Kap. 4.4

4.5 Vergleich des Ringspaltdenudersystems mit Filterkaskade und MgO-Denuder

Für die Entwicklung eines optimierten ADS wurden mehrfach Denudersysteme bei Immissionsmeßkampagnen des Arbeitskreises Prof. Dannecker eingesetzt. Dort wurden die Probenahmen mit dem ADS parallel zu Probenahmen mit einer einfachen Filterkaskade (STOFFREGEN 1991), einer Filterkaskade mit vorgeschaltetem MgO-Denuder für die Denuderdifferenzmethode (APPEL et al. 1981, BEHLEN 1997) und der Waschflaschen-Probenahme für NH3 (VDI 1974, DRECKMANN 1992) durchgeführt.

4.5.1 Probenahmeort ERFURT

Erfurt liegt am nördlichen Rand des Thüringer Waldes. Im Süden und Westen wird die Stadt von den Höhenzügen des Steigerwaldes eingerahmt. Südlich führt die Autobahn A4 in 10 km Entfernung an Erfurt vorbei, Industrie ist wenig vorhanden. In der Umgebung werden große Flächen landwirtschaftlich genutzt.

Der Probenahmeort war an der Rückseite des Erfurter Doms auf einem kleinen Hügel inmitten der Altstadt. Die Probenahmeaufbauten befanden sich auf dem Dach eines Immissionsmeßcontainers ca. 3 m über dem Erdboden. Die diskontinuierlichen Probenahmen wurden ergänzt durch die kontinuierliche Erfassung der meteorologischen Parameter sowie von Schwebstaub, NOx, O3, SO2 und Kohlenwasserstoffen (STOFFREGEN 1991). Die Probenahmen fanden in der Zeit vom 8.-17.9.91 statt.

Es wurde ein Vorläufermodell des oben beschriebenen ADS benutzt, bei dem nur ein Denuderrohr mit NaF-Beschichtung verwendet wurde. Ferner war der PVC-Schutz an der Ansaugöffnung noch nicht vorhanden und es kam ein Filterhalter mit 37 mm Filterdurchmesser zum Einsatz. Als Filterkaskade wurde ein Filterhalter nach Laskus (1980) mit einem PTFE-Filter und einem Nylon-Backup-Filter, beide mit 0.45 µm Porenweite und 49 mm Durchmesser, eingesetzt. Mit einem "Low-Volume-Sammler" (LVS) konnte ein Volumenstrom von etwa 1 m³/h gefördert werden (STOFFREGEN 1991).

Für die Denuderdifferenzmethode wurde parallel zu der oben erwähnten Filterkaskade eine zweite mit vorgeschaltetem MgO-Ringspaltdenuder betrieben. Nach Normierung der Sammelraten über die mit beiden Systemen bestimmte SO42--Konzentration im Aerosol wurde die Konzentration an gasförmiger HNO3 aus der Differenz der Gesamt- NO3- -Konzentrationen (NO3- auf PTFE- und Nylon-Filter) berechnet.

In Abb.8 ist der Vergleich der mit dem ADS ermittelten HNO3-, NO3-, NH4+, SO42- und Cl--Konzentrationen mit denen der Filterkaskade und denen nach der Denuderdifferenzmethode (DDM) dargestellt. Die Werte für das ADS sind auf der Abszisse aufgetragen. Die mittlere Temperatur im Probenahmezeitraum betrug 17°C (kleinster Tagesmittelwert 13°C, größter 21°C), die mittlere Luftfeuchtigkeit 61 % (48 - 74 %).

Die HNO3--Konzentrationen der Nylon-Backupfilter der Filterkaskade ohne MgO-Denuder waren im Mittel 32 % höher als die nach dem Denuderdifferenzmethode ermittelten. Dieser Mehrbefund läßt sich auf die Abscheidung von durch NH4NO3--Dissoziation freigesetzter HNO3 zurückführen. Durch die herrschenden Temperaturen und relative Luftfeuchtigkeit wurde die Dissoziation begünstigt. Dafür spricht auch die bessere Übereinstimmung der HNO3-Konzentrationen von ADS und Denuderdifferenzmethode im Vergleich zu ADS und einfacher Filterkaskade. Die Korrelation zwischen den mit dem ADS ermittelten Meßwerten und denen der Filterkaskade ist sehr gut. Die Ergebnisse der linearen Regressionsanalyse für den Methodenvergleich sind in Tab. 6 aufgelistet

Die direkte HNO3-Bestimmung mit dem ADS bietet gegenüber der Denuderdifferenzmethode eine höhere Genauigkeit, da der HNO3-Gehalt des Aerosols direkt bestimmt wird. Die im Vergleich zum ADS kleinere HNO3-Konzentrationen der DDM kann durch HNO3-Abscheidung auf dem PTFE-Filter hervorgerufen sein.

Abb.8: Vergleich der mit ADS und Filterkaskade bestimmten HNO3,NO3--,NH4+-, SO42- und Cl--Konzentrationen in [µg/m3], Erfurt 8.-17.9.91

Tab.6: Konzentrationsmittelwerte in [µg/m³] und Ergebnisse der linearen Regressionsanalysen für den Vergleich von ADS mit Filterkaskade und Denuderdifferenzmethode, Erfurt 8.-17.9.91

ADS Filterkaskade Denuderdifferenzmethode

Spezies

Konz.

Konz.

m b

Konz.

m b

HNO3 (g)

1.79 2.39 1.23 0.23 0.95 1.58 0.82 0.32 0.89

NO3- (p)

3.61 4.47 1.15 0.29 0.98 n.b. n.b. n.b. n.b.

{short description of image}HNO3

5.40 6.86 1.21 0.35 0.97 n.b. n.b. n.b. n.b.

NH4+ (p)

3.52 3.33 0.81 0.39 0.90 2.96 0.83 0.24 0.91

SO42- (p)

8.06 7.35 0.77 0.98 0.99 6.57 0.73 1.01 0.99

Cl- (p)

0.93 0.96 1.25 -0.20 0.94 0.94 1.20 -0.27 0.95
m,b,r²: siehe Tab. 5
n.b.: nicht bestimmt

4.5.2 Probenahmeort SCHWERIN

Schwerin liegt am Schweriner See, ca. 35 km südlich der Ostseeküste in Mecklenburg-Vorpommern. Hamburg ist ca. 90 km westlich gelegen. Das ADS wurde vom 5. bis zum 22.3.92 bei dieser Meßkampagne eingesetzt. Mit einer Durchschnittstemperatur von 5.8 °C und einer mittleren relativen Luftfeuchtigkeit von 82 % herrschte eine naßkalte Witterung mit Nebel vor.

Bei dieser Kampagne wurde das gleiche ADS wie in Erfurt eingesetzt. Die Ergebnisse der linearen Regressionsanalyse sowie die Konzentrationsmittelwerte einiger Aerosolkomponenten sind in Tab. 7 aufgeführt. Vergleichswerte für HNO3 nach der Denuderdifferenzmethode standen nicht zur Verfügung.

Während die Konzentration der partikulären Spezies bei beiden Systemen gut übereinstimmen, sind die mit der Filterkaskade ermittelten HNO3--Konzentrationen deutlich höher als die des ADS. Dieser Effekt ist bei höheren Temperaturen stärker ausgeprägt. Während beim ADS durch NH4NO3-Dissoziation freigesetzte HNO3 nicht mehr erfaßt werden kann und damit auch einen niedrigeren Wert für die Summe von HNO3 und NO3- ergibt, wird bei der Filterkaskade die freigesetzte HNO3 auf dem Nylonfilter erfaßt. Bei gleicher NO3--Summenkonzentration ist hierbei das Verhältnis der beiden Spezies zueinander verschoben.

{short description of image}

Abb. 9: Vergleich der mit ADS und Filterkaskade ermittelten HNO3-, Cl-, NO3-, SO42-- und NH4+-Aerosolkonzentrationen in µg/m³ in Schwerin, 5.-22.3.92

Tab.7: Konzentrationsmittelwerte in [µg/m³] sowie Daten der linearen Regressionsanalyse für den Vergleich von ADS und Filterkaskade (FK), Schwerin, 5.-22.3.92.

Spezies

ADS

FK

m

b

HNO3 (g)

0.61

1.58

2.04

0.08

0.69

NO3- (p)

9.08

9.11

0.94

0.52

0.95

Summe HNO3

9.69

10.69

0.62

1.11

0.73

NH4+ (p)

5.46

4.55

0.78

0.24

0.89

SO42- (p)

7.72

7.90

0.97

0.34

0.98

Cl- (p)

1.45

1.33

1.54

-0.89

0.90

m, b, r²: siehe Tab.5

Kap. 4.5.3
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