Etapa 1: Studiu pentru definirea si dezvoltarea domeniului de activitate al laboratorului de incercari- LAST

Activitati:

1.1. Studiu pentru definirea domeniului de activitate al LAST

1.2. Stabilirea tuturor reglementarilor in vigoare aplicabile in laborator

1.3. Dezvoltarea capacitatilor tehnice a LAST prin achizitii de echipamente performante necesare pentru extinderea gamei de încercări;

1.4. Cursuri si instruiri pentru perfectionarea personalului in asigurarea calitatii

 

 

Proiectul isi propune dezvoltarea capacitatii in domeniul evaluarii si certificarii conformitatii prin crearea si dezvoltarea unui laborator de incercari de monitorizare 4D a mediului in sistem integrat prin tehnici de teledetectie.Scopul final il constituie acreditarea laboratorului. LAST va dispune de aparatura ultramoderna pentru masurarea in situ a concentratiilor de poluanti (PM si gaze) la sol, laborator de determinare a clorofilei, DOM si hidrocarburilor poluante in apa prin fluorescenta indusa laser, sisteme de sondare in situ, statie meteorologica computerizata cu senzori pentru monitorizarea parametrilor meteorologici, de radiatie solara si vegetatie, sistem de detectie open-path a gazelor poluante (SO2, NO2, NO, O3,) prin absorbtie diferentiala in UV, sistem de teledetectie activa laser pentru determinarea profilelor concentratiilor de aerosoli (LIDAR), sistem de teledetectie activa laser pentru determinarea clorofilei a in ape de suprafata (LIDAR de FLUORESCENTA).
LAST este un laborator de incercari multisenzor care insumeaza tehnici de teledetectie optica (LIDAR, DOAS, LIDAR de FLUORESCENTA) alaturi de tehnici clasice (analizoare de gaz, monitoare de particule, radiometru solar), si complementare (statie meteorological) in vederea evaluarii nivelului integrat de poluare si studierii variabilitatii diurne si sezoniere a acestuia, in relatie cu parametrii meteorologici.  In cadrul laboratorului vor fi implementate metode noi de masurare a concentratiilor de poluanti, metodele optice – punctuale, open-path sau remote sensing.

Studiul poluanţilor, în special al celor datoraţi activităţilor umane, se bucură de o atenţie deosebită în ultimii ani în întreaga lume, deoarece - (i) afectează sistemul de mediu (atmosfera, hidrosfera, biosfera, criosfera şi litosfera) şi sănătatea umană; (ii) influenţează climatul, alterând bilanţul radiativ al Pamântului (este cazul poluantilor atmosferici) şi (iii) variaţiile spaţio - temporale ale poluanţilor furnizează informaţii unice asupra stării  componentelor de mediu, utile în monitorizarea şi stabilirea/prognoza calităţii acestuia.

LAST dispune de aparatura ultramoderna pentru masurarea in situ a concentratiilor de poluanti (PM si gaze) la sol, laborator de determinare prin prelevare de probe a concentratiilor de hidrocarburi in sol si apa prin fluorescenta indusa, sisteme de sondare in situ, statie meteorologica computerizata cu senzori pentru monitorizarea parametrilor meteorologici, de radiatie solara si vegetatie, sistem de detectie open-path a gazelor poluante (SO2, NO2, NO, O3, COV) prin absorbtie diferentiala in UV, sistem de teledetectie activa laser pentru determinarea profilelor concentratiilor de aerosoli (LIDAR), sistem de teledetectie activa laser pentru determinarea profilelor concentratiilor de clorofila si DOM in ape de suprafata si pentru determinarea prezentei si masurarea grosimilor straturilor de hidrocarburi poluante la suprafata apei (fluorescence LIDAR).

 

Teledetectia laser (LIDAR)
LIDAR-ul (LIght Detection And Ranging), este un puternic si versatil instrument folosit in studiul atmosferei, care opereaza pe acelasi principiu ca si RADAR-ul , folosind insa un laser pentru scanarea mediului sau obiectului aflat in studiu.
Tehnica LIDAR este o metoda activa care se bazeaza pe detectia si analiza luminii imprastiate, rezultata in urma interactiei unui fascicul laser cu constituentii atmosferici.
Principiul unui sistem LIDAR consta in trimiterea unei radiatii electromagnetice (raza sau puls) catre tinta de studiat si analizarea semnalului de intoarcere, ca functie de distanta de la care  provine.
Sistemele LIDAR pot oferi informatii ca:

Bazat pe tehnica Open Path, DOAS-ul (differential optical absorption spectrometer) este unul dintre sistemele ce raspund cerintelor necesare monitorizarii agentilor poluanti din atmosfera. Rapid, cu o precizie de pana la parti pe milion este un aparat potrivit, fiind capabil sa functioneze pe perioade nedeterminate si astfel obtinandu-se o monitorizare continua.
Tehnica DOAS ofera posibilitatea masurarii concentratiilor a pana la 37 de gaze pe o coloana de aer simultan, astfel eliminandu-se problema prelevarii de mostre, intalnita la detectorii punctuali. Integrarea semnalului pe coloana de aer elimina lipsa de relevanta a unei masuratori punctuale datorata variatiei dinamice a concentratiilor de gaz de la un punct la altul in atmosfera.
Tehnica DOAS (Differential Optical Absorbtion Spectroscopy) are la baza fenomenul de absorbtie selectiva a undelor electromagnetice de catre materia gazoasa. Depinzand de lungimea de unda si de complexitatea materiei gazoase (forma, natura),  sunt posibile o serie de interactiuni ca de exemplu in cazul utilizarii radiatiei din domeniul Ultraviolet-Vizibil-Infrarosu fenomenele posibile sunt:
- absorbtia moleculara;
- fluorescenta;
- difuzie Rayleigh;
- difuzie Mie;
- difuzie Raman;

                NOx principiu de detectie:
Mostra de gaz filtrata de impuritati este divizata in doua segmente, fiecare urmand a fi analizata separat. Gazul intr-unul dintre segmente este trecut printr-un convertor integral ce reduce NO2 la NO.
In interiorul unei camere de reactie, componenta NO interactioneaza cu ozonul formand NO2. Molecula de NO2 se afla intr-o stare excitata, prin dezexcitarea acesteia se emite o cantitate specifica de energie, tradusa prin lumina, detectata de o fotodioda integrata in camera de reactie.
desc1                desc2
Prin compararea semnalelor emise de la cele doua segmente se extrag date cantitative ale compusilor de NO si NO2.
                O3 principiu de detectie:
Tehnica de detectie folosind absorbtia in UV este bazata pe caracteristica ozonului de a absorbi anumite lungimi de unda specifice din acest domeniu spectral. In cadrul acestei metode, mostra de gaz filtrata este divizata in doua canale. Unul dintre aceste canale este trecut printr-un sistem ce elimina ozonul din proba, dupa care gazul trece direct in camera de detectie – aceasta fiind mostra de referinta. Cu toate ca mostra de referinta si cea ramasa nemodificata sunt analizate separat, aceasta analiza este efectuata in acelasi timp. In camera de detectie cele doua mostre sunt iradiate cu lumina centrata pe 253,7nm provenita de la o lampa de mercur de presiune scazuta. Prin analiza simultana a celor doua mostre se elimina posibilitatea variatiei in timp a caracteristicilor spectrale de emisie a lampii.  In cazul mostrei nemodificate, ozonul absoarbe o buna parte din radiatie, lumina ramasa este masurata de un sistem de detectie ce furnizeaza un semnal electric corespunzator intensitatii detectate. Absorbtia luminii de catre ozon este data de diferenta intre semnalul provenit de la mostra referinta si cea ramasa nemodificata. Aceasta absorbtie are o lege legata de cantitatea de ozon existenta in mostra.
                SO2 principiul de detectie
Pentru a masura moleculele de SO2, detectorii punctuali Horiba folosesc o metoda de analiza prin fluorescenta in ultraviolet. Aceasta metoda prezinta avantajul unei sensibilitati considerabil crescuta de pana la 0.001ppm. Florescenta in Ultraviolet opereaza pe principiul faptului ca moleculele de SO2 continute in mostra de aer sunt excitate de radiatia din acest domeniu urmand a emite o florescenta caracteristica in domeniul 220-240nm.
                HC principiul de detectie
Acest detector punctual foloseste principiul ionizarii in flacara (FIO) pentru a masura in mod continuu concentratii de hidrocarburi si metan. Combinand FIO cu o metoda de eliminare a hidrocarburilor din proba pentru a putea avea o referinta, se pot obtine rezultate cantitative cu privire la concentratia totala de hidrocarburi si concentratia de metan.
Principiul consta in divizarea mostrei filtrate in trei canale: unul find canalul de referinta purificat de orice tip de hidrocarburi, din al doilea canal este extras metanul iar al treilea avand in componenta sa numai metan. Prin detectia ionilor din cele trei canale se extrag informatiile necesare determinarii cantitatilor de hidrocarburi si metan din atmosfera.

Estimarea gradului de poluare a apelor poate fi realizat si prin analiza prezentei clorofilei,  masura a starii de sanatate a mediului acvatic. Pentru monitorizarea apelor de suprafata pe arii intinse, o metoda moderna de investigare a prezentei clorofilei este teledetectia activa, bazata pe fluorescenta indusa laser (LIF). In acest scop se foloseste intrumentul numit Lidar de fluorescenta.
Tehnica Lidar consta in detectia si analiza semnalului de fluorescenta care rezulta din interactia unui fascicul laser cu constituentii mediului acvatic. Fluorescenta este un fenomen cu timp de viata scurt, generat de absortia radiatiei de lungime de unda mica (energie mare) urmata de emisie la lungime de unda mai mare (energie mai mica).  Spectrul de fluorescenta emis in urma stimularii laser depinde de materialul iradiat  si de lungimea de unda a radiatiei laser. Compusii fluorescenti sau fluroforii pot fi identificati pe baza proprietatilor de excitare si emisie fluorescenta.

 

Proiectul vine in intampinarea cerintelor de asimilare a normelor UE prin implementarea unor metode noi de masurare a concentratiilor de poluanti, metodele optice – punctuale, open-path sau remote sensing. Normele europene referitoare la o parte dintre poluantii (SO2, CO, NO, NO2, O3) pe care aceste tehnici ii pot masura au fost publicate in anul 2005 (EN 14211:2005, EN 14626:2005, EN 14212:2005, EN 14625:2005) si urmeaza sa fie adoptate in Romania, dar o serie de alti poluanti ce pot fi pusi in evidenta prin aceste tehnici nu se bucura deocamdata de metode standardizate moderne (NH3, CH4, COV, PM). Totusi, exista  initiative europene pentru completarea acestor standarde in viitorul apropiat, iar practica experimentala din ultimii ani a dovedit superioritatea metodelor optice din punct de vedere al sensibilitatii de masurare, al preciziei si versatilitatii (printr-o singura metoda pot fi determinate mai multe specii de poluanti simultan), care vor fi desigur luate in considerare.

1.3. Dezvoltarea capacitatilor tehnice a LAST prin achizitii de echipamente performante necesare pentru extinderea gamei de încercări;

  1. Sistem lidar eye-safe Pentru monitorizarea in teren a aerosolilor poluanti este necesar un design nou care sa asigure fiabilitate, stabilitate si manevrabilitate sporite, la un gabarit redus. In acest scop se va avea in vedere utilizarea unui telescop mai mic si mai usor, coroborat cu un laser cu caracteristici speciale, robust si adecvat lucrului intensiv. Prin utilizarea unui laser pulsat la o energie optima si intr-un domeniu optic optim si prin  expandarea fasciculului se va obtine un sistem eye-safe care va putea fi utilizat chiar si in zone populate, fara pericolul de accidente. Pentru a obtine o distanta de sondare suficienta investigarii stratului limita planetar, se va opta pentru o lungime de unda de sondare in domeniul ultraviolet care este nepericuloasa pentru ochiul uman, dar la o putere a fasciculului laser suficient de mare pentru a produce semnal util chiar si de la o distanta de 4 Km in conditii de vizibilitate atmosferica buna. Aceasta distanta maxima de sondare este suficienta pentru investigarea stratului limita planetar, a carui inaltime nu depaseste decat in situatii extreme altitudini de 3 Km. O astfel de penetrare este ceruta si in cazul sondarii pe orizontala, in vederea acoperirii rapide a unei suprafete cat mai mari. Tototdata, sistemul va trebui sa prezinte robustetea si fiabilitatea necesara transportului si utilizarii in teren. De asemenea, pentru incercarile ce vizeaza evaluarea rapida a nivelului de poluare cu particule in suspensie a unei zone extinse sau pentru incercarile ce vizeaza depistarea infractionalitatii de mediu, sistemul va trebui sa fie echipat cu un dispozitiv de scanare adecvat, care sa nu afecteze mentinerea alinierii laser-telescop in timpul scanarii sis a permita repetabilitatea masuratorii.
  2. Statie meteo Weather Master2000:  portabila, complet automatizata, prin senzorii cu care este prevazuta poate furniza date atmosferice legate de: presiune, viteza vant, umiditate relativa, directie vant, temperatura aer, radiatie solara. Va fi utilizata pentru masurarea temperaturii, presiuni si umiditatii si radiatiei solara. Aceste masuratori vor fi cuplate cu date satelitare, pentru a furniza informatii complementare ce duc la diminuarea erorilor de procesare a datelor masurate cu LISA-2C si eye-safe mobile lidar.
  3. Monitor de particule PM2,5 PM10, TSP de prelevare outdoor special realizat pentru masurarea numarului particulelor atmosferice de diverse dimensiuni pe membrane filtrante. Este un instrument de prelevare portabil de debit constant cu posibilitate manuala de ajustare a debitului,  ideal pentru prelevarea probelor gazoase sau de praf din aerul inconjurator sau emisii din cosurile industriale. Datele furnizate de acest echipament sunt necesare pentru validarea la nivelul solului a concentratiilor masurate cu sistemul lidar LiSA-2C si eye-safe mobile lidar.
  4. Fotometru solar masoara radianta solara pentru a putea fi apoi calculata coloana totala de vapori de apa, ozon si determinate proprietati ale arosolilor folosind  o combinatie de filtre spectrale si prin modificarea unghiului de sondare controlat de un microprocesor. Instrumentul este compus dintr-un cap optic, o cutie electronica continand 2 microprocesoare pentru operare in timp real a achizitiei de date si control,si un robot ce sigura prin 2 motoare miscarea in cele doua plane: asimutal si zenital. el trebuie sa satisfaca cerinte de precizie si robustete cerute de conditiile de lucru ale campaniilor in diverse locatii si in diverse conditii meteo. Trebuie sa fie motorizat, portabil, automatizat si autonom (nu necesita surse externe de curent). Datele furnizate de acest instrument sunt necesare pentru calibrarea sistemului lidar LISA-2C si eye-safe mobile lidar.

 

 

1.4. Cursuri si instruiri pentru perfectionarea personalului in asigurarea calitatii

Pentru instruirea si perfectionarea personalului, actiunile au fost grupate in 4 categorii:

 

Rezultate Preliminare - Faza 1

Faza 1

Faza 2

Faza 3

Faza 4

 

back