Blog naukowy · Badania

Skuteczność usuwania pyłu i związków organicznych w oczyszczaniu spalin: wyniki instrumentalnych badań kominowych

Artur Cokaj · 6 października 2026 · Aktualizacja 21 października 2026

Analiza sprawozdań z badań kominowych trzech konfiguracji oczyszczania (sam separator wodny, filtracja, filtracja z elektrofiltracją): metody UNI, redukcje stężenia i strumienia masy, ograniczenia i ramy prawne.

Streszczenie

Cel. Ocena skuteczności usuwania pyłu i związków organicznych w trzech zbiorach instrumentalnych badań kominowych, podzielonych według konfiguracji oczyszczania: sam separator wodny (grupa A), filtracja i filtracja z filtrem elektrostatycznym w procesie prażenia (grupy B i C) oraz grillowanie z oczyszczaniem (grupa D).

Metody. Pobór izokinetyczny z rurką Pitota, pył metodą grawimetryczną (UNI EN 13284-1), całkowity węgiel organiczny z detektorem płomieniowo-jonizacyjnym (UNI EN 12619), specjacja organiczna (UNI CEN/TS 13649), przepływy według UNI 10169 i UNI EN ISO 16911-1, ozon metodą OSHA 214. Redukcję oblicza się dla stężenia i strumienia masy.

Wyniki. Przy samym separatorze wodnym pył zmniejszył się z 516,5 do 24,8 mg/Nm³ (95,2 % w stężeniu, 93,6 % w masie). Przy filtracji redukcja względem próby bez oczyszczania wyniosła 42-72 % dla pyłu i 73-79 % dla COT; konfiguracja z chłodzeniem, filtrem i elektrofiltracją dała 2,3 mg/Nm³ pyłu i 10,8 mg/Nm³ COT. W grupie D: pył 3,2 mg/Nm³, związki organiczne 17 mg/Nm³, ozon <0,05 mg/Nm³.

Wnioski. Oczyszczanie mierzalnie zmniejsza obie klasy zanieczyszczeń, z różnicami między konfiguracjami. Jedna próbka na konfigurację i pobory niejednoczesne ograniczają zakres wniosków; porównanie z limitami regionalnymi i lokalnymi zależy od odniesienia tlenowego w zezwoleniu.

Słowa kluczowe: separator wodny, filtr elektrostatyczny, pył, lotne związki organiczne, emisje do atmosfery, prażenie, skuteczność usuwania.

1. Wprowadzenie

Skuteczność systemu ograniczania emisji można wykazać tylko pomiarem zanieczyszczeń przed i po oczyszczaniu, metodami znormalizowanymi i z wynikami w sprawozdaniu z badań. Opracowanie zbiera trzy zbiory sprawozdań z badań kominowych wykonanych przez laboratoria zewnętrzne w latach 2014–2024, porządkuje je według technologii i wyznacza procentową redukcję stężenia oraz strumienia masy.

Pomiary dotyczą dwóch rodzajów strumienia: spalin instalacji spalania oczyszczanych separatorem wodnym oraz spalin pieca do prażenia kawy oczyszczanych filtrami i filtrem elektrostatycznym. Próby zidentyfikowano wyłącznie numerami sprawozdań i zastosowanymi normami technicznymi; podmiotów i miejsc nie podano.

Cele są cztery: przedstawić dane wraz z metodą, obliczyć redukcję, omówić ograniczenia możliwych porównań i umieścić wartości w ramach prawnych regulujących emisje tej działalności.

2. Materiały i metody

Wszystkie pomiary wykonano w kominie przez zewnętrzne laboratoria badawcze, z zastosowaniem norm UNI EN, UNI i OSHA wymienionych w sprawozdaniach. Tabela przypisuje każdemu parametrowi metodę i grupy, w których występuje.

2.1 Warunki poboru

Grupa A. Okrągły przekrój pomiarowy o średnicy 0,30 m (0,070 m²), instalacja w normalnych warunkach pracy. Dwa pobory po 30 minut tego samego dnia (02/12/2014), przed separatorem (14:53-15:23, pobrano 0,565 Nm³) i za nim (15:33-16:03, 0,508 Nm³).

Grupy B i C. Okrągły przekrój o średnicy 0,20 m (0,031 m²), pobory 19/07/2024 przy pełnym obciążeniu (100 %) i stałych warunkach prowadzenia, sondą izokinetyczną i rurką Pitota typu S. Prędkość mierzono w trzech punktach (głębokość wsunięcia 5, 10 i 18 cm). COT rejestrowano ciągle analizatorem FID, gazy spalania odrębnym analizatorem, a związki organiczne na rurkach do desorpcji termicznej (pobrano 2-5 L). Cztery próby objęły godziny 11:35-16:10 tego samego dnia. Zadeklarowaną podstawą prawną jest D.Lgs. 152/2006.

Grupa D. Okrągły przekrój o średnicy 0,30 m, pobór 07/06/2019 od 10:30 do 13:10 w najbardziej obciążających warunkach pracy (grillowanie przy maksymalnym wykorzystaniu).

2.2 Konfiguracja prób prażenia

Sprawozdanie 241972.001 zawiera sprzeczność: nagłówek podaje „bez elektrofiltra”, natomiast pole „instalacja oczyszczająca” wskazuje „filtr + elektrofiltr”. Konfiguracji tej próby nie można określić z pewnością na podstawie niezgodnych informacji. Dane przedstawiono w celu wskazania problemu dokumentacyjnego; samo porównanie nie dowodzi dodatkowego wkładu elektrofiltra.

2.3 Obliczanie redukcji

Redukcja stężenia jest procentowym zmniejszeniem względem wartości przed urządzeniem. Redukcja strumienia masy uwzględnia również suchy znormalizowany przepływ w każdym punkcie, ponieważ większy przepływ za urządzeniem rozcieńcza stężenie bez zmniejszenia emitowanej masy.

Dla grupy A Cin i Cout to stężenia przed i za urządzeniem. Dla grup C Cin jest stężeniem próby bez oczyszczania (241972.003). Stężenie przeliczone na referencyjną zawartość tlenu uzyskuje się z poniższej zależności.

Sprawozdania grupy A podają rozszerzoną niepewność pyłu (k = 2, poziom ufności 95 %), wykorzystaną do obliczenia przedziału redukcji w najgorszym i najlepszym przypadku. Sprawozdania z 2024 roku deklarują udostępnienie niepewności na żądanie i oceniają zgodność według wartości raportowanej bez jej uwzględnienia; dlatego wartości grup B i C podano bez przedziału.

3. Wyniki grupy A: separator wodny

Pył całkowity spada z 516,5 do 24,8 mg/Nm³, z redukcją 95,2 % w stężeniu i 93,6 % w strumieniu masy. Wartości zmierzone znajdują się w tabeli; wielkości obliczone odpowiednio oznaczono.

Przepływ rzeczywisty jest iloczynem średniej prędkości i przekroju 0,070 m². Po przeliczeniu na warunki normalne z temperaturą, wilgotnością i ciśnieniem ze sprawozdań odpowiada zadeklarowanemu suchemu przepływowi z różnicą do 2 % (około 688 wobec 700 Nm³/h przed i 923 wobec 930 za urządzeniem).

Spadek temperatury o 41 °C jest spójny z chłodzeniem i płukaniem strumienia wodą. Różnica między dwiema redukcjami, 1,6 punktu procentowego, zależy wyłącznie od większego przepływu zmierzonego za urządzeniem (+32,9 % w suchych Nm³/h, +19,5 % w rzeczywistych m³/h); możliwe przyczyny analizuje dyskusja.

4. Wyniki grup B i C: prażenie bez oczyszczania, z filtrami i filtrem elektrostatycznym

W porównaniu liczbowym z próbą bez oczyszczania próba z filtrami wykazuje redukcję pyłu o 42 % i COT o 73 %; sprawozdanie 241972.001 wykazuje redukcje 72 % i 79 %. Konfiguracja tej ostatniej próby jest niepewna ze względu na sprzeczność dokumentacyjną opisaną w sekcji 2.2: porównanie nie dowodzi efektu dodania filtra elektrostatycznego. Próby wykonano 19/07/2024 w tym samym kominie; tabela podaje zmierzone wartości.

4.1 Redukcja względem próby bez oczyszczania

Arytmetyczna różnica między redukcjami obliczonymi dla dwóch prób wynosi 29,4 punktu procentowego dla pyłu, 6,4 dla COT i 14,1 dla specjowanych związków. Sprzeczność dotycząca konfiguracji sprawozdania 241972.001 uniemożliwia przypisanie tych różnic filtrowi elektrostatycznemu. Strumień masy próby C2 obliczono z przepływem 210 Nm³/h, o 14 % większym niż w próbach 241972.002 i 241972.003.

4.2 Specjacja związków organicznych (mg/Nm³)

Kreska oznacza związek niewymieniony w sprawozdaniu dla danej próby. W trzech próbach prażenia trzy aldehydy (aldehyd octowy, 2-metylopropanal, 2-metylobutanal) i 2-furfurylotiol występują tylko bez oczyszczania. Próbki specjacyjne mają 2-5 litrów: dane identyfikują obecne związki i wskazują ich rząd wielkości.

4.3 Gazy spalania i próba chłodzenia

CO i NOx są bardzo niskie we wszystkich próbach: CO od 1,4 do 4,5 mg/Nm³ i NOx od 0,1 do 0,6 mg/Nm³, bez trendu związanego z oczyszczaniem. Zmierzony tlen, 20,3-20,4 %, wskazuje silnie rozcieńczony strumień, bliski składowi powietrza otoczenia. CO2, SOx i kwasów nie oznaczano.

Próba 241972.004 dotyczy fazy chłodzenia, z przepływem 2100 Nm³/h i prędkością 23 m/s: nie jest porównywalna z pierwszymi trzema. Jej stężenia są niższe częściowo wskutek rozcieńczenia. Strumień masy COT (22,7 g/h) jest bowiem większy niż w próbach 241972.001 i 241972.002 (7,69 i 8,84 g/h), mimo niższego stężenia.

5. Wyniki grupy D: ozon, pył i VOC w punkcie emisji

W punkcie emisji systemu oczyszczania spalin i zapachów ozon był poniżej granicy oznaczalności metody, 0,05 mg/Nm³. Pył i lotne związki organiczne zmierzono w tym samym poborze, jak przedstawia tabela.

Symbol „<” oznacza wartość poniżej granicy oznaczalności: podany strumień masy (0,000043 kg/h) jest iloczynem tej granicy i suchego przepływu, 0,05 mg/Nm³ × 865 Nm³/h. Wynik oznacza zatem „nieoznaczalny”, a nie „nieobecny”. Granica odpowiada około 0,023 ppm w warunkach normalnych (0 °C, 1 atm).

Pomiar jest analizą kominową metodą OSHA 214:1995 w punkcie emisji. Nie jest badaniem emisji ozonu urządzenia w komorze według UL 867, które ma inną geometrię, objętość i limit (0,050 ppm w środowisku badania).

W tej grupie istnieje tylko jeden punkt poboru, za systemem: sprawozdania nie zawierają wartości przed systemem, dlatego nie można obliczyć procentowej redukcji.

6. Dyskusja

Dane pokazują redukcje od 42 % do 95 %, lecz każde porównanie ogranicza sposób zorganizowania pomiarów. Sekcja ta wskazuje przyczyny i wpływ na wyniki.

6.1 Niejednoczesne pobory i przepływ (grupa A)

Pobory przed i za urządzeniem wykonano w dwóch kolejnych fazach (14:53-15:23 i 15:33-16:03) z dziesięciominutową przerwą. Niejednoczesność jest najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem różnicy przepływów między punktami (700 i 930 Nm³/h suchych), ponieważ warunki instalacji mogą zmieniać się między fazami. Wspiera to nakładanie się niepewności przepływów mokrych (±150 i ±200 Nm³/h): 780 + 150 = 930 Nm³/h przed i 1060 − 200 = 860 Nm³/h za urządzeniem.

Rzeczywisty wzrost przepływu byłby sprzeczny z chłodzeniem: przy 43 °C zamiast 84 °C ta sama masa gazu zajmuje 88,5 % objętości ((273+43)/(273+84)), podczas gdy prędkość wzrosła o 19,5 %. Emitowana masa w żadnym przypadku nie wzrasta: 361,6 g/h przed i 23,1 g/h za urządzeniem. Wpływ przepływu na wynik ogranicza się do 1,6 punktu procentowego (95,2 % w stężeniu, 93,6 % w masie).

6.2 Niejednoczesne odniesienie także w grupach B i C

Próbę bez oczyszczania (241972.003) i próby z oczyszczaniem wykonano o różnych godzinach, między 11:35 a 15:34. Emisja pieca do prażenia zmienia się z fazą cyklu i partią; sprawozdania nie wskazują fazy każdego poboru. Różnica między próbami obejmuje więc efekt oczyszczania i w nieoznaczalnym stopniu zmienność procesu. Jedna próbka na konfigurację uniemożliwia oszacowanie powtarzalności.

6.3 Pył, zebrana masa i niepewność

Przyrost masy filtrów wynosi 0,7-2,5 mg przy objętościach 0,05-0,32 Nm³. Przy tak małych masach względna niepewność pyłu jest wyższa niż COT, a procentowe redukcje pyłu mają szerszy margines niż pozostałe. Sprawozdania nie podają niepewności tych prób.

6.4 Tlen odniesienia

Tlen zmierzony w próbach prażenia wynosi 20,3-20,4 %: strumień jest silnie rozcieńczony. Stosując jako przykład obliczeń odniesienie 17 % O2, otrzymuje się współczynniki około 5,7 dla O2 równego 20,3 % i 6,7 dla O2 równego 20,4 %. To różne współczynniki: gdy zmienia się zmierzony tlen, procenty obliczane ze skorygowanych stężeń należy obliczyć ponownie. Odniesienie właściwe dla porównania z limitem emisji trzeba sprawdzić w akcie dotyczącym instalacji.

6.5 Czego dane nie mierzą

Żadne sprawozdanie nie zawiera pomiaru olfaktometrycznego (UNI EN 13725), rozkładu wielkości pyłu, SOx, kwasów, metali ani wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Próby te nie wykazują więc redukcji zapachu ani zachowania systemu w czasie (nasycenie filtrów, czyszczenie, zmiana parametrów). Ozon (grupa D) zmierzono w jednym punkcie bez wartości przed systemem.

7. Ramy prawne i porównanie z limitami

7.1 Poziom krajowy

Emisje do atmosfery z zakładów produkcyjnych reguluje część piąta D.Lgs. 152/2006. Palarnie kawy o produkcji nie większej niż 450 kg/dzień należą do działalności objętych odstępstwami z art. 272 i załącznika IV oraz podlegają zezwoleniu ogólnemu lub indywidualnemu. Dekret nie ustala jednego limitu dla tej działalności: limity, odniesienia tlenowe i częstotliwość kontroli określają regiony i właściwe organy w swoich aktach.

7.2 Przykłady sprawdzonych limitów regionalnych i lokalnych

Poniższe wartości odczytano w dokumentach publicznych wskazanych w źródłach i służą jako przykłady. Nie opisują sytuacji konkretnej instalacji i nie zastępują właściwego aktu zezwalającego.

Akty przedstawione w tabeli przewidują różne warunki i wymagania. Również wskazane częstotliwości nie są jednakowe: tabela podaje kontrolę co dwa lata dla Messiny i co rok dla przypadku Lecce. Przykłady te nie określają ogólnej częstotliwości dla innych działalności lub instalacji.

7.3 Orientacyjne porównanie ze zmierzonymi wartościami

Wszystkie wartości prób zmierzono bez korekcji tlenu. Tabela podaje je również przy 17 % O2 ze współczynnikiem (21−17)/(21−O2 zmierzony), czyli 5,7 dla O2 20,3 % i 6,7 dla O2 20,4 %.

Porównanie należy czytać z trzema zastrzeżeniami.

1. Odniesienie tlenowe. Korekcja do 17 % ma sens dla gazów spalania pieca prażalniczego z ogrzewaniem bezpośrednim. Próby grup B i C mierzą strumień o 20,3-20,4 % O2, niemal powietrze otoczenia, a właściwy akt zezwalający może przewidywać lub nie przewidywać korekcji dla tego strumienia. Bez korekcji wartości konfiguracji z chłodzeniem (2,3 i 10,8 mg/Nm³) są poniżej wszystkich przykładowych limitów; po korekcji pył tej konfiguracji (13 mg/Nm³) pozostaje blisko niższych limitów, a COT (62 mg/Nm³) przekracza 50 mg/Nm³.
2. Punkt poboru. Limit dotyczy komina wskazanego w zezwoleniu. Opisane próby są poborami służącymi ocenie redukcji, a ich wynik nie jest kontrolą zgodności instalacji.
3. Jedna próbka na konfigurację. Kontrola zgodności wymaga zazwyczaj wielu próbek w reprezentatywnych warunkach i porównania z niepewnością pomiaru.

W opracowaniu nie deklaruje się więc zgodności z limitami. Zauważa się, że wartości konfiguracji z chłodzeniem i filtrem + filtrem elektrostatycznym są znacznie niższe niż w pozostałych grupach, a ostateczne porównanie zależy od odniesienia tlenowego wybranego przez właściwy organ.

7.4 Ozon

W sprawdzonych dokumentach nie występuje graniczna wartość emisji ozonu w kominie dla tych działalności. Pomiar grupy D (<0,05 mg/Nm³, granica oznaczalności metody) jest daną emisji. Wartość 0,050 ppm normy UL 867 dotyczy innego rodzaju badania produktu w komorze i nie należy porównywać jej z pomiarem kominowym.

8. Wnioski

Instrumentalne badania kominowe przeanalizowane w opracowaniu pokazują, że oczyszczanie spalin mierzalnie zmniejsza pył i związki organiczne, a wielkość redukcji zależy od konfiguracji.

Przy samym separatorze wodnym (grupa A) stężenie pyłu spadło z 516,5 do 24,8 mg/Nm³, z redukcją 95,2 % w stężeniu i 93,6 % w strumieniu masy. Dla konfiguracji filtracyjnych (grupy B i C) redukcja pyłu względem próby bez oczyszczania wynosi 42–72 % w stężeniu, a całkowitych związków organicznych 73–79 %; konfiguracja z chłodzeniem, filtrem i filtrem elektrostatycznym dała najniższe wartości bezwzględne (pył 2,3 mg/Nm³, COT 10,8 mg/Nm³). W próbie grillowania (grupa D) pył i związki organiczne wyniosły odpowiednio 3,2 i 17 mg/Nm³, a ozon pozostał poniżej granicy oznaczalności (<0,05 mg/Nm³).

Wyniki należy czytać z ograniczeniami podanymi w sekcji 6: jedna próbka na konfigurację, niejednoczesne pobory przed i za urządzeniem, brak niepewności pyłu w grupach B i C, brak pomiaru olfaktometrycznego i granulometrycznego. Porównanie z limitami regionalnymi i lokalnymi zależy od odniesienia tlenowego w zezwoleniu; opracowanie nie deklaruje zgodności żadnej instalacji.

Potrzebne są kampanie jednoczesnych, powtarzanych poborów z rejestrowaniem fazy cyklu prażenia i pomiarami olfaktometrycznymi, aby potwierdzić wyniki i określić wpływ poszczególnych stopni filtracji.

9. Źródła

Normy techniczne

UNI 10169:2001, Pomiary emisji — wyznaczanie prędkości i natężenia przepływu strumieni w przewodach.

UNI EN ISO 16911-1:2013, Emisje ze źródeł stacjonarnych — ręczne i automatyczne wyznaczanie prędkości i objętościowego natężenia przepływu w przewodach. Część 1: ręczna metoda odniesienia.

UNI EN 13284-1:2003 i UNI EN 13284-1:2017, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie niskich stężeń masowych pyłu. Część 1: ręczna metoda grawimetryczna.

UNI EN 12619:2013, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie stężenia masowego całkowitego gazowego węgla organicznego w niskim zakresie stężeń.

UNI CEN/TS 13649:2015, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie stężenia masowego poszczególnych gazowych związków organicznych.

UNI EN 14792:2017, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie stężenia masowego tlenków azotu (NOx).

UNI EN 15058:2017, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie stężenia masowego tlenku węgla (CO).

UNI EN 14789:2017, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie stężenia objętościowego tlenu (O2).

UNI EN 14790:2006, Emisje ze źródeł stacjonarnych — wyznaczanie pary wodnej w przewodach.

OSHA Method ID-214:1995, Ozone in workplace atmospheres (metoda odniesienia dla ozonu).

UL 867, Standard for Electrostatic Air Cleaners (limit 0,050 ppm ozonu w komorze badawczej).

Przepisy i akty administracyjne

D.Lgs. z 3 kwietnia 2006 roku, nr 152, część piąta (art. 267-298), w szczególności art. 272 i załącznik IV.

Miasto metropolitalne Messina, Prażenie kawy i innych produktów, zezwolenie ogólne 2020.

Region Calabria, Załączniki techniczne, dekret nr 6852 z 02/07/2021, karta nr 9 Prażenie kawy.

Miasto Lecce, Wydanie AUA, decyzja kierownicza z 2016 roku.