Determining the effect of wash water parameters on the polycyclica aromatic hydrocarbons mass balance in open loop exhaust gas cleaning systems

Abstract

The main objective is to investigate the influence of wash water parameters in open loop exhaust gas desulphurization systems on the absorption of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Selected PAH are listed in the Environment Protection Agency 16 priority pollutants. Secondary objective was to propose a method for PAH mass balance calculation.

The literature part is a literature review, that investigates the PAH formation and possible interaction in aqueous phase with particulate matter. The effect of wash water salinity and temperature on individual PAH pollutants was investigated in depth.

For the applied part, three samples from two ships were collected and sent to the laboratory for detailed gas-chromatography mass-spectrometry (GC-MS) PAH analysis in aqueous phase and in filtered particulate matter. To verify the accuracy of the analysis, quality control and quality assurance analysis were requested. For establishing the mass balance of PAH species, the Henry’s law was applied, which relied on the solubilities of PAH species discussed in the literature part. The mass balance was calculated with 1-Stage method, which is based on the equilibrium achieved with Henry’s law. In addition, the mass balance was simulated in Aspen Plus with multiple absorption stages.

An extensive sensitivity analysis was carried out with 1-Stage method and with Aspen Plus. Both sensitivity analysis were compared with each other and an error evaluation function was regressed in IBM SPSS 25. The obtained error estimation was used to correct the 1-Stage method towards the Aspen Plus results.

Based on the quality control and quality assurance results, parent PAH concentration was up to 70% lower than the corrected PAH concentration. Up to 22 % of the total PAH were found in in particulate matter. PAH mass balance can be calculated with proposed method with accuracy of 17.25 % with 95% probability.

Työn päätarkoituksena on tutkia laivojen merivesirikkipesureiden pesuveden parametrien vaikutusta polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen (PAH) absorptioon. Valitut PAH-aineet kuuluvat Environment Protection Agency 16 prioriteettisaasteisiin. Toissijaisena tarkoituksena on ehdottaa metodi PAH-aineiden massataseen laskemiseen.

Työn kirjallisuusosa keskittyy PAH muodostumiseen ja mahdollisiin vuorovaikutuksiin PAH ja hiukkaspäästöjen välillä nesteessä. Kirjallisuusosassa perehdytään myös pesuveden saliniteetin ja lämpötilan vaikutuksiin yksittäisiin PAH-molekyyleihin.

Käytännön osaa varten, kolme kenttänäytettä kahdelta laivalta lähetettiin laboratorioon analysoitavaksi. Analyysi sisälsi tarkan kaasu kromatografia massa spektrometria analyysin neste- ja hiukkasfaaseista. Lisäksi laboratoriossa suoritettiin analyysin laatu tarkastelun tarkkuutta varten. PAH-aineiden massataseen muodostamista varten työssä käytettiin Henryn lakia. Massatase laskettiin 1-ideaaliaskeleen metodilla ja simuloitiin Aspen Plus ohjelmalla usealla ideaaliaskeleella.

Laaja herkkyysanaalyysi suoritettiin kummallakin metodilla ja tulokset verrattiin keskenään. Virhearviointi suoritettiin IBM SPSS 25 ohjelmalla ja virheet sovitettiin funktioon regressiolla.

Laboratorion analyysin laatutarkastelun perusteella, alkuperäinen PAH konsentraatio on jopa 70 % matalampi kuin korjattu konsentraatio ja jopa 22 % koko PAH konsentraatiosta löytyi hiukkaspäästöistä. PAH massataseen voi laskea ehdotetulla metodilla 17.25% tarkkuudella 95% todennäköisyydellä.