train
H2S
Phụ thuộc phương pháp lấy mẫu được lựa chọn
Có thể ghép với hệ lấy mẫu chủ động phù hợp
CH3SH và các chất khác
Phụ thuộc tiêu chuẩn/phương pháp phân tích cụ thể
Lựa chọn dải ENVIS theo yêu cầu phương pháp
Không phải mọi thông số trong QCVN 05 đều dùng cùng loại bơm
Ba chế độ vận hành cho ba cách tổ chức lấy mẫu khác nhau
Chế độ lưu lượng – chạy đến khi người dùng dừng
Chế độ lưu lượng + thể tích mục tiêu
Chế độ lưu lượng + thời gian bắt đầu/kết thúc
Không chỉ ghi lưu lượng: ENVIS ghi cả điều kiện diễn ra phép lấy mẫu
Nhiệt độ và áp suất có ý nghĩa gì?
Độ ẩm để làm gì?
Tại sao cần tọa độ?
Kết nối phần mềm Android
Từ “bơm hút khí” thành một thiết bị kiểm soát quá trình lấy mẫu
Một ví dụ hoàn chỉnh với lấy mẫu SO2
Nguyên tắc này cũng áp dụng cho NO2
Thiết kế theo tinh thần của hệ thống lấy mẫu tiêu chuẩn
ENVIS phù hợp với ai?
Điều ENVIS muốn giải quyết không phải chỉ là “hút được khí”
Tài liệu tham khảo
Kết luận
Bài mới nhất
Đang tải bài mới...






0 nhận xét:
Đăng nhận xét