Ympäristömittaukset sivu 1 (7)

Transkriptio

1 Ympäristömittaukset sivu 1 (7) SISÄLLYSLUETTELO sivu JOHDANTO...2 MITTAAMISEN HISTORIA JA KEMIALLISET MITTAUKSET...2 PÄÄSTÖMITTAUSTEN TARKOITUS...4 PÄÄSTÖMITTAUKSIIN VALMISTAUTUMINEN...4

2 Ympäristömittaukset sivu 2 (7) JOHDANTO Kaikki ihmisen toiminta tuottaa luonnon kannalta haitallisia ainevirtoja. Nykyaikaisen suurimittakaavaisen teollisen toiminnan on todettu vaikuttavan maapallon ilmakehään aiheuttaen sen lämpenemistä ja sitä kautta muita globaalisia vaikutuksia: meriveden pinnan nousua, sateiden vähenemistä ja toisaalta sateiden lisääntymistä riippuen siitä, mitä aluetta maapallolla tarkastellaan. Näillä vaikutuksilla tulee olemaan valtava merkitys ihmiskunnan elinolosuhteille samoin kuin kasvi- ja eläinkunnalle. Ikävä kyllä, näitä vaikutuksia ei voida tarkasti ennakoida. Tietäen edellä mainitun uhan olemassaolon, ovat useat maat allekirjoittaneet sopimuksia, joilla etenkin ilman kautta kaukokulkeutuvia päästöjä pyritään rajoittamaan luvulla allekirjoitettiin kuuluisat Rion ja Kioton sopimukset, joilla pyritään rajoittamaan maailmanlaajuisesti kaikkia kasvihuonekaasuja ja sopimaan yhteiset pelisäännöt kaikkien maiden välille. Rajoitukset pyritään toteuttamaan ns. parhaan mahdollisen teknologian avulla (Best Available Technology). BAT ei käsitä pelkästään teknisiä ratkaisuja, vaan myös mittaustekniikan käyttöä, huoltoa, laadunvarmennusta ja mittaustulosten käsittelyä /1, 2/. Päästöillä tarkoitetaan ympäristöä pilaavia aineita. Ne voivat olla kaasumaisia, nestemäisiä tai kiinteitä. Huomattavaa on, ettei ns. kasvihuoneilmiöön eniten vaikuttavaa kaasua hiilidioksidia yleensä pidetä päästönä samassa mielessä kuin muita kaasumaisia haittaaineita. Tässä esityksessä keskitytään energiantuotannossa ja prosessiteollisuudessa syntyvien yleisimpien päästöjen mittaamiseen. Kaasumaisia päästöjä, joita myös viranomaisten toimesta yleisimmin valvotaan, ovat: kiintoaine eli hiukkaset rikkidioksidi SO 2 typen oksidit NO X, eli N 2 O, NO ja NO 2 Muita suhteellisen useasti mitattavia päästöjä ovat: hiilimonoksidi CO palamattomat hiilivedyt C X Hy pelkistyneet kokonaisrikkiyhdisteet TRS (Total Reduced Sulphur) eli ns. hajukaasut, joita syntyy mm. selluteollisuudessa. Oman lukunsa päästöjen joukossa muodostavat myrkylliset ja syöpää aiheuttavat päästöt, joita ovat dioksinit, furaanit ja polyaromaattiset hiilivedyt PAH:it sekä raskaat alkuaineet, joista käytetään osittain virheellistä nimitystä raskasmetallit. Nämä aineet kertyvät kiinteiden hiukkasten pintaan joutuen siten välittömään kosketukseen keuhkorakkuloiden kanssa. Ikävä tosiasia on, että tarkasteltaessa hiukkasiin kertyneiden haitta-aineiden massan suhdetta hiukkasten perusmassaan, on kyseinen suhde sitä suurempi mitä pienempi hiukkanen on, eli haitta-aineet rikastuvat pieniin hiukkasiin. Toisaalta kaikki hiukkasten erotuslaitteet läpäisevät hiukkaspäästöjä sitä enemmän, mitä pienempiä hiukkaset ovat. Tänä päivänä löytyy kuitenkin jo markkinoilta mittalaitteita, jolla voidaan jatkuvatoimisesti mitata hiukkaskokojakaumaa. MITTAAMISEN HISTORIA JA KEMIALLISET MITTAUKSET Järjestelmällisellä mittaamisella on erittäin pitkä historia. Sen juuret ulottuvat ainakin muinaisen Egyptiin, jossa pyramidien rakennustyömaalla perusmittana oli kulloisenkin faaraon kyynärän pituus lisättynä kämmenen leveydellä. Tuolta ajalta mittaamisen alue on laajentunut pituudesta ajan, lämpötilan, massan, sähkön, valovoiman ja viimeisimpänä moolien eli ainemäärän mittausjärjestelmien kehittymiseen.

3 Ympäristömittaukset sivu 3 (7) Kun edellä mainittujen perusyksiköiden erilaiset johdannaisyksiköt lisätään mittaamisen kokonaisuuteen, ymmärretään hyvin, että on miltei mahdotonta kuvata mitään toimintaa viittaamatta mittoihin. Mittaamisen on laskettu muodostavan 6 % yhteenlasketusta bruttokansantuotteesta. Kemialliset mittaukset ovat keskeinen osa mittaamista ja ne koskevat jollakin tavalla jokaista suomalaista. Mittausten avulla seurataan mm. ympäristön tilaa, elintarvikkeiden hygieniaa, ihmisten terveyttä ja sairauksia, kaupallisten tuotteiden laatua ja turvallisuutta, urheilun puhtautta ja kemiallisten ja biologisten aseiden sopimusten noudattamista. Myös teollisuuden prosesseihin ja raaka-aineiden laatuun liittyy valtava määrä kemiallisia mittauksia. Kemiallisia ja mikrobiologisia mittauksia tekeviä laboratorioita on Suomessa satoja, joista akkreditoituja on yli 150. Akkreditoinnin ulkopuolelle jäävät oppilaitosten, sairaaloiden ja teollisuuden sekä monet muut laboratoriot. Kemiallisten mittausten määrä ja erityisesti luotettavuusvaatimukset lisääntyvät koko ajan. Tutkimuksilta edellytetään jäljitettävyyttä ja mittaustulosten tarkkuuden tuntemusta. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että mittalaitteet ovat laadukkaita, laboratoriot osaavat käyttää vertailuaineita ja hallitsevat mittausepävarmuuden koko jäljitettävyysketjun osalta. Jäljitettävyysketjun on oltava katkeamaton ja katettava kaikki keskeiset toiminnot näytteenotosta tulosten tulkintaan. Mittaus- ja määritysmenetelmien on tuotettava vertailukelpoisia tuloksia. Mittauksia edellyttäviä direktiivejä on mm. juomavedelle, talousvedelle, jätevedelle, uimavedelle, ilmansuojelulle, päästöille, elintarvikkeille, rehuille, eläintaudeille, kemikaaleille, työsuojelulle ja puhdistamolietteelle. Mittaustulosten vertailtavuutta edellyttävät mm. elintarvikkeiden laatuun ja turvallisuuteen liittyvät määräykset, teollisuuden päästöt ja raaka-ainekauppa sekä tulevaisuudessa myös päästökauppa. Ihminen on omalla toiminnallaan lisännyt ympäristömittausten tarvetta valtavasti. Hyvinvoinnin lisäämiseksi valmistetaan jatkuvasti uusia kemiallisia aineita ja lisätään ympäristön kuormitusta. Tuotamme ja kulutamme koko ajan enemmän ja enemmän. Aine vain ei häviä. Sen mitä me tuotamme, sen me usein jätämme ympäristöömme ja todennäköisesti kohtaamme esimerkiksi ruuassamme. Hyvään tarkoitukseen valmistetut orgaaniset klooriyhdisteet ovat jääneet vuosikymmeniksi kiertämään ravintoketjuumme. Dioksiineja, furaaneja ja kloorifenoleja löytyy kaikkialta. Pelkästään näiden yhdisteiden tutkimiseen tarvitaan useita huippuluokan kemian laboratorioita. Ihmisten terveyteen ja hyvinvointiin sekä turvalliseen ympäristöön liittyvien mittausten tarve kasvaa myös jatkossa yhä laajenevissa määrin. Kansainvälisesti merkittäviä kohteita ovat mm. liikenteeseen ja päästöihin liittyvät mittaukset. Mittausten määrällinen kasvu on tosiasia, mutta sen lisäksi mittaamisen laatuvaatimukset kasvavat jatkuvasti. Mittausten luotettavuuteen liittyy paljon kriittisiä tekijöitä. Esimerkiksi teollisuudessa säädetään prosesseja ja asetetaan hälytysrajoja erilaisten mittausten perusteella.

4 Ympäristömittaukset sivu 4 (7) PÄÄSTÖMITTAUSTEN TARKOITUS Kaikilla päästömittauksilla on tarkoituksensa, joka määräytyy joko prosessin käyttäjän tai valvovan viranomaisen intresseistä. Päästömittausten kustannus/hyöty-suhde vaihtelee laitoksen käyttäjän kannalta vahvasti negatiivisesta vahvasti positiiviseen. Edellinen tilanne on kyseessä silloin, kun mitataan "eksoottisia" vaikeasti mitattavia päästöjä viranomaisten määräyksestä ja jälkimmäinen, kun prosessissa mitataan päästöjä, joilla on taloudellisesti suuri merkitys ja kun päästömittaustietoja voidaan käyttää prosessin ohjaukseen kyseisten päästöjen pienentämiseksi. Luonnollisesti jälkimmäinen tilanne on kyseessä myös silloin, kun päästömittauksen avulla voidaan säätää itse prosessia. Yleisesti päästömittaukset voidaan tarkoituksensa perusteella jaotella seuraavasti: Velvoitemittaukset, jotka perustuvat lakiin, asetukseen tai viranomaispäätöksiin. Takuuarvomittaukset, joilla todetaan uuden tai korjatun laitoksen toimintakunto laitoksen luovutuksen yhteydessä. Prosessin tai laitteiston toimintakunnon tai -tilan tarkistus. Prosessin ohjaus, jolloin päästömittaustuloksen perusteella prosessia ohjataan siten, että päästöt joko minimoituvat tai ovat ennalta asetetulla tasolla. Esimerkkeinä olkoot sähkösuodattimen jännitteen ohjaus pölypitoisuuden pitämiseksi tietyissä rajoissa (säästää energiaa ja suodatinta) ja soodakattilan poltto-olosuhteiden säätäminen sellaisiksi, että savukaasujen pölypitoisuus on riittävä rikkidioksidin sitomiseksi. Molemmissa tapauksissa säädön perusteena on pölypitoisuuden mittaus. Terveysvaikutusten arviointi. Tiedetään että sekä kiinteät että kaasumaiset päästöt vaikuttavat terveyteen. Eri päästöjen haitallisista pitoisuusrajoista ei kuitenkaan ole tarkkaa tietoa ja yksimielisyyttä. Päästömittauksiin valmistautuminen Päästömittauksiin ryhdyttäessä on aina ensin mietittävä: miksi, mitä, milloin ja miten mitataan? Samat tulokset voidaan määrittää erilaisilla mittauslaitteilla tai ilman varsinaisia mittauksia esim. taselaskelmien avulla. Päästöihin vaikuttavat mm. kohteen toiminta, päästöjen laatu ja määrä. Taulukossa 1 on esitetty eräitä tapauksia, jotka vaikuttavat mittausmenetelmien ja käytännön mittaustavan valintaan. Taulukko 1 Päästöjen luokittelu Toiminta Päästöjen määrä Päästöjen laatu Esimerkkilaitos Kuva 1 jatkuva tasainen ei vaihteleva voimalaitos a) jatkuva vaihteleva ei vaihteleva soodakattila b) jatkuva vaihteleva vaihteleva jätteenpolttolaitos e) jaksottainen jaksottain ei vaihteleva sama jaksottainen vaihteleva ei vaihteleva kupoliuuni d) jaksottainen vaihteleva vaihteleva ongelmajätteen poltto e) kausiluonteinen vaihteleva vaihteleva asfalttiasema aluelähde vaihteleva ei vaihteleva Kuvassa 1 näkyy, kuinka eri prosessien päästöt vaihtelevat.

5 Ympäristömittaukset sivu 5 (7) Kuva 1 Eri lähteiden päästöjen vaihtelu Sopiva mittausmenetelmä ja laitteisto valitaan määritettävien päästöjen ja prosessiolosuhteiden perusteella. Kuvassa 2 on esitetty eräs jaottelu eri päästömittaustavoista. Manuaalinen menetelmä on yleisesti käytössä Suomen viranomaisten suorittamissa savukaasujen vertailumittauksissa. Menetelmässä näytteenotto tapahtuu savukaasuista kerta- tai jaksottaisella mittauksella pistemittauksena. Näytteet analysoidaan laboratoriossa. Hiukkasmittaus on tyypillinen esimerkki manuaalisesta näytettä ottavasta mittausmenetelmästä. Yksittäismittaukset antavat tulokseksi pitoisuuden tai päästön tietyissä ajo-olosuhteissa ja näin ollen jaksottainen mittaus kannattaa tehdä vain tasaisissa prosessiolosuhteissa. Jatkuvatoimiseen näytteenottoon perustuvassa mittausmenetelmässä näytteenotto tapahtuu pistemittauksena savukaasuista ja mittausviestien analysointi tapahtuu näytteenoton jälkeisessä analysaattorissa usein reaaliajassa. Tyypillisiä laitoksilla olevia kiinteästi asennettuja jatkuvatoimisia mittauksia ovat erilaiset hapen, hiilidioksidin, rikin, ym. komponenttien mittaukset sekä erilaiset mm. infrapunatekniikkaan perustuvat mittaukset. Jatkuvatoimisilla menetelmillä voidaan selvittää päästön ajalliset vaihtelut, mikä ei ole mahdollista jaksottaisessa, näytteenottoon perustuvassa mittauksessa.

6 Ympäristömittaukset sivu 6 (7) Kuva 2 Päästön mittausperiaatteet In situ -mittauksissa analysaattori on asennettu savukanavaan kiinteästi. Mittaustapa ei edellytä kaasun näytteenottojärjestelmää. Mittaus voidaan suorittaa joko kanavan läpi siten, että lähetin on toisella puolella kanavaa ja vastaanotin tai peili toisella puolen kanavaa tai siten, että näytekenno on kanavassa. Kaukomittaus tapahtuu kuvan 2 mukaisesti piipun suuaukon läheisyydestä. Periaatteena on pistemittaus tai integroiva mittaus ilman näytteenottoa. Menetelmä antaa reaaliaikaista tietoa esim. hiukkaskonsentraatioista prosessin reaaliaikaiseen valvontaan. Tarvittava laitteisto on kallis (esim. DOAS).