Nordkalk Oy Ab Sipoon Kalkkirannan tuotantolaitoksen pölypäästöjen mallinnus,

Transkriptio

1 Nordkalk Oy Ab Sipoon Kalkkirannan tuotantolaitoksen pölypäästöjen mallinnus,

2 1 FM Heimo Vepsä Pöyry Finland Oy, Ympäristötutkimus, Oulu Elektroniikkatie Oulu Copyright Pöyry Finland Oy

3 1 Sisältö 1 JOHDANTO 2 2 LASKENTAMALLI JA LÄHTÖTIEDOT Laskentamalli Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot Maastotiedot Tuulitiedot Pölykuormitusten laskentaperusteet 6 3 MALLINNETUT PITOISUUDET 7 4 YHTEENVETO 9 5 LÄHDELUETTELO 10

4 2 1 JOHDANTO Tässä raportissa on arvioitu laskentamallin avulla Nordkalk Oy Ab:n Sipoon Kalkkirannan tuotantolaitoksen pölypäästöjä vuoden nykyisen laajuisen toiminnan päästömäärillä. Laskentamallina on käytetty EPAn (U.S. Environmental Protection Agency) hyväksymää ja ylläpitämää AERMOD-mallia, jonka laskenta perustuu ns. Gaussin leviämisyhtälöihin. Menetelmässä ilmapäästön oletetaan leviävän päästölähteestä myötätuuleen Gaussin jakauman mukaisesti. Jakauman hajontaparametrit arvioidaan erikseen jokaiselle tunnille tuulen nopeuden ja ilmakehän alakerroksen stabiilisuusluokan perusteella. Nykytilanteessa tuotantolaitoksen toiminnot aiheuttavat pölypäästöjä lähinnä laitoalueen sisäpuolelle. Tuotantoalueen toimintojen sijoitus ja hiukkasmittauspisteet (Asema 1 ja 2) on esitetty karttapohjalla kuvassa 1. Kuva 1. Kaivosalueen toiminnot ja leijuman mittauspisteet ( ) ja sinisellä on merkitty tiealue, jolla tapahtuu alueen pääasiallinen liikennöinti. 2 LASKENTAMALLI JA LÄHTÖTIEDOT 2.1 Laskentamalli Päästöjen leviäminen arvioitiin kaasumaisten epäpuhtauksien ja leijailevan pölyn leviämisen mallintamiseen kehitetyllä AERMOD-ohjelmistolla. Ohjelmiston on kehittänyt ja sitä ylläpitää Yhdysvalloissa U.S. EPA, liittovaltion ympäristönsuojeluviranomainen. Malli soveltuu yksi- ja monipiippu- sekä viiva- ja pintalähteiden päästöjen mallintamiseen ja se ottaa huomioon sääja maasto-olosuhteet. Leviämismallin perustana on analyyttinen Gaussin jakaumaan perustuva leviämisyhtälö, joka olettaa päästön laimenevan pysty- ja vaakasuunnassa Gaussin jakauman mukaisesti. Ohjelmisto ja sen ominaisuudet on esitelty yksityiskohtaisemmin verkkosivustolla Malliin liittyviä epävarmuustekijöitä Leviämismallilaskelmilla saatavien tulosten luotettavuuteen vaikuttavat malliin syötettävät lähtötiedot sekä itse mallin toiminta. Mallilaskelmilla kuvataan ilmiöiden tavanomaista kehittymistä pitkällä aikavälillä yksinkertaistaen jossain määrin todellisuutta. Malliin sisältyy olettamuksia ja yksinkertaistuksia, jotka ovat välttämättömiä mallin toiminnan ja lähtötietojen puutteellisen saatavuuden vuoksi. Laskennan tuloksen saadut keskiarvopitoisuudet edustavat vallitsevaa pitoisuustilannetta pidemmillä ajanjaksoilla. Enimmäispitoisuudet edustavat

5 3 puolestaan lyhytkestoisempia episoditilanteita, jolloin meteorologinen tilanne on paikallisesti päästöjen laimenemisen ja sekoittumisen kannalta epäedullinen. Huomionarvoista on, että suurimman osan ajasta epäpuhtauspitoisuudet ovat pienempiä kuin korkeimmat hetkelliset pitoisuudet. Yleensä leviämismallilaskelmien tuloksiin liittyy epävarmuutta sitä enemmän, mitä lyhyemmän jakson pitoisuusarvoista on kyse. Näin ollen ilmanlaatuvaikutuksia arvioitaessa on suositeltavaa tarkastella vuosiraja-arvoon ja vuorokausiohjearvoon verrannollisia pitoisuustasoja. 2.2 Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot Pölypäästöjen aiheuttamalle ilman pölypitoisuudelle on Suomessa määritetty raja-arvot ilmanlaatuasetuksessa. Ilman pölypitoisuutta on tässä arvioitu TSP-pitoisuuksina. TSPpitoisuus mittaa kaikkien leijuvien hiukkasten pitoisuutta, yksikkönä µg/m 3. TSP pitoisuutta sanotaan myös kokonaisleijumaksi. Hengitettävien hiukkasten (PM 10 ) osalta keskimääräiselle vuosipitoisuudelle on määritetty yläraja 40 µg/m 3, ja keskimääräiselle vuorokausipitoisuudelle yläraja 50 µg/m 3. Vuoden aikana vuorokausipitoisuuden ylityksiä sallitaan kuitenkin enintään 35 kappaletta (~ 10% vuorokausipitoisuuksista); mikäli siis ylityksiä on 36 kappaletta, on raja ylittynyt. Kokonaisleijuman (TSP) pitoisuudelle ei ole määritelty raja-arvoa. Raja-arvojen lisäksi ilman haitta-aineiden pitoisuuksille on määritelty ohjearvoja, joiden ylittyminen olisi pyrittävä estämään ennakolta. PM 10 pitoisuuksille ei ole määritelty ohjearvoa. TSP pitoisuuden vuosikeskiarvon ylärajaksi on ohjeistettu 50 µg/m 3, ja vuoden aikana vuorokausipitoisuuden 120 µg/m 3 ylittävien päivien lukumäärän ylärajan ohjearvo on 7 d. 2.3 Maastotiedot Maastotiedot saatiin maastotietokannasta, korkeusmallista (Maamittauslaitos 2018). Maanpinnan kitka-arvot arvioitiin maankäyttötietojen perusteella. 2.4 Tuulitiedot Laskennan säätietona käytettiin Helsinki-Vantaan lentoasemalla mitattuja arvoja vuosilta Mittaukset suorittaa Ilmatieteenlaitos, mutta aineiston käsitteli Trinity Consultants-yhtiö, joka toimittaa mallin käyttämässä muodossa olevaa sääaineistoa globaalisti. Lentoasema sijaitsee Kalkkirannasta noin 25 km länsiluoteeseen. Lentoasema sijaitsee sisämaassa, joka voi vaikuttaa jonkin verran mittauksiin verrattuna rannikkoalueen tuuliin, joihin meren läheisyys vaikuttaa. Tuulijakaumat vuosille on esitetty kuvassa 2, ja tuulen nopeusjakaumat kuvassa 4. Yleisin tuulen suunta on lounas ja tyypillisin tuulen nopeusluokka 4-6 m/s. Pohjois- ja itätuulia on vähän, länsituulia hieman idänpuoleisia tuulia useammin. Tyynien tuntien osuus on varsin pieni, alle 3 prosenttia. Kuvassa on esitetty myös kalkkitehtaan läheisyydessä vuonna 2015 tehdyn kokonaisleijuman mittauskampanjan aikaisiin säähavaintoihin perustuva tuulen jakauma. Paikallinen säävalvonta sisälsi tuolloin vuorokausittaiset sademäärät ja keskimääräiset tuulen suunnat ja voimakkuudet aamu- ja iltapäivisin. Näiden mittausten (Itä-Uudenmaan ja Porvoonjoen vesien- ja ilmansuojeluyhdistys r.y. 2015) perusteella voimakkuudeltaan heikkoja tai kokonaan tyyntä oli mittausjaksolla 52 % ja lounaistuulten osuus noin 30 prosenttia (Kuva 2).

6 4 Kuva 2. Tuulen suuntajakaumat Helsinki-Vantaan lentoasemalta, vuodet sekä laitosalueella vuonna 2015 tehdyn leijumamittausten aikainen käänteinen tuuliruusu. Kuvassa 3 on esitetty vertailun vuoksi Porvoon Harabackan havaintoasemalla mitatun tuulen tuuliruusu vuodelta Lentoaseman mittauksiin verrattuna pohjois- ja etelätuulia on hieman enemmän, mutta jakauma on muuten varsin samanlainen. Tuulen nopeus on hieman suurempi kuin lentoasemalla. Asema sijaitsee noin 19 km koilliseen Kalkkirannasta. Myös Harabackan huhti-toukokuun tuulitiedot (Kuva 3, oikea) poikkeavat merkittävästi vuonna 2015 tehdyn leijumamittausten aikaisista, laitosalueella tehdyistä tuulimittauksista. Osa erosta johtunee siitä, mikä nopeus paikallisissa mittausarvoissa on määritelty tyyneksi. Tyynten osuuden kasvu on puolestaan johtanut lounaistuulten suhteellisen osuuuden kasvuun.

7 5 Kuva 3. Tuulen suuntajakauma Porvoon Harabackan mittausasemalta vuonna Koko vuosi (vas.) ja leijumamittausjakso (huhti-toukokuu). Kuva 4. Tuulen nopeusjakumat vuosilta Helsinki-Vantaan lentoasemalta vuosina 2015, 2016 ja 2017 ja Porvoon Harabackasta (koko vuosi).

8 6 2.5 Pölykuormitusten laskentaperusteet Tehdasalueen pölypäästöjen kuormitusarviot perustuvat pitkälti tehtyihin päästömittauksiin ja niiden puuttuessa laitetoimittajien takuuarvoihin. Osittain päästölähteistä on arvioitu muualla kuin Suomessa mitattuihin pölypäästöihin. Pölypäästöihin vaikuttavia tekijöitä ovat mm. toiminnassa käsiteltävä materiaali, ilmasto (pääasiassa ilman kosteus ja sadannan määrä), sekä tiepintojen jäätyminen, routa ja lumipeite. Koska pölypäästöjen laskentamenetelmät osittain perustuvat muualla tehtyihin mittauksiin, eivät ne välttämättä tarkasti kuvaa Nordkalkin tehdasalueella tapahtuvaa kuormitusta, joka on huomioitava vaikutuksia arvioitaessa. Tehdasalueella pölykuormituslähteitä on useita. Kuormituslähteet ja arvioidut pölykuormitukset on esitetty taulukossa 1. Niiltä osin kun mittauksia ei ollut saatavilla, kuormitusarviointi perustuu pääosin MINERA-hankkeen eri lähteistä keräämiin kuormitusarviointimenetelmiin (Kauppila et al. 2013). Suurimmat pölykuormitukset alueella aiheutuvat pääasiassa kuljetuksista. MINERAloppuraportissa ei ole kovin selvästi huomioitu sateen vaikutusta kuljetusten pölypäästöihin; sadepäivien vaikutusta ei seuraavassa ole otettu huomioon, vaan päästömäärän vähennys perustuu alueen pitämiseen kasteltuna. Tehdasalueella tapahtuvan kuljetusten aiheuttamat päästöt on laskettu kaavasta TSP (g/km): 281,9 * 4,9 (s/12) 0.7 * (W * 0,368) 0.45, missä W on ajoneuvon paino (tn), ja s tien hienoainepitoisuus (%). Alueen kasteltuna pitäminen vähentää kuormitusta noin 75 %. Ajosuorite alueella on 10 ajoneuvoa päivässä ja reitin pituudeksi on oletettu 500 metriä yhteen suuntaan. Mallissa käytetyt päästöjä kuvaavat tekniset tiedot, kuten päästölähteiden korkeus maanpinnasta, lämpötilat, ulostulonopeudet ja muut vastaavat tiedot on esitetty liitteessä 5. Taulukko 1: Mallinnuksessa käytetyt päästömäärät. Kalkkikiven ja kipsin käsittely TSP kg/d Siilot Kalkkikiven jauhatus J Kalkkikiven ja kipsin jauhatus J Kalkkikiven hienojauhatus J Kalkkikiven hienojauhatus J Kalkkikiven murskaus M Kalkkikiven kuivatus M Kalkkikiven seulonta H Kalkkikiven ja kipsin sekoituksen seulonta H Muut Murskaus ulkona 0.3 Tehdasalue, sisäinen liikenne 16.0

9 7 3 MALLINNETUT PITOISUUDET Kuvissa 5 ja 6 on esitetty mallinnettujen kolmen vuoden aikana esiintyvä korkein TSP:n tuntija vuorokausipitoisuus. On huomattava, että kuvat eivät edusta pölyn alueellista jakaumaa minään tiettynä hetkenä, vaan kussakin pisteessä maksimipitoisuus voi esiintyä eri hetkinä (eri vuorokausina ja eri tunteina). Kuva 5: TSP korkein tuntipitoisuus (μg/m 3 ) vuosien aikana. Kaikkien toimintojen yhteisvaikutus. Kuva 6: TSP korkein vuorokausipitoisuus (μg/m 3 ) vuosien aikana. Kaikkien toimintojen yhteisvaikutus.

10 8 Korkein mallinnettu vuorokausipitoisuus 104 μg/m 3 esiintyy tehdasalueella. Tehdasalueen ulkopuolella pitoisuuden maksimiarvot ovat suuruusluokkaa 30 μg/m 3, eli 25 % vuorokausipitoisuuden ohjearvosta 120 µg/m 3 ja noin kilometrin päässä tehtaalta tasoa 5 10 μg/m 3 (Kuva 6). Kuvissa 7 ja 8 on esitetty kokonaisleijuman tunti- ja vuorokausipitoisuudet tuotantolaitoksen läheisyydessä sijaitsevilla mittauspisteillä (katso Kuva 1). Kuva 7. Hiukkaspitoisuuden tuntikeskiarvo mittauspisteissä 1 ja 2. Kuva 8. Hiukkaspitoisuuden vuorokausikeskiarvo mittauspisteissä 1 ja 2.

11 9 Vallitsevan tuulen suunnan mukaisesti pöly leviää yleisemmin koilliseen, joka näkyy mittausaseman 1 korkeampina pitoisuuksina tehdasalueelta pohjoiseen/luoteeseen sijaitsevaan asema 2:een verrattuna. Selvästi nollasta poikkeavien (>0,01 μg/m 3 ) pitoisuuksien tuntikeskiarvo on asemalla 1 6,9 μg/m 3 (3,8 μg/m 3 asemalla 2) sekä vuorokausikeskiarvo 3,8 μg/m 3 asemalla 1 ja 1,8 μg/m 3 asemalla 2. Aseman 2 pitoisuudet ovat noin puolet pienempiä, kuin asemalla 1. Mallinnetut pölyvaikutukset mittausasemilla ovat pienempiä kuin mitä vuoden 2015 leijumittauskampanjan aikana mitattiin. Mahdollisia syitä eroavaisuuksiin on useita, joista merkittävimmät lienevät tuuli- ja muiden säätietojen kuvaavuus sekä laitoksen toteutuneen toiminnan ja mallinnuksessa käytetyn toiminnan väliset eroavaisuudet. Mittausten perusteella alueen taustapitoisuus, jota nyt tehdyssä mallinnuksessa ei ole huomioitu, on noin 5 7,5 μg/m 3 ja suurimmat vuorokausileijumat luokkaa 30 μg/m 3 (asemalla 1), jolloin tehdasalueen vaikutukseksi jäisi maksimissaan noin 22,5 25 μg/m 3 ja keskimäärinkin noin 7,5 10 μg/m 3 (keskipitoisuudella 15 μg/m 3 ). 4 YHTEENVETO Nordkalk Oy Ab:n Sipoon Kallirannan tuotantoalueelle tehtiin pölymalli, jonka avulla arvioitiin laitoksen pölypäästöjä ja niiden leviämistä tuotantoalueella ja sen lähistöllä. Pölyn leviäminen laskettiin vuosien säätiedoilla käyttäen lähivuosina tehtyjä päästömittauksia ja laitetoimittajien takuuarvoja. TSP-pitoisuuksien osalta nykytilanteessa ohjearvopitoisuudet eivät laskennan mukaan ylity. Suurimmat vuorokausipitoisuudet jäävät tuotantoalueellakin tasolle 100 μg/m 3 ja sen ulkopuolella lähialueella pitoisuudet ovat tyypillisesti μg/m 3. Kauempana, noin kilometrin etäisyydellä, pitoisuudet ovat luokkaa 5 μg/m 3. Mallituloksiin sisältyy säätilanteen, mallilaskennan ja kuormitusten epätarkkuuksista aiheutuvaa epävarmuutta. Epävarmuuksia pyrittiin arvioimaan ja myös vähentämään vertaamalla laskentatuloksia mittauksiin. Mittauspisteitä oli kaksi, joista kummastakin vertailuun käytettiin kolmen kuukauden mittainen jakso. Suurimmat pölypäästöt aiheutuvat kuormitusarvion mukaan tuotantoalueen sisällä tapahtuvasta kuljetuksesta. Pölypäästöjä voi vähentää oikein ajoitetuilla käytännön toimilla, kuten ajoteiden kastelulla, töiden ajoituksella vähemmän pölyävään vuodenaikaan (talveen) ja kuljetusreittien järjestelyillä. Teiden kastelun on arvioitu vähentävän pölyämistä jopa yli 75%, eli kyseessä on varsin tehokas keino kuljetusten pölypäästöjen hallintaan. Laskennan mukaan haitallinen pölypäästö rajoittuu noin kilometrin etäisyydelle kuljetusreitistä, joten kuljetusreittien sijoituksella voidaan myös rajata aluetta, jolle pölypäästö kulkeutuu.

12 10 5 LÄHDELUETTELO Itä-Uudenmaan ja Porvoonjoen vesien- ja ilmansuojeluyhdistys r.y. 2015, Leijumamittaus Nordkalk Oy Ab:n Sipoon kalkkitehtaan ympäristössä Kauppila T., Komulainen H., Makkonen S., Tuomisto J., (ed.), 2013, Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen, MINERA-hankkeen loppuraportti, GTK tutkimusraportti no 199. Maanmittauslaitos, 2018, Avoimien aineistojen tiedostopalvelu, tiedot haettu 05/2018, lisenssi ja tietojen haku sivulta

13 Liite 1 Korkein TSP:n tuntiarvo vuosina 2015, 2016, 2017 ja vuosien maksimi ( ). Toimintojen yhteisvaikutus. Kuvien maksimit 276, 339, 226 ja 339 μg/m3.

14 Liite 2 Korkein TSP:n tuntiarvo vuosina 2015, 2016, 2017 ja vuosien maksimi ( ) ilman laitosalueen sisäistä liikennettä. Kuvien maksimit 168, 243, 140 ja 243 μg/m3.

15 Liite 3 Korkein TSP:n vuorokausiarvo vuosina 2015, 2016, 2017 ja vuosien maksimi ( ). Toimintojen yhteisvaikutus. Kuvien maksimit 84, 84, 104 ja 104 μg/m3.

16 Liite 4 Korkein TSP:n vuorokausiarvo vuosina 2015, 2016, 2017 ja vuosien maksimi ( ) ilman laitosalueen sisäistä liikennettä. Kuvien maksimit 68, 69, 89 ja 89 3 μg/m.

17 Liite 5 Mallinnuksessa käytetyt piipputiedot (korkeus, lämpötila y.m.) ID Kuvaus X Y maaston korkeus päästömaäärä päästön korkeus lämpötila ulostulonopeus piipun halkaisija [m] [g/s] [m] [ C] [m/s] [m] SIILO_ E SIILO_ E SIILO_ E SIILO_ E SIILO_ E SIILO_ E SIILO_ E J500 kalkkikiven jauhatus E J400 kalkkikiven ja kipsin jauhatus E J300 kalkkikiven hienojauhatus E J200 kalkkikiven hienojauhatus E M340 kalkkikiven murskaus E M320 kalkkikiven kuivatus E H20 kalkkikiven seulonta E H21 kalkkikiven ja kipsin sekoituksen seulonta E MURU Mursakaus ulkona E TIET Laitosalueen kuljetukset E-01 2