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Absenkung des Messgastaupunktes - Konzentrationsänderungen und Auswaschung von Schadgasen und Geruchsstoffen
(2001) Boeker, Peter
Zur Konditionierung von feuchten Messgasströmen werden Messgaskühler eingesetzt. In ihnen wird der Taupunkt auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt. Mit dieser Absenkung ist eine Kondensation der überschüssigen Wassermenge verbunden. Zwei daraus resultierende Effekte beeinflussen die Konzentration von Schadgasen und Geruchsstoffen. Durch die Kondensation eines Teils der Feuchte verringert sich der Gesamtgasstrom. Daher steigen die Konzentrationen der anderen Gaskomponenten an. Bei wasserlöslichen Komponenten tritt allerdings zusätzlich eine Auswaschung durch Absorption im Kondensat auf. Die Konzentration dieser Komponenten verringert sich. Beide Effekte werden vom Grad der Taupunktsenkung und von der Temperatur im Kühler beeinflußt. Bei tiefen Temperaturen steigt die Gaslöslichkeit und die kondensierende Wassermenge an. Daher treten hier die größten Auswaschungen auf. Bei Geruchsstoffen muß der Effekt der Auswaschung besonders berücksichtigt werden. Um durch die Riechschleimhaut zu den Rezeptoren zu gelangen, müssen Geruchsstoffe wasserlöslich sein. Je nach Größe der Wasserlöslichkeit ergeben sich unterschiedliche Konzentrationsverschiebungen. Der resultierende Geruchseindruck kann sich durch die Veränderung der relativen Zusammensetzung daher stark ändern. Die alternative Verdünnung des Messgases mit trockener Luft zur Senkung des Taupunktes resultiert in erheblichen Konzentrationsverringerungen. Im Beitrag werden die grundlegenden Vorgänge und Methoden zur Berechnung der Effekte vorgestellt.
Ausbreitungsmodellierung von Gerüchen mit zeitaufgelösten Modellen
(2000) Boeker, Peter; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Croce, Roberto; Diekmann, Bernd; Griebel, Michael; Schulze Lammers, Peter
Der Beitrag erläutert im Kontext der bisher angewandten Methoden einen neuen Ansatz zur Ausbreitungsmodellierung von Gerüchen. Anhand von Beispielfällen wird die Methodik der Geruchsprognose mit verschiedenen Ansätzen dargestellt und deren Vor- und Nachteile, sowie deren Limitierungen diskutiert. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Ausbreitung im Nahbereich von Geruchsemittenten mit niedrigen Quellhöhen und strömungstechnisch komplexer Umgebung gerichtet. Typische Fälle hierfür sind landwirtschaftliche Emittenten oder Anlagen der biologischen Prozeßtechnik (Kompostierungen, Kläranlagen). Das neue Ausbreitungsmodell ist eine Weiterentwicklung des Modells NaSt3D mit zwei Varianten einer verbesserten Ausbreitungsmodellierung, einem Advektions-Diffusions-Ansatz (Euler-Modell) und einer Lagrange- Partikel-Modellierung. Das Modell ist in der Lage, Strömungen und Ausbreitungen zeitaufgelöst zu berechnen und damit die für Geruchsphänomene wichtige Frage der Konzentrationsfluktuation im Modell zu integrieren. Durch die Parallelisierung des Rechencodes ist es möglich, auch bisher zu komplexe Gelände- und Quellkonfigurationen in feiner Unterteilung des Rechengitters zu berechnen. Hierfür sind momentan Rechnercluster und Hochleistungsrechner einsetzbar, als Vorgriff auf die schnelle Weiterentwicklung leistungsfähiger Personalcomputer. Der durchgängig analytische Ansatz vermeidet empirische Modellergänzungen mit Anpassungsparametern, wie beispielsweise die sonst erforderlichen Modelle der ?oeberschreitungswahrscheinlichkeit, und kann damit physikalisch begründet kalibriert werden.
Chemosensor Systems and Odour Measurement - Current Developments in Electronic Olfactometry
(2001) Boeker, Peter
Chemosensor measuring systems termed “electronic noses” have been introduced which, very generally speaking, imitate the biological sense of smell. Even though these systems cannot primarily analyze odour char- acteristics, but rather compositions of gas mixtures, they are also used for “electronic olfactometry”. In this contribution, the background and the problems of their use and application for odour measurement are discussed. The methods which have been employed so far do not provide meaningful results. In addition, perspectives and research goals for future development are Described.
Chemosensorik und Geruchsmessung
Stand der elektronischen Olfaktometrie
(2001) Boeker, Peter
Unter der Bezeichnung ?EURzElektronische Nasen?EURoe sind chemosensorische Messsysteme eingeführt worden, die in einem sehr allgemeinen Sinn dem Vorbild des biologischen Geruchssinns nachgebildet sind. Obwohl diese Systeme nicht primär Geruchseigenschaften, sondern Zusammensetzungen von Gasmischungen analysieren können, werden sie auch für die ?EURzelektronische Olfaktometrie?EURoe eingesetzt. Im Beitrag werden die Hintergründe und die Probleme des Einsatzes und der ?oebertragung auf die Geruchsmessung diskutiert. Dabei zeigen sich die bisher eingesetzten Methoden als nicht aussagekräftig. Für die künftige Weiterentwicklung werden Perspektiven und Forschungsziele benannt.
Messung biogener Gase: Konzentrationsverschiebungen durch Auskondensation von Gasfeuchte
(1999) Boeker, Peter; Rechenbach, Thomas; Schulze Lammers, Peter
Emissionsmessungen biogener Gase bei hohen Quellentemperaturen und Feuchtegehalten stellen besondere Anforderungen an die Messtechnik. Auf den Gaswegen zum Analysator kann es bei Absinken des Temperaturniveaus zu Taupunktunterschreitungen und damit zu Kondensationen kommen. Muß der Analysator aufgrund seines Meßprinzipes bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Taupunktes des Emissionsgases betrieben werden, ist eine Absenkung des Wassergehaltes erforderlich, um kondensierende Feuchte im Messgerät zu vermeiden. Ein Weg zur Absenkung des Wassergehaltes ist der Einsatz eines Messgaskühlers, in dem bei definierter Temperatur der Taupunkt durch Auskondensation abgesenkt wird. Auf zwei Weisen kann es dadurch zu Fehleinschätzungen der Emissionen kommen. Durch die Auskondensation des Wasseranteils wird der relative Anteil des Messgases erhöht, die Konzentration steigt an. Umgekehrt wird bei löslichen Gasen ein Teil des Gases durch das Kondensat ausgewaschen, die Konzentration sinkt dadurch ab. Da Ammoniak in Wasser gut löslich ist, besteht die Erwartung, dass bei Kondensation des Wasseranteils in hohem Maß Ammoniak gelöst und ausgewaschen wird. Berechnungen auf Basis von Ansätzen der Luftzustände und der Löslichkeit von Ammoniak zeigen einen überraschenden Befund: unterhalb einer bestimmten Messgaskühlertemperatur tritt eine Konzentrationsabsenkung, oberhalb tritt eine Konzentrationserhöhung auf. Zur ?oeberprüfung wurden die berechneten Konzentrationskurven mit einer speziell zusammengestellten Apparatur nachgemessen. Die Messergebnisse bestätigen mit hoher Genauigkeit die gewählten Ansätze und den Einfluss der Kondensation auf die Analytkonzentration. Zusätzlich können mit der experimentellen Methode Gaslöslichkeiten bei niedrigen Partialdrücken vermessen werden. Die berechneten und durch Messungen verifizierten Beziehungen ermöglichen die Auslegung und Betriebsweise von Messgaskühlern, deren quantitativ festgelegte Konzentrationsverschiebungen sich korrigieren lassen.
Reduction of the Measuring Gas Dew Point - Concentration Changes and Washing Out of Noxious Gases and Odorous Compounds
(2001) Boeker, Peter
Gas cooling devices are used as a means of conditioning humid measur- ing gas flows. In these devices, the dew point is lowered. This causes the surplus quantity of water to condense. Two resulting effects influence the concentration of noxious gases and odorous compounds. The condensa- tion part of the humidity reduces the total gas flow. Therefore, the con- centrations of the other gas components rise. Water-soluble components, however, cause additional washing-out due to absorption in the conden- sate. The concentration of these components diminishes. Both effects are influenced by the degree of dew point reduction and the temperature in the cooler. At low temperatures, gas solubility and the quantity of con- densing water increase. Therefore, the largest washing out effect occurs here. In the case of odorous compounds, the washing-out effect must be taken into special consideration. In order to pass the mucous membrane which covers the olfactory receptors in the nose, odorous molecules must be water-soluble. Depending upon the degree of water solubility, different concentration shifts occur. The resulting odour impression may therefore alter significantly due to the change in relative composition. The alter- native dilution of the measuring gas with dry air for dew point reduction results in a considerable reduction of the concentrations. In this contribution, the fundamental procedures and methods for the calculation of these effects are presented.
The Modelling of Odour Dispersion with Time-Resolved Models
(2000) Boeker, Peter; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Croce, Roberto; Diekmann, Bernd; Griebel, Michael; Schulze Lammers, Peter
In connection with the methods used so far, this contribution describes a new approach for the modelling of odour dispersion. Using the aid of example cases, the methodology of odour prognosis with different approaches is explained, and their advantages and dis- advantages as well as their limitations are discussed. Particular attention is given to close-range dispersion from odour emis- sion sources with low source heights and a complex fluidic environment. Typical examples of such cases are agricultural sources or biological processing plants (composting, sewage treatment plants). The new dispersion model is a further development of the NaSt3D model with two variants of improved dispersion modelling, an advection- diffusion approach (Euler model) and a Lagrange-particle model. This model is able to conduct time-resolved calculations of flows and disper- sion and hence allows the question of concentration fluctuation, which is important for odour phenomena, to be integrated into the model. The parallelizing of the computer code enables terrain- and source configu- rations which have been too complex thus far to be calculated in a fine division of the calculation grid. At present, computer clusters and high- performance computers can be used for this purpose in anticipation of the fast further development of efficient personal computers. The consistently analytical approach avoids empirical model supple- ments with adaptation parameters, such as the otherwise necessary mo- dels of exceeding probability, and can thus be calibrated on a physical basis.
Tracer Measurements for the Validation of Odour Dispersion Models
(2001) Boeker, Peter; Wittkowski, Martin; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Griebel, Michael; Diekmann, Bernd; Schulze Lammers, Peter
Dispersion models are computer-based numerical models which are spe- cially developed for the prognosis of the dispersion behaviour of sub- stances in natural wind flows. They integrate different theoretical sub- models from fluid, gas, and particle dynamics. Since efficient modelling requires simplifications and additional assumptions, the simulation re- sults provided by these models must be compared with real-world data in order to prove the validity of the model. This is called validation. Odour perception at the input location is determined by the fluctuations of local immission concentration. Odour perception begins only when the threshold value is exceeded. Therefore, the determination of values in ex- cess of the threshold level requires that, in addition to the mean input value, its fluctuation be known. Due to the turbulence of natural wind flows, odorants are diluted to a varying degree during transmission. Mo- reover, changing wind directions lead to a shift in the main direction of propagation, which causes the odour plume to meander. The new NaSt3D model was examined as an example of the validation of odour dispersion models. For this reason, field measurements were taken in or- der to determine odour propagation. A mobile tracer measurement technique with simultaneous recording of the meteorological data, the measuring positions, and the tracer concentration allowed measurements with high temporal and spatial resolution to be carried out. Comparisons of model calculations and measurements showed a high degree of consi- stency and proved the applicability of the NaSt3D model for detailed odour dispersion simulation.
Tracermessungen zur Validierung von Geruchsmodellen
(2001) Boeker, Peter; Wittkowski, Martin; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Griebel, Michael; Diekmann, Bernd; Schulze Lammers, Peter
Ausbreitungsmodelle sind computerbasierte numerische Modelle, die speziell für die Prognose des Ausbreitungsverhaltens von Stoffen in natürlichen Windströmungen aufgestellt werden. Sie enthalten verschiedene Theorieelemente aus der Strömungsmechanik, Gas- und Partikeldynamik. Durch die erforderlichen Vereinfachungen und Zusatzannahmen zur effizienten Modellierung müssen die Simulationsergebnisse, die mit diesen Modellen erhalten werden, mit Realdaten verglichen werden, um die Gültigkeit des Modells nachzuweisen. Dies wird als Validierung bezeichnet. Die Geruchswahrnehmung am Immissionsort ist von den Schwankungen der lokalen Immissionskonzentration bestimmt. Die Geruchswahrnehmung setzt erst ab dem Schwellenwert ein, daher muß zur Bestimmung der ?oeberschreitung zusätzlich zum Mittelwert der Immission der Schwankungswert bekannt sein. Durch die Turbulenz der natürlichen Windströmungen werden die Geruchsstoffe bei der Transmission verschieden stark verdünnt. Zusätzlich führen wechselnde Windrichtungen zu einer Verschiebung der Ausbreitungsrichtung, die sich im Mäandern der Ausbreitungsfahne auswirkt. Exemplarisch für die Validierung von Ausbreitungsmodellen wurde das neue Ausbreitungsmodell NaSt3D untersucht. Dafür wurden Freilandmessungen zur Bestimmung der Ausbreitung durchgeführt. Mit einer mobilen Tracermeßtechnik bei simultaner Aufzeichnung der meteorologischen Daten, der Meßpositionen und der Tracerkonzentration wurden örtlich und zeitlich hochaufgelöste Messungen realisiert. Die Vergleiche von Modellrechnungen und Messungen ergaben eine gute ?oebereinstimmung und weisen die Einsetzbarkeit des Modells NaSt3D für die detaillierte Geruchsausbreitungssimulation nach.