LUFTENS KVALITET

Det finns en mängd olika typer av gränsvärden för luftkvalitet och orsaken till detta är att effekterna varierar beroende på tidsperspektivet och typen av förorening. Hälsopåverkan t.ex. är olika beroende på om personer utsätts för höga halter under kort tid eller om exponeringen skett under en utdragen tid. Riskerna kan vara stora i bägge fallen men symtomen olika. För naturmiljön har långsiktiga gränsvärdena större betydelse och det är i dessa sammanhang mer intressant att se på nedfallet av föroreningar på mark och i vatten.

Nedanstående tabell visar gränsvärden för ett antal föroreningar både på kort sikt (timme och dygn) och lång sikt (år). Korttidsgränsvärdena är inte absoluta utan kan överskridas ett antal gånger per år utan att rapportering behöver göras och åtgärder måste vidtas. Det finns särskilda beräkningsmetoder för att bestämma detta antal tillåtna överskridningar.

År 1999 kom nya, av EU fastställda gränsvärden för luftkvalitet. För att uppnå de nya gränsvärdena gavs en övergångstid efter vilken halterna skall vara under gränsvärdena. Övergångstiden är olika, beroende på komponent, och räcker antingen till 2005 eller 2010. Tills dess är de gamla gränsvärdena i kraft. Gränsvärden kommer att ges även för polycykliska aromatiska kolväten, kadmium, arsenik, nickel och kvicksilver. EU-direktivet har utmynnat i att man både på svenska och finska sidan upprättad förordningar om miljökvalitetsnormer (gränsvärden) för utomhusluft. Den svenska förordningen benämns SFS 2001:527 och den finska är statsrådets förordning om luftkvaliteten 711 / 2001.

Luftkvaliteten i Österbotten

Svaveldioxid

Resultaten av luftskyddet är mest märkbart när man ser på minskningen av svaveldioxidutsläppen vilket även återspeglas i halterna i luften. Det nationella målet att minska svaveldioxidutsläppen med 80% till år 2000 jämfört med basåret 1980 uppnåddes i Finland redan år 1994. De största minskningarna av utsläpp står energiproduktionen och skogsindustrin för, som även traditionellt har stått för de största utsläppsandelarna. (Miljö 2001).

I figurer presenteras årsmedelvärden och dygnsmedelvärden för svaveldioxid i västra Finland. Halterna vid bakgrundsstationen i Etseri har under hela granskningsperioden varit ca 1 µg/m³ eller under. De högsta halterna uppmättes i Karleby, Yxpila år 1996 där dygnsmedelvärdet var 38% av gränsvärdet.

Årsmedelvärden för svaveldioxidhalten i Österbotten under åren 1992-2000.

Dygnsvärdet för svaveldioxid i Österbotten under åren 1992-2000. Gränsvädet är 125 µg/m3

Kvävets oxider

I Finland kommer hälften av kväveoxidutsläppen från vägtrafiken och den andra hälften från industrin, energiproduktionen och annan trafik. Utsläppsandelarna varierar ortsvis men det är framförallt avståndet från utsläppskällan som reglerar haltnivåerna. Höga pipor på stora energiproduktionsenheter sprider ut utsläppen över ett stort område medan den låga utsläppshöjden på utsläppen i trafiken tydligt återspeglas i de uppmätta halterna.

Nästan alla stationer där mätning av kväveoxid sker i Österbotten är i stadsmiljö och är till sin typ trafikstationer. Endast mätstationen i Kristinestad finns i ett förortsområde och är inte i omedelbar närhet av trafikleder. I figuren presenteras halterna av kvävets oxider och ozon på en typisk dag på en luftkvalitetsmätningsstation i Vasa. Under morgonen när trafiken blir livligare stiger halten av kvävets oxider och på kvällen sjunker halterna igen. Ozonhalter rör sig på en motsatt riktining eftersom den reagerar med kvävemonoxidutsläppen.

Timmedelvärden av kvävets oxider (NOX) och ozon (O3) i Vasa den 17.1.2003.

Timvärdet för kvävedioxidhalten under åren 1993-2000. Gränvärdet är 200 µg/m3

Inandningsbara partiklar

Inandningsbara partiklar (PM₁₀) är till sin aerodynamiska storlek under 10 µm i diameter. Partiklarna uppstår vid förbränningsprocesser och mekaniskt. Partiklar som uppstår mekaniskt dominerar p.g.a. sin storlek den totala massan i gruppen inandningsbara partiklar. Speciellt på våren under snösmältningstiden uppstår maximala halter. Sandningsgrus som spridits på gatorna under vintern samt partiklar som uppstått av slitage på gatorna utgör största delen av de svävande partiklarna. En del partiklar härrör från förbränningsprocesser. Halter av inandningsbara partiklar som har jämförts med års- och dygnsriktvärden presenteras i följande figurerna.

Årsmedelvärden för inandningsbara partiklar under åren 1994-2000. Gränsvärdet är 40 µg/m3

Dygnsvärdet för inandningsbara partiklar. Gränsvärdet är 50 µg/m3

Luftkvaliteten i Västerbotten

Svaveldioxid

Den långa mätserien av medelhalter av svaveldioxid i Umeå visar att dessa kraftigt har minskat sedan tidigt 70-tal, då de låg på ca 70 µg/m³. Under perioden fram till 1988 minskade halterna tydligt för att efterhand plana ut på medelhalter kring 4 µg/m³. Svavelutsläppen är idag så pass låga att de ur hälsosynpunkt inte utgör något nämnvärt hot. Rönnskärsverken i Skellefteå har under lång tid varit den största källan för svavelutsläpp i regionen. Där har dock utsläppen reducerats så kraftigt att man idag inte kan se några förhöjningar av halten som kan härledas till anläggningen.

Vinterhalvårsmedelvärde för svaveldioxid i Umeå (centrala stan)

Kvävedioxid

En stor del av kvävedioxidutsläppen på svenska sidan härstammar från vägtrafiken och från arbetsmaskiner. Förhöjda halter kan därför tydligast ses i anslutning till de större trafikstråken och till de stora tätorterna utmed kusten. I Umeå och Skellefteå som är länets största städer ligger kvävedioxidhalterna under gällande gränsvärden men de måste ner ytterligare om EU-kraven ska klaras (miljökvalitetsnormen). Halterna av kvävedioxid i Umeå har sedan 1996 minskat något med ligger lokalt fortfarande på relativt hög nivå. Vinterhalvårsmedel för Umeå har under den senaste tioårsperioden pendlat kring 30 µg/m³.

Luftkvalitet i Lycksele, Vännäs och Umeå (vinterhalvårsmedel)

Partiklar

Halten av partiklar kan tidvis vara höga i tätorterna i Västerbottens län. Detta beror på att andelen hus och villor som eldar med vedpannor fortfarande är stort och det från denna förbränning uppstår mängder av sotpartiklar. I de större orterna i Västerbotten är biltrafiken och vägdamm en relativt större källa. Vintertid förstärks koncentrationerna pga inversion (omvänd temperaturskiktning) vilket gör att luften stängs inne och inte kan spädas ut med friskare luft. Under dessa perioder kan halterna av partiklar bli mycket höga. Variationerna över dygnet är vanligen stora framförallt när det gäller lite större partiklar (PM₁₀). På våren är detta särskilt tydligt då damm från gator virvlar upp vid ökad trafik och vid städning av gator.

Diagram. Timvärden för partiklar under ett dygn på senvåren i Umeå. Halten av större partiklar (PM10) varierar mera under dygnet än de mindre partiklarna (PM2,5) som oftast är långväga transporterade. Halterna i diagrammet beskriver hur en typisk vårdag i maj eller början av juni kan se ut. Toppar som är högre än det som diagrammet visar är dock inte ovanliga.

Mätningar i bakgrundsområden

För att kunna bedöma andelen långväga transporterade luftföroreningar i tätortsmiljö behövs kompletterande mätningar i bakgrundsmiljö. Vid tillfällen då förhöjda halter uppmätts i tätorterna kan man avgöra om påverkan är från lokala eller regionala utsläppskällor. Sedan oktober 2001 mäts svaveldioxid och kvävedioxid med passiva provtagare ute på Holmön utanför Umeå. När det gäller kvävedioxid ligger halterna i bakgrundsmiljö på ca 10% av genomsnittshalten inne i tätorterna. För svavel är det något högre, ca 20 %.

Månadsmedelhalter av svaveldioxid från provtagning med passiva provtagare vid Holmön i Umeå kommun

Månadsmedelhalter av kvävedioxid från provtagning med passiva provtagare vid Holmön i Umeå kommun

Mätmetoder och utrustning

Svaveldioxid (SO₂)

Referensmetoden för mätning av svaveldioxid är fluorescens av ultraviolett strålning. Metoden används på alla mätstationer i Österbotten. Funktionsprincipen för UV-fluorescensanalysatorn är relativt enkel. Man har en pulserande UV-lampa vars ljus filtreras för att få rätt våglängd (190 nm - 230 nm för SO₂). Ljuset leds till en reaktionskammare, där svaveldioxiden absorberar ljuset och svaveldioxidmolekylerna når en högre energinivå. När molekylerna återgår till normalnivå, avger de strålning. Strålningen går sedan i sin tur genom ett annat filter till en fotomultiplikator som omvandlar strålningen till en elektrisk signal. Signalen är linjärt beroende av SO₂ -halten.

Illaluktande svavelföreningar (TRS)

TRS (Total Reduced Sulphur), dvs illaluktande svavelföreningar, mäts på orter med cellulosaindustri. I Österbotten utförs mätningar i Jakobstad och i Kaskö. Mätningen av TRS sker med svaveldioxidanalysator. De reducerade svavelföreningarna omvandlas med en konverter (temperaturen 850 °C) till svaveldioxid, vars halt sedan mäts.

Kväveoxider (NO_X)

Bilden visar utrustning för kontinuerlig mätning av luftföroreningar.

Referensmetoden för mätning av kväveoxider är kemiluminescens. Metoden används på alla mätningsstationer i Österbotten. Kemiluminescens betyder att ljus avges som följd av en kemisk reaktion. Själva funktionsprincipen bygger på att kvävemonoxid (NO) alstrar en karaktäristisk luminescensstrålning när det reagerar med ozon (O₃). Ozonet bildas i en ozongenerator som finns i apparaten. Luminescensstrålningens styrka är linjär i förhållande till kvävemonoxidhalten.

Kvävedioxidhalten (NO₂) kan mätas med hjälp av kemiluminescens efter att den omvandlats till kvävemonoxid. Sedan är fortsättningen som ovan men resultatet anges som halten av kvävets oxider (NO_X). Kvävedioxidhalten fås dock lätt genom att subtrahera kvävemonoxidhalten från halten kväveoxider. Härmed får man ut tre kontinuerliga signaler: NO, NO₂ och NO_X.

Mätning av svävande partiklar

Totalantalet svävande partiklar (TSP)

Mätning av den totala halten svävande partiklar görs med en effektsamlare, varvid luft sugs med en luftström på 20-30 l/s genom ett filter inne i ett skyddshölje. Vid uppsamlingen används vanligen ett glasfiberfilter och tiden för uppsamlingen är i allmänhet ett dygn. Massakoncentrationen av den totala mängden svävande partiklar beräknas genom att man väger massan på det prov man insamlat under ett dygn och sedan bestämmer volymen på luften som sugits genom filtret. Filtren från TSP-mätningarna kan senare användas till tungmetallanalys.

Inandningsbara partiklar (PM₁₀)

Referensmetoden för mätning av inandningsbara partiklar är gravimetrisk bestämning av partikelmassan som samlats på filtret. För mätning av inandningsbara partiklar används i Österbotten både den gravimetriska referensmetoden och kontinuerligt fungerande analysatorer.

Referensmetoden, som traditionellt används för att mäta mängden inandningsbara partiklar är en liknande högeffektsamlare som för svävande partiklar (TSP), med den skillnaden att man i luftinloppet har en PM₁₀ –föravskiljare, som sållar bort partiklar större än 10 µm från luftströmmen. Fördelen med den icke-kontinuerliga metoden är, att man kan analysera t.ex. metaller från filtren. Nackdelen är däremot att man endast får dygnsmedelvärden och därigenom kan man inte se variationer inom ett dygn.

Inandningsbara partiklar (PM₁₀) mäts kontinuerligt med instrument vars mätningsprincip är en mikrovägningsmetod (TEOM 1400), och med instrument vars mätning baserar sig på förtunning av ß-strålning (Eberline FH 62 IR). Båda instrumenten är försedda med PM₁₀-föravskiljare, genom vilken luft kontinuerligt sugs in och partiklarna samlas på ett filter. I mikrovägningsmetoden är filtret fäst på ett konformigt rörelement, som hålls i darrning. När partikelmängden ökar, ökar även filtrets massa. Detta leder till att darrningsfrekvensen ändrar och förändringen omvandlas till viktsenheter.

I analysatorer, vars mätning baserar sig på förtunning av ß-strålning, leds ß-strålningen genom filtret med uppsamlad partikelmassa. Mätresultatet fås genom skillnader i strålningsabsorptionen.

DOAS-mätare

DOAS-systemet (Differential Optical Absorption Spectroscopy) grundar sig på att en ljusstråle från en sändare skickas via luften en viss sträcka (från några hundra meter upp till 5 km) och mäts vid en mottagare. Ur detta är det möjligt att bedöma halter för olika ämnen.

Mätning av svaveldioxid, kvävedioxid och sot halvautomatiskt

Provtagning utförs med en halvautomatisk dygnsprovtagare utrustad med 8 provtagningskanaler. Varje kanal har en filterhållare med ett Whatman 1 filter (för avskiljning av sot) följt av ett natriumjodidimpregnerat glasfilter (porositet 2, 40-60 micron) för kemsorption av kvävedioxid. Parallellt med glasfiltret har en delvis fylld tvättflaska med surgjord väteperoxidlösning kopplats. Svaveldioxiden från luften absorberas i väteperoxidlösningen. Flödet genom provtagaren åstadkoms med en vakuumpump. Delflödet av luft genom kvävedioxidfiltret är 0,4 l/min och genom tvättflaskan 1,1 l/min, dvs totalflödet genom sotfiltret är 1,5 l/min.

Provluftsintaget består av en upp- och nervänd plasttratt med en diameter på 50 mm i trattmynningen. Från intaget leds luften genom en polypropenslang till provtagaren. Provtagaren är försedd med tidsstyrning och denna är inställd så att varje prov motsvarar ett kalenderdygn.

Sothalten fås genom att jämföra filtrets färg eller mörkhet med en färgskala som ger motsvarande sothalt.

Mätning av VOC

Bilden visar en diffusionsprovtagare och dess fästanordning.

VOC (Volatile Organic Compounds) omfattar flyktiga kolväten (t.ex. bensen, toluen, etylbensen och summa xylener) och mäts med diffusionsprovtagare. Vid provtagningen används en provtagare av rostfritt stål (Perkin Elmer) som innehåller en adsorbent, Tenax-TA. Själva analysen utförs med en automatinjektor (ATD-400 från Perkin Elmer) kopplad till en högupplösande gaskromatograf (Varian 3700) med flamjonisationsdetektor.

VOC mäts vid samma mätpunkter som sotmätningarna och de utförs en vecka per månad.

Mätning av nedfall

Nedfallsmätningar görs främst för att undersöka försurande nedfall, dvs sulfatsvavel, nitratkväve och ammoniumkväve. Totala kvävenedfallet fås från summan av nitrat- och ammoniumkväve. Ur nederbörden analyseras även bl.a. ledningsförmåga, starka syror, kalcium, magnesium, natrium, klorid, fosfatfosfor, och kalium. Nedfallssamlarna i Österbotten är placerade på öppna ställen och i Västerbotten både på öppet fält och krondropp.

ADB

I Österbotten styrs de kontinuerliga luftkvalitetsmätningarna med hjälp av ett dataprogram med namnet DILTA (Digimatic Ilman Laadun Tarkkailujärjestelmä). DILTA är ett Windows-baserat program med vilket man håller kontakt med mätstationerna, samlar resultat till arkiv och gör rapporter. Datorn tar med önskat mellanrum kontakt med stationerna via modem och samlar resultaten, som syns nästan i realtid i monitorn.

I Skellefteå använder man sig av ett datasystem, Indic Airviro, även använd i 20 andra länder.