ILMANLAATU

Ilmanlaadulle on joukko erilaisia raja-arvoja, mikä johtuu siitä, että vaikutukset vaihtelevat ajasta ja päästötyypistä riippuen. Esimerkiksi terveysvaikutukset ovat erilaisia riippuen siitä, altistuvatko ihmiset korkeille pitoisuuksille lyhyen ajan kuluessa vai onko altistuminen tapahtunut pitkän ajan kuluessa. Riskit voivat olla suuria kummassakin tapauksessa, mutta oireet erilaisia. Pitkäaikaisilla raja-arvoilla on suurempi merkitys luontoympäristölle, jolloin voi olla kiinnostavampaa tarkastella epäpuhtauksien laskeumia maahan ja vesistöihin.

Alla olevassa taulukossa esitetään muutamien epäpuhtauksien raja-arvot sekä lyhyellä (tunti ja vuorokausi) että pitkällä aikavälillä (vuosi). Lyhytaikaiset raja-arvot eivät ole ehdottomia, vaan ne voidaan ylittää joitakin kertoja vuodessa ilman että siitä on tarpeen raportoida ja ryhtyä toimenpiteisiin. Sallittujen ylitysten lukumäärän määrittelemiseksi on olemassa tietyt laskentamenetelmät.

Vuonna 1999 tulivat voimaat uudet, EU:n vahvistamat ilmanlaadun raja-arvot. Uusien raja-arvojen saavuttamiselle annettiin siirtymäaika, minkä jälkeen pitoisuuksien täytyy alittaa raja-arvot. Siirtymäajat vaihtelevat komponentista riippuen ja ulottuvat joko vuoteen 2005 tai 2010. Vanhat raja-arvot ovat voimassa siihen saakka. Raja-arvot annetaan myös polysyklisille aromaattisille hiilivedyille, kadmiumille, arsenikille, nikkelille ja elohopealle. EU-direktiivin seurauksena sekä Ruotsissa että Suomessa on laadittu ulkoilman ympäristönormeja koskevia asetuksia (raja-arvot. Ruotsin asetus SFS 2001:527 ja Suomen Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta 711 / 2001).

Ilmanlaatu Pohjanmaalla

Rikkidioksidi

Ilmansuojelun tulokset ovat havaittavissa parhaiten tarkasteltaessa rikkidioksidipäästöjen vähennystä, mikä heijastuu myös ilmasta mitatuissa pitoisuuksissa. Kansallinen tavoite, jonka mukaan rikkidioksidipäästöjä olisi vähennettävä 80 % vuoteen 2000 mennessä lähtökohtavuoteen 1980 verrattuna, saavutettiin Suomessa jo vuonna 1994. Suurimmista päästövähennyksistä vastaavat energiantuotanto ja metsäteollisuus, jotka ovat vastanneet suurimmista päästöistä. (Ympäristö 2001).

Kaavioissa esitellään rikkidioksidin vuosikeskiarvot ja vuorokausikeskiarvot Länsi-Suomessa. Ähtärin tausta-aseman pitoisuudet ovat olleet koko seurantajakson ajan n. 1 µg/m³ tai sen alle. Korkeimmat pitoisuudet mitattiin Kokkolassa, Ykspihlajassa vuonna 1996, jolloin vuorokausikeskiarvo oli 38 % raja-arvosta.

Rikkidioksidipitoisuuden vuosikeskiarvot Pohjanmaalla 1992-2000.

Rikkidioksidin vuorokausiarvot Pohjanmaalla 1992-2000. Raja-arvo on 125 µg/m3

Typen oksidit

Puolet Suomen typen oksidien päästöistä on peräisin tieliikenteestä ja puolet teollisuudesta, energiantuotannosta ja muusta liikenteestä. Päästöosuudet vaihtelevat paikkakunnittain, mutta ilmasta mitattuja pitoisuuksia säätelee ennen kaikkea etäisyys päästölähteestä. Suurten energiantuotantoyksiöiden korkeat piiput levittävät päästöt laajalle alueelle, kun taas tieliikenteen päästöjen matala päästökorkeus heijastuu selvästi mitatuissa pitoisuuksissa.

Lähes kaikki Pohjanmaan asemat, joilla typpioksidia mitataan sijaitsevat kaupunkiympäristössä ja ovat luonteeltaan liikenneasemia. Vain Kristiinankaupungin mittausasema sijaitsee esikaupunkialueella, eikä liikenneväylien välittömässä läheisyydessä. Taulukossa esitellään typen oksidien ja otsonin pitoisuudet tyypillisenä päivänä Vaasassa sijaitsevalla ilmanlaadunmittausasemalla. Aamulla liikenteen vilkastuessa typen oksidien pitoisuus kasvaa ja illalla pitoisuudet taas laskevat. Otsonipitoisuudet muuttuvat päinvastaisesti, koska ne reagoivat typpimonoksidipäästöjen kanssa.

Typen oksidien (NOX) ja otsonin (O3) tuntikeskiarvot Vaasassa 17.1.2003.

Typpidioksidipitoisuuden tuntikeskiarvo 1993-2000. Raja-arvo on 200 µg/m3

Hengitettävät hiukkaset

Hengitettävien hiukkasten (PM₁₀) aerodynaaminen halkaisija on alle 10 µm. Hiukkasia syntyy polttoprosesseissa ja mekaanisesti. Suurin osa hengitettävien hiukkasten kokonaismassasta koostuu mekaanisesti syntyvistä hiukkasista. Suurimpia pitoisuuksia mitataan erityisesti keväisin lumen sulamisen aikaan. Suurin osa katuympäristössä leijuvista hiukkasista on peräisin kaduille talvella levitetystä hiekoitushiekasta ja liikenteen kuluttamista katupäällysteistä. Osa hiukkasista on peräisin polttoprosesseista. Seuraavissa kaavioissa esitellään hengitettävien hiukkasten pitoisuuksia vuosi- ja vuorokausiohjearvoihin verrattuna.

Hengitettävien hiukkasten vuosikeskiarvot 1994-2000. Raja-arvo on 40 µg/m3

Hengitettävien hiukkasten vuorokausikeskiarvot. Raja-arvo on 50 µg/m3

Ilmanlaatu Länsipohjassa

Rikkidioksidi

Uumajan pitkäaikainen rikkidioksidikeskiarvojen mittaussarja osoittaa, että pitoisuudet ovat voimakkaasti laskeneet 1970-luvun alkuvuosista, jolloin ne olivat n. 70 µg/m³. Vuoteen 1988 saakka pitoisuudet laskivat selvästi tasoittuen vähitellen n. 4 µg/m³:n keskimääräisiin pitoisuuksiin. Rikkidioksidipäästöt ovat nykyisin niin matalia, etteivät ne muodosta mainittavaa terveysvaaraa. Skellefteåssa toimiva Rönnskärsverken on kauan ollut alueen suurin rikkipäästöjen lähde. Päästöt ovat kuitenkin vähentyneet niin voimakkaasti, ettei enää ole havaittavissa rikkidioksidipitoisuuden kasvua, joka voitaisiin liittää laitokseen.

Rikkidioksidin keskiarvo talvivuosipuoliskolla Uumajan keskustassa

Typpidioksidi

uotsin puolella suuri osa typen oksidien päästöistä on peräisin tieliikenteestä ja työkoneista. Pitoisuuksien kasvua on siksi selvimmin havaittavissa suurimpien liikenneväylien ja rannikon suurten taajamienläheisyydessä. Läänin suurimmissa kaupungeissa Uumajassa ja Skellefteåssa typpidioksidipitoisuudet ovat voimassa olevien raja-arvojen alapuolella, mutta arvot on saatava vieläkin alemmas EU-vaatimuksista selviämiseksi (ympäristönormi). Typpidioksidipitoisuudet ovat vähentyneet hieman Uumajassa vuoden 1996 jälkeen, mutta ne ovat edelleen suhteellisen korkealla tasolla. Uumajan talvivuosipuoliskon keskiarvo on ollut noin 30 µg/m³ viime kymmenvuotiskauden aikana.

Lyckselen, Vännäsin ja Uumajan ilmanlaatu (talvivuosipuoliskon keskiarvo)

Hiukkaset

Hiukkaspitoisuudet saattavat olla ajoittain korkeita Länsipohjan läänissä. Tämä johtuu siitä, että puukattilalämmitteisten talojen osuus on edelleen suuri, sekä siitä, että tästä poltosta syntyy runsaasti nokihiukkasia. Suurimmilla Länsipohjan paikkakunnilla autoliikenne ja tiepöly ovat suhteellisesti suurempi hiukkaslähde. Talviaikana pitoisuuksia kohottaa ilmakehän käänteinen lämpötilakerrostuma, jolloin ilma ei pääse sekoittumaan puhtaampaanilmaan. Inversiokausien aikana hiukkaspitoisuudet saattavat nousta hyvin korkeiksi. Vuorokausivaihtelut ovat tavallisesti suuria ennen kaikkea hieman suurempien hiukkasten (PM₁₀) osalta. Keväällä tämä on havaittavissa erityisen selvästi vilkastuvan liikenteen ja katujen siivouksen nostaessa ilmaan katupölyä.

Hiukkastuntiarvot vuorokauden aikana Uumajassa myöhäiskeväällä. Suurempien hiukkasten (PM10) pitoisuus vaihtelee enemmän vuorokauden aikana kuin pienempien hiukkasten (PM2,5) jotka kulkeutuvat yleensä kaukaa. Kaavion pitoisuudet kuvastavat tyypillistä kevätpäivää toukokuussa tai kesäkuun alussa. Kaavion huippua korkeammatkaan arvot eivät ole harvinaisia.

Tausta-aluemittaukset

Jotta voitaisiin arvioida kaukaa kulkeutuneiden ilmansaasteiden osuus taajamaympäristössä, tarvitaan täydentäviä tausta-aluemittauksia. Ajankohdista, jolloin taajamissa on mitattu kohonneita pitoisuuksia, voidaan päätellä, ovat pitoisuudet peräisin paikallisista vai alueellisista päästölähteistä. Holmössä Uumajan ulkopuolella on mitattu rikkidioksidia ja typpidioksidia passiivisilla näytteenottimilla vuoden 2001 lokakuusta lähtien. Typpidioksidipitoisuudet ovat taustaympäristössä n. 10 % taajamien keskimääräisistä pitoisuuksista. Rikin osalta luku on hieman korkeampi, n. 20 %.

Rikkidioksidin kuukausikeskiarvot, jotka mitattu passiivisilla näytteenottimilla Uumajan kunnan Holmössä

Typpidioksidin kuukausikeskiarvot, jotka on mitattu passiivisilla näytteenottimilla Uumajan kunnan Holmössä.

Mittausmenetelmät ja -laitteet

Rikkidioksidi (SO₂)

Rikkidioksidimittauksen referenssimenetelmä on ultraviolettisäteilyn fluoresenssi. Menetelmää käytetään kaikilla Pohjanmaan mittausasemilla. UV-fluoresenssianalysaattorin toimintaperiaate on suhteellisen yksinkertainen. Sykkivän UV-lampun valo suodatetaan, jotta saadaan oikea aallonpituus (190 nm - 230 nm). Valo johdetaan reaktiokammioon, jossa rikkidioksidi absorboi valon ja rikkidioksidimolekyylit saavat korkeamman energiatason. Kun molekyylit palaavat normaalitasolle, niistä lähtee säteilyä. Säteily kulkee vuorostaan toisen suodattimen läpi valomonistimelle, joka muuttaa säteilyn sähkösignaaliksi. Signaali on lineaarisessa suhteessa SO₂ -pitoisuuteen.

Pahanhajuiset rikkiyhdisteet (TRS)

TRS-mittauksia (Total Reduced Sulphur) eli pahanhajuisten rikkiyhdisteiden mittauksia suoritetaan paikkakunnilla, joilla on selluloosateollisuutta. Pohjanmaalla mittauksia suoritetaan Pietarsaaressa ja Kaskisissa. TRS-mittaukset suoritetaan rikkidioksidianalysaattorilla. Muunnetut rikkiyhdisteet muutetaan konvertterilla (lämpötila 850 °C) rikkidioksidiksi, jonka pitoisuus mitataan.

Typpioksidit (NO_X)

Ilmansaasteiden jatkuvaan mittaukseen käytettävää laitteistoa.

Typpioksidimittausten referenssimenetelmä on kemiluminesenssi. Menetelmää käytetään Pohjanmaan kaikilla mittausasemilla. Kemiluminesenssi tarkoittaa, että kemiallinen reaktio tuottaa valoa. Itse toimintaperiaate perustuu siihen, että typpimonoksidi (NO) tuottaa ominaista luminesenssisäteilyä reagoidessaan otsonin (O₃). kanssa. Otsonia tuotetaan tarvittava määrä laitteen otsonigeneraattorissa. Kemiluminesenssisäteilyn voimakkuus on lineaarinen suhteessa typpimonoksidipitoisuuteen.

Typpidioksidipitoisuus (NO₂) voidaan mitata kemiluminesenssin avulla sen jälkeen, kun se on muutettu typpimonoksidiksi. Seuraavaksi toimitaan kuten edellä, mutta tulos ilmoitetaan typin oksidien pitoisuutena (NO_X). KTyppidioksidipitoisuus saadaan vähentämällä typpimonoksidipitoisuus typen oksidien pitoisuudesta. Täten saadaan kolme jatkuvaa signaalia: NO, NO₂ och NO_X.

Leijuvien hiukkasten mittaaminen

Leijuvien hiukkasten kokonaismäärä (TSP)

Leijuvien hiukkasten kokonaispitoisuus mitataan tehoimurilla, jolla imetään ilmaa 20-30 l/s suojakotelossa olevan suodattimen läpi. Keräämiseen käytetään tavallisesti lasikuitusuodatinta ja keräysaika on tavallisesti yksi vuorokausi. Kokonaisleijuma lasketaan siten, että vuorokauden aikana kerätyn näytteen massa punnitaan ja määritetään suodattimen läpi imetyn ilman määrä. TSP-mittausten suodattimia voidaan käyttää myöhemmin raskasmetallianalyysissa.

Hengitettävät hiukkaset (PM₁₀)

Hengitettävien hiukkasten mittauksen referenssimenetelmänä käytetään suodattimeen kertyneen hiukkasmassan gravimetristä määrittelyä. Pohjanmaalla hengitettävien hiukkasten mittaukseen käytetään sekä gravimetristä referenssimenetelmää että jatkuvatoimisia analysaattoreita.

Perinteinen hengitettävien hiukkasten mittaamisen referenssimenetelmä on samankaltainen tehokeäräin kuin leijuvien hiukkasten (TSP) mittaamiseen käytettävä sillä erotuksella, että ilman sisäänmenoaukossa on PM₁₀ –esierotin, joka seuloo ilmavirrasta hiukkaset, jotka ovat suurempia kuin 10 µm Ei-jatkuvatoimisessa menetelmässä on se etu, että suodattimista voidaan analysoida esim. metallit. Haittapuolena taas on se, että tulokseksi saadaan vain vuorokausikeskiarvoja, eikä vaihteluja vuorokauden sisällä voida nähdä.

Hengitettäviä hiukkasia (PM₁₀) mitataan jatkuvatoimisesti laitteella, jonka mittausperiaate on mikropunnitusmenetelmä (TEOM 1400), ja laitteella, jonka mittaus perustuu ß-absorptioon (Eberline FH 62 IR). Kumpikin laite on varustettu PM₁₀-esierottimella, jonka läpi imetään jatkuvasti ilmaa ja hiukkaset kertyvät suodattimeen. Mikropunnitusmenetelmässä suodatin on kiinnitetty kartionmuotoiseen putkielementtiin, joka värisee tietyllä ominaistaajuudella. Hiukkasmassan kasvaessa myös suodattimen massa kasvaa. Tämä muuttaa värähtelytaajuutta ja muutos muutetaan painoyksiköiksi.

Mittauslaitteissa, joissa mittaaminen perustuu ß-säteilyn absorptioon ß-säteily johdetaan läpi suodattimen, johon on kertynyt hiukkasmassaa. Mittaustulos saadaan säteilyn absorbtion eroina.

DOAS-mittari

DOAS-menetelmä (Differential Optical Absorption Spectroscopy) perustuu siihen, että lähettimestä lähetetään valonsäde, joka kulkee tietyn matkan ilman halki (muutamasta sadasta metristä 5 kilometriin) ja joka mitataan vastaanottimessa. Tuloksista voidaan päätellä eri aineiden pitoisuudet ilmassa.

Rikkidioksidin, typpidioksidin ja noen mittaaminen puoliautomaattisesti

Näytteet otetaan puoliautomaattisella vuorokausinäytteenottimella, jossa on 8 näytteenottokanavaa. Jokaisessa kanavassa on suodatinpidike, jossa on Whatman 1 -suodatin (noen erottamista varten) ja sen jälkeen natriumjodidilla kyllästetty lasikuitusuodatin (huokoisuus 2, 40-60 mikrometriä) typpidioksidin kemiallista imeyttämistä varten. Lasikuitusuodattimen rinnalle on asennettu happamoidulla vetysuperoksidiliuoksella osittain täytetty pesupullo. Ilman rikkidioksidi absorboituu vetyperoksidiliuokseen. Virtaus näytteenottimen läpi saadaan aikaan tyhjiöpumpulla. Ilman osavirtaus typpidioksidisuodattimen läpi on 0,4 l/min ja pesupullon läpi 1,1 l/min, ts. kokonaisvirtaus nokisuodattimen läpi on 1,5 l/min.

Näyteilman ottoaukko on ylösalaisin oleva muovisuppilo, jonka suun halkaisija on 50 mm. Ottoaukosta ilma johdetaan polypropeeniputkessa näytteenottimeen, joka on varustettu aikaohjauksella siten, että kukin näyte vastaa kalenterivuorokautta.

Nokipitoisuus saadaan vertaamalla suodattimen väriä tai tummuutta väriskaalaan, jossa ilmoitetaan vastaava nokipitoisuus.

VOC:n mittaaminen

Diffuusionäytteenotin ja sen teline.

VOC (Volatile Organic Compounds) kattaa haihtuvat hiilivedyt (esim. bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni ja ksyleenit) ja niitä mitataan diffuusionäytteenottimella. Näytteenotossa käytetään ruostumattomasta teräksestä valmistettua näytteenotinta (Perkin Elmer), joka sisältää Tenax-TA -adsorbenttia. Itse analyysi suoritetaan automaattisella injektorilla (Perkin Elmer, ATD-400), joka on liitetty tehokkaaseen kaasukromatografiin (Varian 3700), jossa on liekki-ionisaatiodetektori.

VOC mitataan samoissa mittauspisteissä kuin nokimittaukset ja niitä tehdään yhtenä viikkona kuukaudesta.

Laskeuman mittaaminen

Laskeumamittauksia tehdään lähinnä happamoittavan laskeuman, ts. sulfaattirikin, nitraattitypen ja ammoniakkitypen tutkimiseksi. Kokonaistyppilaskeuma saadaan nitraatti- ja ammoniakkitypen summasta. Laskeumasta analysoidaan myös mm. johtokyky, voimakkaat hapot, kalsium, magnesium, natrium, kloridi, fosfaattifosfori ja kalium. Pohjanmaalla laskeumanäytteenottimet on sijoitettu avoimille paikoille ja Länsipohjassa sekä avoimille kentille että metsiköihin.

Tietojenkäsittely

Pohjanmaalla jatkuvia ilmanlaatumittauksia ohjataan DILTA (Digimatic Ilman Laadun Tarkkailujärjestelmä) -nimisen tietokoneohjelman avulla. DILTA on Windows-pohjainen ohjelma, jolla pidetään yhteyttä mittausasemiin, arkistoidaan tuloksia ja laaditaan raportteja. Tietokone ottaa yhteyttä asemiin halutuin väliajoin modeemin välityksellä ja kerää tulokset, jotka näkyvät näytöllä lähes reaaliajassa.

Skellefteåssa käytetään Indic Airviro -tietokoneohjelmaa, joka on käytössä myös 20 muussa maassa.