FM Mika Räisänen a,b MMM Jarkko Niemi a,c Dos Heikki Tervahattu a MMM Kaarle Kupiainen a,c

Transkriptio

1 nordic envicon Lappeenrannan leijuvan pölyn hiukkaskoostumus FM Mika Räisänen a,b MMM Jarkko Niemi a,c Dos Heikki Tervahattu a MMM Kaarle Kupiainen a,c a Nordic Envicon Oy, Koetilantie 3, 71 Helsinki b Geologian laitos, PL 64, 14 Helsingin Yliopisto c Bio- ja ympäristötieteiden laitos, PL 27, 14 Helsingin Yliopisto Puh , . mika.raisanen@helsinki.fi Puh , . jarkko.v.niemi@helsinki.fi Puh , . kaarle.kupiainen@helsinki.fi VEHKATAIPALE LAPPEENRANNAN LÄMPÖVOIMA LAURITSALA KAUKAS KESKUSTA ARMILA TIRILÄ 2 km MÄNTYLÄ IHALAINEN IHALAISTEN TEOLLISUUSALUE MITTAUSPISTE TEOLLISUUS ENERGIA Lappeenrannan mittauspisteet ja merkittävimmät ilman laatua kuormittavat laitokset (Imatran kaupungin ympäristötoimi 22 ja 23). Nordic Envicon Oy, Koetilantie 3, 71 Helsinki, Puh ,

2

3 SISÄLLYSLUETTELO OSA 1. KATUPÖLYTUTKIMUS JOHDANTO Tutkimuksen tausta Ilman laadun seuranta Etelä-Karjalassa Tutkimustehtävät AINEISTO JA MENETELMÄT Näytteiden keräys Näytteiden valmistus ja analysointi Sormenjälkinäytteet TULOKSET Säätiedot Leijumat Hiukkasluokat PM 1 -hiukkasnäytteet PM 1 -näytteiden mineraaliluokkien osuudet TSP-hiukkasnäytteet TSP-näytteiden mineraaliluokkien osuudet Hiukkaskoot PM 1 -näytteiden hiukkaskokojakaumat TSP-näytteiden hiukkaskokojakaumat TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimuksen tavoitteet ja saavutetut tulokset...29 OSA 2. RAJANTAKAISTEN MAASTOPALOJEN VAIKUTUS ILMANLAATUUN LAPPEENRANNAN-IMATRAN ALUEELLA SYYSKUUSSA JOHDANTO Episodin laajuus ja voimakkuus SÄÄ, ILMAVIRTAUKSET JA LÄHDEALUEIDEN PALOKARTTA HIUKKASTUTKIMUKSET Tutkitut hiukkasnäytteet ja analyysimenetelmät Hiukkasten koko ja muoto Yksittäishiukkasten alkuainesuhteet ja hiukkastyypit Hiukkasmassan ionipitoisuudet TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPAATOKSET...52 LÄHDELUETTELO...55

4 1 OSA 1. KATUPÖLYTUTKIMUS 1. JOHDANTO 1.1. Tutkimuksen tausta Valtioneuvoston asetus (711/21) panee täytäntöön EY-direktiivin 1999/3, joka määrittää mm. raja-arvot ilman PM 1 1 hiukkaspitoisuuksille (vuorokausikeskiarvo 5 µg/m 3 saadaan ylittää enintään 35 vuorokautena vuodessa). Raja-arvo tulee saavuttaa mennessä. Raja-arvot on asetettu ihmisten terveyden suojelemiseksi. Jäsenvaltiot voivat saada luvan raja-arvojen ylityksiin, jos ylitykset johtuvat teiden talvikunnossapidossa käytetystä hiekoitushiekasta. Jäsenvaltion on voitava osoittaa, että ylitykset johtuvat teiden talvihiekoituksesta. Tämä edellyttää katupölyn hiukkasten tunnistamista ja alkuperän määrittämistä. Tällä hetkellä siihen tarkoitukseen ei ole ollut käytettävissä kunnon analyysimenetelmän sovellusta. Sen vuoksi tutkimusryhmämme on kehittänyt sovellutuksen, joka perustuu yksittäishiukkasten analyysiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), johon on kytketty energiadispersiivinen röntgenmikroanalysaattori (EDS) (Tervahattu ja Kupiainen 21; Kupiainen ym. 23b). Lappeenrannan kaupungissa on mitattu vuosittain korkeita PM 1 ja TSP 2 pitoisuuksia eteenkin kevättalvella (Imatran kaupungin ympäristötoimi 21, 22 ja 23). Tämän otaksutaan johtuvan liikenteen aiheuttamasta resuspensiosta (laskeutunut pöly vapautuu ilmaan katujen kuivuessa keväällä). Vuonna 22 vuorokausiraja-arvon (5 µg/m 3 ) ylityksiä oli 26 kpl. Mittaustietoja on tosin vain 59 %:lta vuodesta, joten laskennallisesti ylityspäiviä olisi voinut olla 44 kpl. Leijuvan pölyn ongelma on näin ollen merkittävä Lappeenrannassa. Ilman hiukkaset ovat joko primäärejä tai sekundäärisiä. Primäärit hiukkaset ovat peräisin anthropogeenisista tai luonnon omista prosesseista. Sekundääriset hiukkaset muodostuvat ilmassa esimerkiksi rikkidioksidin, typen oksidien ja orgaanisten yhdisteiden reagoidessa. Ilman hiukkaset vaikuttavat hengitysilman laatuun. Vakavimmat terveydelliset ongelmat aiheutuvat todennäköisesti alle 2.5 µm hiukkasista, joiden pääasiallisena alkuperänä pidetään teollisia prosesseja ja energiantuotantoa. Terveydelliset vaikutukset korostuvat herkillä tai sairailla ihmisillä. Terveysvaikutuksia ei tosin ymmärretä vielä täysin. Klockars ym. (2) on todennut eri mineraalipölyjen aiheuttavan negatiivisia terveysvaikutuksia soluille laboratoriossa tehdyissä kokeissa. Toisaalta Laden ym. (2) toteavat, että epidemiologisien tutkimusten mukaan ei ole havaittu yhteyttä vakavien terveysvaikutusten ja hienojakoisten mineraalipölyjen välillä Ilman laadun seuranta Etelä-Karjalassa Ilman laadun seuranta perustuu ympäristönsuojelulakiin (86/2), jonka mukaan kuntien ja teollisuuslaitosten on oltava selvillä ilman laadusta ja tiedottaa asukkaille ilman laadussa tapahtuvista muutoksista. Ilmanlaadun seuranta suoritetaan Etelä-Karjalan mittausverkostossa yhteistarkkailuna (Imatran kaupungin ympäristötoimi 21, 22 ja 23). Mittausverkostoon kuuluu Lappeenrannan lisäksi Joutseno, Imatra ja Svetogorsk. Lappeenrannan päästölähteiden ja mittauspisteiden sijainti käy ilmi kuvasta 1. Raportin mukaan Lappeenrannan laskeumassa on piirteitä, jotka johtuvat lähialueen teollisuudesta; esimerkiksi kalsium- ja rikkilaskeuma ylittävät Lappeenrannan taustatason (Vehkataipale) 1 PM 1 tarkoittaa ilmassa leijuvia hiukkasia (PM = particulate matter), joiden ns. Aerodynaaminen halkaisija on <1 µm. 2 TSP (= total suspended particles) tarkoittaa ilmassa leijuvien hiukkasten kokonaismäärää.

5 Ihalaisen mittauspisteellä. Kalkkikiven louhinnasta ja jalostuksesta johtuu myös se, että laskeuman ph on korkeampi kyseisellä mittauspisteellä. Rikkidioksidipitoisuudet (lähteenä paikallinen teollisuus sekä kaukokulkeuma) ovat alueella selvästi alle ohje- ja raja-arvojen. Alueen TRS-päästöt ovat peräisin pääasiassa UPM Kymmene Oy:n Kaukaan tehtailta, mutta myös Parocin vuorivillatehtaalta. TRS-päästöissä ei tapahtunut vuonna 22 ohjearvon 1 µg(s)/m 3 (2. suurimpana vuorokausikeskiarvona) ylityksiä. Hajurikkiyhdisteet ovat kuitenkin merkittävä tekijä alueen hiukkasten muodostumisessa yhdessä rikkidioksidin kanssa. Lappeenrannassa jatkuvatoimisten laitteiden hoidosta vastaa Imatran kaupungin ympäristötoimi ja keräintyyppisten laitteiden hoidosta Lappeenrannan kaupungin elintarvikeja ympäristölaboratorio. Lappeenrannassa ilmanlaadun seurantaan osallistuvat seuraavat teollisuuslaitokset: UPM-Kymmene Oyj Kaukas, Paroc Oy Ab, Partek Nordkalk Oyj Abp, Finnsementti Oy ja Lappeenrannan lämpövoima Oy (Kuva 1). Mittaustuloksista raportoidaan kuukausittain viranomaisille ja alueen teollisuuslaitoksille ja Vuoden mittaustulokset kootaan koko mittausverkostoa käsittävään ilmanlaadunvuosiraporttiin (Imatran kaupungin ympäristötoimi 23). 2 VEHKATAIPALE LAPPEENRANNAN LÄMPÖVOIMA KAUKAS LAURITSALA KESKUSTA ARMILA TIRILÄ 2 km MÄNTYLÄ IHALAINEN IHALAISTEN TEOLLISUUSALUE MITTAUSPISTE TEOLLISUUS ENERGIA Kuva 1. Lappeenrannan mittauspisteet ja merkittävimmät ilman laatua kuormittavat laitokset (Imatran kaupungin ympäristötoimi 23) Tutkimustehtävät Tämä tutkimus on jatkoa esitutkimukselle (Räisänen ym. 22a). Siinä osoitettiin, että Lappeenrannan ilmasta kerättyjen pölynäytteiden yksittäisten hiukkasten alkuainekoostumus voidaan määrittää pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), johon on kytketty energiadispersiivinen röntgenmikroanalysaattori (EDS). Lisaksi esitutkimuksessa saatiin tärkeitä viitteitä Lappeenrannan ilman hiukkasten koostumuksesta.

6 Tämän tutkimuksen tavoitteena on: Saada tarkempaa tietoa Lappeenrannan ilmassa leijuvan pölyn hiukkastyypeistä, koosta, suhteista sekä niiden mahdollisista lähteistä SEM/EDS laitteiston avulla. Vertailla teollisuuden sormenjälkinäytteiden, hiekoitushiekan ja asfaltin koostumuksia ilmanlaadun valvontapisteiltä kerättyjen hiukkasnäytteiden koostumuksiin sekä selvittää edellisen pohjalta, mikä osuus katupölystä on peräisin teollisuudesta ja hiekoituksesta/asfaltista. Selvittää hiekoitushiekan laatu ja sen vaikutus katupölyn muodostukseen. Antaa selvityksen ja aikaisempien tutkimusten pohjalta parannusehdotuksia ilman pölypitoisuuksien vähentämiseksi. Näitä kysymyksiä käsitellään raportin ensimmäisessä osassa. Tutkimusvuonna 22 levisi Lappeenrannan-Imatran alueelle ja laajemminkin Kaakkois- Suomeen ja muuallekin maahan useita kertoja metsä- ja turvapalojen savuja rajantakaisilta alueilta. Ne herättivät yleisön keskuudessa huolestuneisuutta ja olivat ilmeisen haitallisia terveydelle (Hanninen ym. 23). Koska tutkimusryhmämme selvitti myös tämän savusumuepisodin hiukkasten koostumuksen ja lähteet ja koska tällaiset savusumut ovat merkittävä ilman laatua heikentävä tekijä, sisällytetään myös tämän tutkimuksen tulokset tähän raporttiin toisena osana. Tutkimus on tehty Lappeenrannan kaupungin ympäristötoimen tilauksesta ja rahoittamana. Tekijanä on ollut Nordic Envicon Oy Helsingistä ja tutkimuksen johtajana dosentti Heikki Tervahattu. Ensimmäisen osan toteutuksesta on vastannut FM Mika Räisänen ja toisesta osasta MMM Jarkko Niemi. MMM Kaarle Kupiainen on osallistunut tutkimuksen tekemiseen monin tavoin. 3

7 4 2. AINEISTO JA MENETELMÄT 2.1. Näytteiden keräys Ilmanlaatua mitataan eri puolelle Lappeenrantaa sijoitetuissa mittauspisteissä, joiden sijainnit käyvät ilmi kuvasta 1. Merkittävä ilmanlaatua huonontava tekijä on hiukkaspitoisuus. Joka kolmas päivä suoritettava TSP keräys kestää vuorokauden ja suoritetaan suurtehokeräimellä (Wedding&Associates). PM 1 mittaaminen tapahtuu jatkuvatoimisella keräimellä (Eberline FH 62 I-R) TSP näytteitä kerättiin Lappeenrannassa tämän tutkimuksen suoritusajankohtana (elokuu 22-kesäkuu 23) kolmessa mittauspisteessä (Ihalainen, Mäntylä ja Lauritsala) ja PM 1 -näytteitä keskustan monitorointipisteessä. Keskustan PM 1 laitteiston toimintahäiriöiden vuoksi tämän tutkimuksen ensimmäiset PM 1 näytteet ovat vasta kevätpölykaudelta (maaliskuu 23) Näytteiden valmistus ja analysointi Kiinnitimme sähkönjohtavan kaksipuolisen teipin (Scotch Ruban Adhesiv) 2,5 cm:n alumiinikiekolle ja painoimme kiekolla kevyesti lasikuitusuodatinta, jolle hiukkasnäyte oli kerätty. Tämän jälkeen päällystimme näytteen hiilellä sputterointilaitteessa sähkönjohtavuuden parantamiseksi. Suoritimme tutkimuksen Zeiss DSM 962 pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, johon on kytketty energiadispersiivinen röntgenmikroanalysaattori (LINK ISIS, mittausohjelmana ZAF 4). Kuva 2. Elektronimikroskooppikuva PM 1 -näytteestä (L27.3.3), mistä käy ilmi kapupölyepisodin mineraalihiukkasten kulmikkuus. Mittakaava 5 µm.

8 Analysoimme jokaisesta näytteestä 1-15:n satunnaisesti valitun hiukkasen koon ja alkuainekoostumuksen, jonka perusteella luokittelimme eri hiukkastyypit (Kuva 2). Minimi hiukkaskoko tutkimuksessamme oli 1 µm. Hiukkastyyppien perusteella pyrimme päättelemään hiukkasien alkuperän. Analysoimme seuraavat alkuaineet: Al, Ca, Cl, Fe, K, Mg, Na, O, P, S, Si ja Ti. Hiukkastyyppien kuvauksessa ei ole mainittu happea, koska se on yleensä mukana ja mikäli ei ole niin se on mainittu erikseen. Hiilen esiintymisen (runsaasti hiiltä/ei hiiltä) pyrimme arvioimaan alkuainespektrien avulla. Hiilianalyysit ovat ongelmallisia, koska näytteet päällystettiin hiilellä ja analyyseissä käytettiin kiihdytysjännitteenä 2 kev:a, jonka vuoksi kevyitä alkuaineita kuten hiiltä ei kyetä analysoimaan tarkasti (Sitzmann ym. 1999). Hiukkasten luokittelu tehtiin erikseen alkuaineiden prosenttiosuuksien perusteella sekä analyysispektrin pohjalta. Hiukkaskoot mitattiin kaksiulotteisesti tietokoneen näyttöruudulta mittajanan avulla. Hiukkaskoot ovat täten hiukkasten kahden dimension optisia keskiarvoja. Analyyseissä käsiteltiin >1 µm halkaisijaltaan olevia hiukkasia, joiden on havaittu muodostavan suurimman osan (97%) katupölyn massasta (Chow ym. 1994). PM 1 ja TSP näytteet ilmaisevat pölyn määrän tiettynä ajanjaksona ja niiden tulokset ilmoitetaan mikrogrammoina kuutiometrissä ilmaa. Koska tulokset pohjautuvat näytteiden massaan, korostuu tuloksissa tiheämpien kooltaan suurempien mineraalihiukkasten osuus verrattuna polttoprosessien kevyempiin hiukkasiin Sormenjälkinäytteet Sormenjälkinäytteet (taulukko 1) on otettu teollisuudessa käytetyistä raaka-aineista, lopputuotteista, prosessissa muodostuvista pölyistä esimerkiksi sähkösuodattimilta tai muista lähteistä kuten hiekoitushiekasta ja asfaltista. Sormenjälkinäytteiden avulla voidaan vertailla ilmasta kerättyjen näytteiden yksittäisten hiukkasten ja eri lähteiden tyyppihiukkasten koostumuksia. Täten voidaan yrittää päätellä pölyhiukkasten alkuperä ja myös arvioida päästölähteiden hiukkasmassan tasalaatuisuutta. On kuitenkin huomioitava, että suodattimilta kerätyt näytteet eivät välttämättä vastaa piipun päästöjen koostumusta. Taulukko 1. Sormenjälkinäytteet. Lähde Sormenjälkinäyte UPM-Kymmene Kaukas LS 1: Kuorikattila 1, sähkösuodattimelta UPM-Kymmene Kaukas LS 2: Kuorikattila 2, sähkösuodattimelta UPM-Kymmene Kaukas LS 3: Soodakattila, sähkösuodattimelta UPM-Kymmene Kaukas LS 4: Meesauuni, sähkösuodattimelta Finsementti Oy LS 5: Suodatinnäyte Finsementti Oy LS 6: Suodatinnäyte Finsementti Oy LS 7: Rapid sementti Finsementti Oy LS 8: Lentotuhka Hanasaaren kivihiilivoimalaitoksesta Paroc Oy Ab LS 9: Suodatinnäyte Paroc Oy Ab LS 1: Vuorivillan kuituja Hiekoitushiekka /8 mm LS 11 Lappeenkadun asfaltin LS12 kiviaines Asfalttinäyte valtakadulta LS 13 5

9 UPM-Kymmene Oyj Kaukaan hiukkaspäästöt Sulfaattisellun raaka-aineena käytetään kuorittua ja haketettua puuta. Haketta keitetään lipeäliuoksessa, jonka kemikaaleina on natriumhydroksidi ja natriumsulfidi. Keitetty massa pestään ja keittymättömät jakeet erotetaan kuiduista. Ruskea sulfaattimassa valkaistaan hapen, vetyperoksidin ja klooridioksidin avulla. Mustalipeä on valmistuksessa syntyvä keittoliemi, joka sisältää noin puolet alkuperäisestä raaka-aineesta. Mustalipeällä tuotetaan energiaa polttamalla sitä soodakattilassa, jolloin tuotetaan sähköä höyryn avulla ja erotetaan käytetyt kemikaalit uudelleenkäytettäviksi. Mustalipeän poltossa vapautuu ilmaan pölyä, jonka määrä on pyritty minimoimaan sähkösuodattimen avulla. Kuorikattiloissa tuotetaan energiaa ja niissä käytetään polttoaineena puun kuorta ja puujätettä. UPM-Kymmene Kaukaan ympäristöselonteko (21). UPM-Kymmene Kaukaan tehtaiden pääasialliset hiukkaspäästöt ovat seuraavat: - Soodakattila: 18 tn - Meesauuni: 16 tn - Kuorikattila 1: 9 tn - Kuorikattila 2: 12 tn Sormenjälkinäytteet LS1 ja LS2 kuorikattiloiden 1 ja 2 sähkösuodattimilta Analysoiduissa näytteissä ei ole juurikaan hiukkasia joiden koko on < 1 µm lisäksi hiukkasten koostumus vaihtelee runsaasti. Suurin osa hiukkasista oli kooltaan > 3 µm. Kuorikattila 1:n sormenjälkinäyte (LS 1) on heterogeenisempi kuin Kuorikattila 2:n (LS 2), koska kuorikattila 1 poltetaan lisäksi bio- ja puhdistamolietettä. LS 1 näytteessä esiintyy mm. Ca-K-Si-Al-S-P vaihtelevina määrinä. LS 2 vallitsevat alkuaineet ovat Ca-K-S-C. Hiukkasten pallomaisuus viittaa polttoperäiseen lähteeseen, mutta kuorikattiloiden sormenjälkinäytteissä ei ollut juurikaan pallomaisia hiukkasia. Edellisten piirteiden vuoksi ja myös pienien päästömäärien vuoksi kuorikattiloiden päästöistä peräisin olevia hiukkasia ei kyetty identifioimaan tutkituista näytteistä. Sormenjälkinäyte LS3 soodakattilan sähkösuodattimelta Tämä näyte koostui hiukkasista, jotka esiintyivät yleensä aggregaatteina. Aggregoituminen on voinut tapahtua myös näyteastiassa tai näytteidenvalmistuksessa. Hiukkasten koko oli keskimäärin 12 µm (3-5 µm) ja hiukkaset koostuivat pääosin seuraavista alkuaineista: S-Na tai S-Na-K ja lisäksi monissa hiukkasissa oli mukana hiiltä, mutta hiilianalyysit eivät ole luotettavia, koska näytteet on päällystetty hiilellä. Glaubersuola (natriumsulfaattia Na-S) on tyypillisin sellutehtaan päästöindikaattori, koska soodakattilalla on suurimmat päästöarvot ja glaubersuolan koostumus poikkeaa muiden lähteiden hiukkasten koostumuksista. Sormenjälkinäyte LS 4 on meesauunin sähkösuodattimelta Meesauunissa poltetaan meesaa (CaCO 3 ), joka syntyy keitto- eli valkolipeän valmistuksessa sellunvalmistusprosessissa. CaCO 3 poltetaan kalkiksi (CaO), jota voidaan käyttää uudelleen. Tämän sormenjälkinäytteen hiukkaset olivat kooltaan keskimäärin 7 µm (2-2 µm) ja ne koostuivat Ca-C ja Ca hiukkasista. Ca-rikkaiden hiukkasten alkuperää on vaikea päätellä, koska Ca-rikkailla hiukkasilla on monia lähteitä. 6

10 Finnsementti Oy:n hiukkaspäästöt Raaka-aineiden murskaus, seulonta ja homogenisointi kuuluu osana sementin valmistukseen. Klinkkerin valmistuksessa homogeeninen raaka-ainejauhe sulatetaan noin 1 m kiertouunissa, jolloin Ca-, Si-, Al- ja Fe-yhdisteet muuttuvat kalsiumyhdisteiksi ja sintraantuvat jäähdytyksessä sementtiklinkkeriksi. Materiaalin lämpötila nousee 14 asteeseen ja lopulta se jäähdytetään nopeasti ilmajäähdytyksellä 2 asteeseen, jolloin muodostuu sementtiklinkkeriä. Klinkkerin polttoprosessissa muodostuvat sementtitehtaan merkittävimmät päästöt. Vuonna 22 kahdesta uunien savupiipuista pölyjen päästömäärä oli noin 128 tn ja hajapäästöt eri prosessivaiheista, kuten uloslastauksesta, noin 2 tn. Sementin jauhatuksessa eli klinkkerin murskauksessa ei muodostu pölypäästöjä. Sementtiteollisuuden hiukkaspäästöjen koostumus poikkeaa selkeästi luonnossa esiintyvien mineraalien koostumuksesta, minkä vuoksi näiden hiukkasten lähteiden tunnistaminen on mahdollista. Sintraantuminen sementtiklinkkeriksi on erittäin nopea tapahtuma, jonka vuoksi materiaalin kiteytyminen ei ole täysin tasapainoista, vaan tällöin voi muodostua myös tavanomaisista sementtimineraaleista poikkeavia koostumuksia. Klinkkerin valmistusprosessissa muodostuu sementin valmistuksen oleellisimmat pölypäästöt. Sementti valmistetaan Lappeenrannassa seuraavista raaka-aineista: - Kalkkikivi noin 9 % joka sisältää myös Si, Al ja Fe. Hyvärilän diabaasi (plagioklaasi, pyrokseeni, magnetiitti ja biotiitti). - Hanasaaren kivihiilivoimalaitoksen lentotuhka (LS 8) - Imatra Steel Oy:n valssihilse Sormenjälkinäytteet LS 5 ja LS 6 klinkkerin polttoprosessin suodattimilta Analysoiduissa hiukkasnäytteissä oli joitakin muodoltaan pallomaisia hiukkasia, mutta hiukkaset olivat pääsääntöisesti kulmikkaita tai hieman häilyviä ja kooltaan keskimäärin 5 µm (Kuva 3). Tyypillisesti hiukkaset koostuivat alkuaineista Ca-Si ± S. Harvinaisempia hiukkaskoostumuksia edustivat mm. seuraavat alkuainekombinaatiot: - Ca-Si-Al - Si-Al-Mg - Si-Ca-Na-Al - Si-Mg - Ca-Si-Mg Harvinaisempien hiukkastyyppien tunnistaminen ja luokittelu mahdollisen lähteen mukaan on hankalaa, koska sormenjälkinäytteissä kyseisiä hiukkasia on liian harvassa. Sormenjälkinäyte LS 7 Rapid sementistä Sementin päämineraalit ovat Finnsementin mukaan (1996): aliitti (O-Ca-Si), beliitti (O-Ca- Si), aluminaatti (O-Ca-Al) ja ferriitti (O- Ca-Al-Fe); mineraalien pääalkuaineet ilmoitettu suluissa. Analysoitujen hiukkasten kesimääräinen koko oli 5 µm ja hiukkaset olivat pääasiassa aliittia ja beliittiä, mutta myös muita sementille tyypillisiä mineraaleja havaittiin. Monien hiukkasten koostumuksia luonnehti myös kohonnut rikkipitoisuus ja muutamissa hiukkasissa oli runsaasti kaliumia ja natriumia. 7

11 8 Kuva 3. Sementin suodatinpölyn sormenjälkinäytteen (LS 5) eri muotoiset hiukkaset Kuva 4. Lentotuhka sormenjälkinäytteen (LS 8) pallomaiset polttoperäiset hiukkaset.

12 9 Sormenjälkinäyte LS 8 Hanasaaren kivihiilivoimalaitoksen lentotuhkasta Lentotuhkaa käytetään vain muutama prosentti sementin valmistukseen. Tämän vuoksi ei ole todennäköistä, että siitä peräisin olevia päästöjä havaittaisiin juurikaan kerätyissä näytteissä. Lentotuhkanäytettä käytettiin sormenjälkinäytteenä, koska halusimme vertailunäytteen muille mahdollisille kivihiilivoimaloiden päästöille. Analysoitujen hiukkasten keskimääräinen koko oli 6 µm (2-12 µm) ja hiukkaset olivat pallomaisia ja niiden pinnalla oli kiinnittyneinä toisia hiukkasia (Kuva 4). Hiukkasten vallitsevia alkuaineina olivat Si-Al, mutta joissakin hiukkasissa oli myös runsaasti joitakin seuraavista alkuaineista: Ca, Fe, Mg, P. Paroc Oy Ab:n hiukkaspäästöt Vuorivillan valmistuksessa syntyvät vuosittaiset päästöt ovat 24,7 tn, joka muodostuu sulatusuunien (14,3 tn) ja kuidutuksen (1,4 tn) prosessipäästöistä. LS 9 sormenjälkinäyte on otettu sulatusuunien suodattimista ja LS 1 edustaa kuidutusta, mutta näyte on otettu levyjen leikuujätteestä. Vuorivillan valmistuksessa käytetään mm. seuraavia kivilajeja, suluissa kivien tyypilliset mineraalit: - Dolomiitti (dolomiitti-kalsiitti) - Gabro-Anortosiitti (plagioklaasi-epidootti-kalsiitti-kloriitti-klinopyrokseeni ja amfiboli) - Peridotiitti (klinopyrokseeni-amfiboli-apatiitti-biotiitti-plagioklaasi-ortopyrokseeni) - Oliviinidiabaasi (Oliviini-titanomagnetiitti-ilmeniitti-klinopyrokseeni-biotiittiklinoferrosiliitti-amfiboli-serpentiini-kloriitti) Vuorivillan valmistukseen käytetään mineralogialtaan hyvin vaihtelevia kivilajeja, joka voi selittää muutamien harvinaisempien mineraalien esiintymisen joissakin pölynäytteissä. Pääsääntöisesti kuitenkin vuorivillan valmistukseen käytettävät kivet sisältävät samoja mineraaleja, joita käytetään esimerkiksi hiekoitushiekkana, asfaltin raaka-aineena tai kalkkikivien louhinnassa ja jalostuksessa. LS 9 sormenjälkinäyte vuorivillan valmistuksen sulatusuunien suodattimelta Hiukkasilla oli melko homogeeninen koostumus (Si-K-Mg-Na-Fe-Cl-P-Al), mutta näitä hiukkastyyppejä ei tavattu analysoiduissa näytteissä. Hiukkaset olivat pääasiassa pyöristyneitä ja kulmikkaita niiden koon vaihdellessa pääasiassa välillä 1-5 µm. LS 1 sormenjälkinäyte vuorivillan kuiduista Vuorivillan kuitujen koostumus oli melko tasalaatuinen. Niiden koostumus muistuttaa hyvin paljon amfiboli mineraalin koostumusta (Si-Ca-Al-Mg-Fe), jonka vuoksi niitä ei kyetä erottamaan amfibolihiukkasista. Kuitujen paksuus oli noin 4-8 µm ja pituus satoja mikrometrejä. Hiekoitushiekan ja asfaltin mineraalipölyt Kevätpöly koostuu pääsääntöisesti mineraalipölyistä (esim. Pakkanen ym. 21). Tämän vuoksi hiekoitushiekan ja asfaltin koostumusta tutkittiin elektroni-, polarisaatio-ja binokulaarimikroskoopilla, koska tavoitteena oli arvioida pölyn eri lähteiden osuuksia. Katujen hiekoitukseen käytetty hiekoitushiekka on Salpausselän hiekkaa, minkä vuoksi sen mineraalikoostumus on heterogeeninen. Lappeenrannan katujen asfalttien kiviaines vaihtelee myös huomattavasti. Taikinamäen monitorointiaseman läheisyydessä, kuten parkkipaikoilla ja Valtakadulla, on käytetty heterogeenista graniittista kiveä, kun taas Lappeenkadun asfaltin kiviaines on tasalaatuista tummaa kiveä. Kiviainesten heterogeenisuuden vuoksi tarkkoja arvioita eri pölylähteiden osuuksista ei voida tehdä. Kiviainesten koostumuksissa on

13 kuitenkin tiettyjä erityispiirteitä, jonka vuoksi hiekoitushiekan ja asfaltin sormenjälkinäytteiden avulla voidaan tehdä karkeita arvioita mineraalipölyjen lähteistä. LS 11 sormenjälkinäyte hiekoitushiekasta Hiekoitushiekan tarkan mineraalikoostumuksen määrittäminen ei ole mahdollista, koska se on muodostunut Salpausselän heterogeenisesta hiekasta (taulukko 2). Koostumusarvioita suoritettiin binokulaari- ja elektronimikroskoopilla. Noin 95 % hiekoitushiekasta on kvartsia, plagioklaasia ja kalimaasälpää. Hiekoitushiekan tärkeimmät sormenjälkimineraalit ovat kalimaasälpä ja biotiitti, koska asfaltti ei sisällä kalimaasälpää ja hiekoitushiekassa on alle 5 % biotiittia (asfaltissa 28 %). 1 Taulukko 2. Hiekoitushiekan mineraalikoostumus. Mineraali SEM/EDS Mikroskooppi Kvartsi On On Plagioklaasi On On Kalimaasälpä On On Biotiitti On < 5 % Muskoviitti On On Granaatti On < 1 % LS 12 sormenjälkinäyte asfaltin kiviaineksesta LS 12 sormenjälkinäyte on otettu Lappeenkadun tummasta asfaltista ilmanlaadun monitorointipisteen läheisyydestä. Asfaltin tyyppinä on kivimastiksiasfaltti (SMA), ja se on silmämääräisesti tarkasteltuna erittäin tasalaatuista. Kiviaineksen mineraalikoostumus (taulukko 3) määritettiin polarisaatiomikroskoopilla kiillotetusta ohuthieestä. Kiven hienorakeisuuden vuoksi plagioklaasin ja kvartsin erottaminen ei ole mahdollista polarisaatiomikroskoopilla, mutta elektronimikroskooppianalyysien perusteella kivessä on < 5 % kvartsia. Biotiitti on melko pehmeä mineraali, jonka korkea pitoisuus heikentää jonkin verran kiven kulutuskestävyyttä. Taulukko 3. Lappeenkadun asfaltin modaalinen koostumus (mineraalien määrät). Määritetty pistelaskumenetelmän avulla yhdestä kiillotetusta ohuthieestä (1 pistettä). Mineraali % Plagioklaasi kvartsi Biotiitti 28 Amfiboli 24 Rautaoksidit 11.8 Titaniitti 5 LS 13 sormenjälkinäyte asfaltista Valtakadun asfaltti muistuttaa ulkoasultaan AB2 asfalttia, jonka kiviaineksena on käytetty heterogeenisesta graniittia. Kiven yleiset mineraalit ovat kalimaasälpä, kvartsi, plagioklaasi, biotiitti ja mahdollisesti amfiboli. Kiviaineksen heterogeenisuuden vuoksi tarkemman mineralogian määrittäminen edellyttäisi huomattavan määrän lisäanalyysejä, joka ei ole tämän tutkimuksen puitteissa mahdollista. LS 13 sormenjälkinäytteestä on määritetty lähinnä bitumin ja bitumin+kiviaineksen koostumuksia. Analyyseissä oli yleisesti korkea rikki- ja kalsiumpitoisuus, joista jälkimmäinen on todennäköisesti peräisin kalkkikivestä, jota on käytetty asfaltin täytejauheena.

14 Nordkalk Oyj Abp:n hiukkaspäästöt Nordkalk Oyj Abp:n Lappeenrannan hiukkaspäästöt ovat noin 27 tn/a, joka koostuu etupäässä varastokasojen pölyämisestä ja liikenteen levittämästä pölystä. Kalkin poltossa syntyy hiukkaspäästöjä noin 1 tn, joka sisältää sekä kivihiilellä tuotetun energian, että kalkinpoltossa vapautuvat hiukkaspäästöt. Nordkalkilta ei ole otettu sormenjälkinäytteitä, koska hiukkaset ovat pääsääntöisesti Ca-rikkaita hiukkasia, eikä niiden jäljittäminen ole mahdollista. 11

15 12 3. TULOKSET 3.1. Säätiedot Tutkittujen näytteiden keruuaikoina on ollut yleensä alhainen ilman kosteus ja vallitseva tuulen voimakkuus on ollut noin 4 m/s. Tuulen suunnat ja voimakkuudet on esitetty kuvassa 5 (s ). Alhaisella tuulennopeudella ilman sekoittuminen ja laimeneminen ei ole tehokasta, minkä vuoksi pahimmat katupölyepisodit ajoittuvat yleensä tämänkaltaisille säätiloille Leijumat Hiukkaspäästöjen osalta Lappeenrannan kaupungissa on mitattu vuosittain PM 1 ja TSP vuorokausiohjearvojen ylityksiä etenkin kevättalvella. Tämän otaksutaan johtuvan liikenteen aiheuttamasta resuspensiosta (laskeutunut pöly vapautuu ilmaan katujen kuivuessa keväällä). Imatran kaupungin ympäristötoimen mukaan (23) vuonna 22 ei ylitetty PM 1 raja-arvoa, koska vuorokausiraja-arvon (5 µg/m 3 ) ylityksiä sallitaan 35 kpl ja ylityksiä oli 26 kpl. Mittaustietoja on tosin vain 59 %:lta vuodesta, joten PM 1 pitoisuudet ovat joka tapauksessa olleet lähellä raja-arvoa. Kuvassa 6 käy ilmi tutkittujen PM 1 näytteiden leijuma-arvot ja vastaavasti kuvassa 7 TSP-näytteiden leijuma-arvot. Näytteiden valintaa on ohjannut tuulen suunta, koska haluttiin määittää teollisuuden primäärien pistelähteiden vaikutuksia. Paperiteollisuuden päästöjen kartoitus oli hankalaa vallitsevien tuulensuuntien vuoksi, jonka vuoksi jouduttiin valitsemaan näytteitä, joiden pitoisuudet olivat alhaiset.

16 Tuulen nopeus, m/s Tuulen suunta, aste Tuulen nopeus, m/s Tuulen suunta, aste Tuulen nopeus, m/s Tuulen suunta, aste Tuulen nopeus, m/s h Tuulen nopeus Tuulen suunta h Tuulen nopeus Tuulen suunta Tuulen suunta, aste Kuva 5. Tuulen suunnat ja voimakkuudet Lappeenrannassa näytteiden keruuaikana.

17 Tuulen nopeus, m/s Tuulen suunta, aste Tuulen nopeus, m/s Tuulen suunta, aste Tuulen nopeus, m/s Tuulen suunta, aste Tuulen nopeus, m/s h Tuulen nopeus Tuulen suunta h Tuulen nopeus Tuulen suunta Tuulen suunta, aste Kuva 5. Tuulen suunnat ja voimakkuudet Lappeenrannassa näytteiden keruuaikana.

18 Tuulen nopeus, m/s h Tuulen nopeus Tuulen suunta Tuulen suunta, aste Kuva 5. Tuulen suunnat ja voimakkuudet Lappeenrannassa näytteiden keruuaikana. PM1 leijumat µg/m Raja-arvo Kuva 6. Keskustan monitorointiasemalla mitatut PM 1 -vuorokausipitoisuudet. Raja-arvon (5 µg/m3) ylityksiä sallitaan 35 kpl/vuosi Hiukkasluokat Esitutkimuksen luokitusta (Räisänen ym. 22a) on hieman muutettu ja täydennetty. Toisaalta olemme tunnistaneet useimpien sormenjälkinäytteiden perusteella tarpeen lisäluokille ja toisaalta joitakin luokkia on yhdistetty analyysien epävarmuustekijöiden vuoksi. Mm. hiilipitoisten hiukkasten luokka on poistettu, koska hiilipitoisuuden mittaaminen 2 kv kiihdytysjännitteellä ei ole täysin luotettavaa. Tyypillisien mineraalipölyjen analysointiin taas 2 kv kiihdytysjännite sopii parhaiten. Osalla sormenjälkinäytteistä on samankaltainen koostumus joidenkin mineraalien tai toisten sormenjälkinäytteiden kanssa. Hiukkasluokat (taulukko 4) on määritetty hiukkasten

19 alkuainekoostumuksen perusteella. Jotkut pölyhiukkaset koostuvat sekarakeista (esimerkiksi kahden mineraalin yhteen kasvaminen tai hiukkasten muodostamat aggregaatit), minkä vaikeuttaa useiden hiukkasten luokittelua. 16 TSP leijumat 2 16 µg/m LL LL LI LL LI LM LM Kuva 7. Analysoitujen TSP-näytteiden leijuma-arvot. LL = Lauritsala, LI = Ihalainen, LM = Mäntylä. Mineraalipölyt, luokat 11-2 Mineraaliluokkien määrä on riippuvainen tutkimusalueiden sijainnista ja siellä käytetyistä kiviaineksista. Luokkia muodostuu lisää, kun tutkittavien materiaalien määrä lisääntyy. Epäorgaanisen mineraalipölyn pääasiallinen lähde on renkaiden ja hiekoitushiekan kuluttama asfaltin kiviaines sekä hiekoitushiekasta jauhautunut pöly. Katupölyn maksimipitoisuudet ajoittuvat tästä syystä usein ruuhka-aikoihin, jolloin mineraalipöly resuspendoituu ilmaan. Tärkeimmät mineraalipölyjen luokat koostuvat hiekoitushiekan ja asfaltin kiviainesten yleisimmistä mineraaleista plagioklaasista, kalimaasälvästä, kvartsista, biotiitista ja amfiboleista. Mineraaliperäiset rautaoksidit voivat myös sekoittua esimerkiksi autojen rautapitoisiin korroosiotuotteisiin. Runsaasti kalsiumia ja rikkiä sisältävät hiukkaset, luokka 33 Syntyy mm. teollisuus- ja energialaitosten rikinpoistoprosessien seurauksena. Sementtiteollisuudessa CaSO 4 :a voi syntyä myös ilmakemiallisesti kalkkikivestä. Mm. sementtiteollisuuden ja paperiteollisuuden sormenjälkinäytteissä tavattiin edellisen koostumuksen hiukkasia. Runsaasti kalsiumia sisältävät hiukkaset, luokka 34 Ca-rikkaiden hiukkasten pääsääntöinen lähde on Lappeenrannan alueella Ihalaisen teollisuusalueen kalkkikiven jalostus, louhinta, varastointi ja kuljetus. Läheisissä mittauspisteissä (Ihalainen ja Mäntylä) Ca-rikkaiden hiukkasten osuus on usein korkea. Muita Ca-rikkaiden hiukkasten lähteitä ovat mm. Kaukaan tehtaiden meesauuni ja asfaltin täytejauheena käytetty kalkkikivi. Uusittujen savukaasujen puhdistuslaitteiden ansiosta savupiippujen Ca-rikkaiden hiukkasten päästöt ovat pienentyneet huomattavasti viimeisen kymmenen vuoden aikana. Ihalaisen alueen hajapölyjen ja savupiipuista vapautuvien pölyjen

20 osuuksien arviointi ei ole tämän tutkimuksen puitteissa mahdollista suorittaa. eikä muutenkaan arvioida Ca-rikkaiden hiukkasten eri lähteiden osuuksia hiukkasten samankaltaisen koostumuksen vuoksi. Taulukko 4. Hiukkasluokissa esiintyneet yleisimmät alkuaineet. Hiukkasissa on yleensä mukana myös O. Tämän tutkimuksen tärkeimmät hiukkastyypit lihavoitu. Koodi Al Ca C Cl Fe K Mg Na S Si Ti Plagioklaasi 11 X X X X Kalimaasälpä 12 X X X X Biotiitti 13 X X X X X X Kvartsi 14 X Amfiboli 15 X X X X X X Titaniitti 16 X X X Rautaoksidit/rautahiukkaset ym. 17 X Klninopyrokseeni 18 X X X X X Oliviini 19/1 X X X Kloriitti 19/2 X X X X Granaatti 19/3 X X X Ilmeniitti 2 X X Na-Cl 31 X X Ca-S 33 X X Ca 34 X Ca-P 341 X Ca-Si 343 X X X Na-S 35 (X) (X) X X Lentotuhka/rengaspöly/filleri/bitumi/ym. rikkipitoiset 36 X X (x) X X X X X X X Si-Al 372 X (X) (X) (X) X Tunnistamattomat ja hiilipitoiset 38 (X) Cu-rikkaat 171 Runsaasti kalsiumia ja piitä sisältävät hiukkaset, luokka 343 Sementin yleisimmät mineraalit muodostuvat Ca-Si-O alkuaineista. Kyseisen koostumuksen mineraaleja ei tavata yleisesti luonnosta, minkä vuoksi kyseistä luokkaa on käytetty sementtiteollisuuden sormenjälkenä. Ihalaisen alueella louhittava wollastoniitti peräinen pöly voi myös vaikuttaa hieman luokan hiukkasten määrään. Luokan hiukkasien lähteenä voivat olla myös esimerkiksi Ca rikkaat hiukkaset, jotka ovat muuttuneet esimerkiksi ilmakemiallisten reaktioiden seurauksena. Lisätodiste tämän hiukkasluokan läheisestä lähteestä on se, että kyseisiä hiukkasia esiintyy myös suuremmissa kokoluokissa (> 1 µm). Tämän kokoluokan hiukkaset eivät todennäköisesti ole kaukokulkeutuneita. Runsaasti natriumia ja rikkiä sisältävät hiukkaset, luokka 35 Näitä hiukkastyyppejä ei ainakaan tällä koostumuksella esiinny esim. Helsingissä. Jos niitä on, niin korkeintaan hyvin vähän ja varmaankin eri alkuperää olevina. Olemme pystyneet identifioimaan nämä Lappeenrannan ilmanlaadulle ominaiset ja merkitykselliset hiukkastyypit ja todenneet, että näitä hiukkasia on ainakin joissakin näytteissä useita prosentteja. Luokan 35 hiukkasissa voi olla mukana myös C ja/tai K. Luokka on Lappeenrannan ilmanlaadun kannalta tärkeää luokka, koska nämä hiukkaset ovat peräisin puunjalostusteollisuudesta. Hiukkaset ovat voineet koaguloitua tai TRS-yhdisteet ovat voineet kondensoitua glaubersuolan tai muidenkin hiukkasten pinnoille. 17

21 Rikkipitoiset hiukkaset, luokka 36 Kirjallisuuden mukaan luokan lähteenä on esimerkiksi lentotuhka (Lighty ym. 2) ja auton renkaista peräisin olevat hiukkaset (Rautenberg-Wulff ym. 1995). Lisäksi kaukokulkeutuneessa mineraalihiukkasissa on havaittu vastaavia alkuainekombinaatioita (Zhang ja Iwasaka 1999). Muita ovat esimerkiksi kaukokulkeuman ilmakemiallisten reaktioiden seurauksena syntyneet hiukkaset, asfaltin bitumin ja mineraalien yhdistelmähiukkaset. Luokka sisältää myös hiilipitoisia hiukkasia. Tämän luokan hiukkasten rikkipitoisuus on > 2 %, mutta luokassa eivät ole mukana ne hiukkaset, joissa on runsaasti rikkiä ja sen lisäksi runsaasti kalsiumia, natriumia tai rautaa. Tämän luokan hiukkasilla on useita lähteitä. Polttoperäiset hiukkaset kuuluvat usein tähän luokkaan, ja täten pallomaiset hiukkaset on sisällytetty tähän luokkaan, vaikka niissä ei täyttyisi rikkipitoisuuden ehto. Hiekoitushiekan ja asfaltin kiviaines ei voi olla luokan lähteenä, koska niissä ei todettu olevan juurikaan rikkipitoisia mineraaleja. Asfaltin täytejauheena käytetään etupäässä kalkkikiveä ja lisäksi siinä käytetään hienoksi jauhettua kiviainesta ja toisinaan myös lentotuhkaa. Asfaltin hienorakeista osaa luonnehtii näin ollen edellisten ainesten sekoitus. Tyypilliset asfaltista tehdyt analyysit sisälsivät seuraavia alkuaineita: Si, S, Ca ja Fe. Täytejauheen ja bitumin analyysit sisälsivät usein rikkiä selvästi > 2 %, minkä vuoksi asfaltin bitumi täytejauheineen on yksi tämän luokan lähteistä. Luokka 38, tunnistamattomat hiukkaset Tämän luokan hiukkasten koostumus poikkeaa mineraalien luokista (11-2). Luokan hiukkaset sisältävät usein rikkiä, mutta rikkipitoisuus on < 2 %. Osa tämän luokan hiukkasista on todennäköisesti synnyltään polttoperäisiä liikenteen päästöjä, osa lentotuhkaa tai mineraaliperäisiä sekakoostumuksen hiukkasia. Hiilirikkaat hiukkaset ovat pääosin polttoprosesseista, kuten pakokaasuista, ja esiintyvät usein pienempien hiukkasten muodostamia agglomeraatteina. Niiden havaitseminen ja tilastollinen käsittely ei ole ongelmatonta niiden pienen koon vuoksi, joka on yleensä alle 1 µm, joka on pääsääntöisesti tämän tutkimuksen hiukkasten alaraja ja tämän vuoksi suuremmat mineraaliperäiset katupölyhiukkaset dominoivat analyyseissä. Tosin nämä hiukkaset voivat yhteen liittyessään muodostaa suurempiakin hiukkasia tai kulkeutua suurempien hiukkasten pinnoille. Luokka 171, Kuparipitoiset hiukkaset Kuparipitoisten hiukkasten keskimääräinen koko on noin 1-2 µm. Kuparipitoisia hiukkasia esiintyy runsaammin vain kahdessa Lauritsalan TSP-näytteessä, mikä viittaa niiden lähteen olevan Lauritsalassa. Läheiseen lähteeseen viittaa myös se, että niitä tavataan myös > 1 µm hiukkasluokissa. Todennäköinen lähde voi olla esimerkiksi suurtehokeräimen sähkömoottori, koska nämä hiukkaset havaittiin vain näytteissä, joiden kokonaispölymäärät olivat alhaiset. 18

22 Siitepölyhiukkaset Näyte LM sisälsi siitepölyhiukkasia 26 %, joiden koko oli yleensä noin 2 µm. Siitepölyhiukkasia ei ole merkitty kuvaan 13. Tutkitun näytteen siitepölyt olivat peräisin pääasiassa koivusta ja lepästä, mutta myös joitakin pajujen siitepölyjä havaittiin (Kuva 8). Yhdessä PM 1 -näytteessä (6.5.3) oli vain joitakin siitepölyhiukkasia johtuen niiden suuresta koosta. 19 Kuva 8. Elektronimikroskooppikuva TSP-näytteen (LM 6.5.3) siitepölyhiukkasista. Ylempi siitepöly on koivun ja alempi pajun PM 1 -hiukkasnäytteet Kuvasta 9 käy ilmi, että mineraalipölyjen suhteellinen osuus Lappeenrannan keskustassa pienenee kevätpölykaudelta siirryttäessä alkukesään, mikä johtuu asfaltin ja hiekoitushiekan kulumisen vähentymisestä. Nastarenkaiden sijasta aletaan käyttämään kesärenkaita ja katuja ei tarvitse hiekoittaa enää. Tämän seurauksena nastarenkaat ja hiekoitushiekka eivät kuluta asfalttia ja vastaavasti hiekoitushiekka ei kulu renkaiden alla. Vastaavana ajanjaksona rikkipitoisten hiukkasten suhteellinen osuus kasvaa. Ihalaisen alueen Ca-rikkaat (luokka 34) ja sementtiteollisuuden (luokka 343) pölyhiukkaset eivät ole yleensä tutkittujen näytteiden hiukkasluokkien pääkomponentteja. Tähän vaikuttaa mineraalipölyjen suhteellisen suuri osuus ja tuulen suunta vallitsi stabiili tuulen suunta Ihalaisen alueelta ja tämä havaitaan myös kyseisen päivän luokkien 34 ja 343 kohonneina arvoina. Paperiteollisuuden päästölähteiden havainnointi (luokka 35) on osittain hankalaa, koska Lappeenrannan alueen vallitsevat tuulen suunnat kuljettavat muodostuvat pölyt poispäin keskustan monitorointiasemalta ja lisäksi katupölyjakson aikana kyseisen hiukkasluokan suhteellinen osuus on pieni mineraalipölyihin nähden näytteessä

23 luokan 35 suhteellinen osuus on huomattavan korkea (16 %), tosin on huomioitava, että kyseisen päivän PM 1 -vuorokausipitoisuus oli alle 2 µg/m 3. Hiukkasluokka muut sisältää taulukon 4 muita hiukkastyyppejä, joiden pitoisuudet olivat alhaiset. 2 PM1 hiukkasluokat 1% 8% 6% 4% 2% % Muut Cu-rikas Tunnistamaton S > 2 % Na-S Ca-Si Ca Ca-S Mineraali Kuva 9. Merkittävimmät hiukkastyypit PM 1 -näyteissä Lappeenrannan keskustassa. Cu-rikas = luokka 171, Tunnistamaton = luokka 38, S > 2 % = luokka 36, Na-S = luokka 35, Ca- Si = luokka 343, Ca = luokka 34, Ca-S = luokka PM 1 -näytteiden mineraaliluokkien osuudet Mineraaliluokkien vaihtelun määrityksellä voidaan pyrkiä arvioimaan asfaltin ja hiekoitushiekan osuuksia PM 1 -näytteissä (Kuva 1). Hiekoitushiekan ja Lappeenkadun asfaltin kiviaineksilla on poikkeavat mineraalikoostumukset, minkä vuoksi on mahdollista päätellä osittain mineraalipölyjen alkuperiä. Keskustan monitorointipisteen viereisen torialueen asfaltti koostuu heterogeenisesta graniitista, mikä puolestaan vaikeuttaa mineraalipölyjen alkuperien määrityksissä. Lisäksi eri mineraalit kuluvat eri tavoin. Tämän vuoksi tarkkoja prosentuaalisia arvioita eri lähteiden osuuksista ei voida tehdä.

24 21 PM1 näytteiden yleisimmät mineraaliluokat 1% 8% 6% 4% 2% % Muut Fe/Fe-oksidi Amfiboli Kvartsi Biotiitti Kalimaasälpä Plagioklaasi Kuva 1. PM 1 -näytteiden yleisimpien mineraaliluokkien vaihtelu Lappeenrannan keskustassa. Fe/Fe-oksidi = luokka 17, Amfiboli = luokka 15, Kvartsi = luokka 14, Biotiitti = luokka 13, Kalimaasälpä = luokka 12, Plagioklaasi = luokka 11. Plagioklaasia (luokka 11) esiintyy kaikissa tutkituissa kiviaineksissa, joten sen avulla ei voida päätellä pölylähteiden alkuperää. Kalimaasälpä (luokka 12) ja kvartsi (luokka 14) esiintyvät hiekoitushiekan päämineraaleina. Lappeenkadun asfaltissa ei ole kalimaasälpää ja kvartsin osuus siinä on < 5 %. Lappeenkadun asfaltissa on biotiitin ja amfibolin yhteenlaskettu määrä 52 %. Biotiitti on pehmeämpi mineraali kuin asfaltin muut päämineraalit ja täten se voi kulua muita mineraaleja enemmän. Kuvasta 11 käy ilmi miten edellisten mineraalien osuus laskee PM 1 -näytteissä kevään edetessä. Tämä johtuu asfaltin kulumisen pienenemisestä niin nastarenkaiden kuin hiekoitushiekan vaikutuksesta. Samankaltainen trendi havaitaan hiekoitushiekan tyypillisten mineraalipölyjen kalimaasälvän ja kvartsin osalla (kuva 12). On tosin muistettava, että torin asfaltista peräisin oleva pöly muistuttaa hiekoitushiekan pölyä. Kuvien 1, 11 ja 12 perusteella voidaan todeta, että primäärin hiekoitusperäisen pölyn (kalimaasalpa+kvartsi) osuus on todennäköisesti hieman suurempi kuin asfalttiperäisen (biotiitti+amfiboli) pölyn. Tosin on muistettava, että asfaltti kuluu myös hiekoitushiekan vaikutuksesta (Kupiainen ym. 22a, 23a, 23b) ja täten hiekoitushiekan laadulla voidaan vaikuttaa siihen, miten hiekoitushiekan partikkelit rikkoutuvat ja vaikuttavat niin hiekoitusperäisen kuin asfaltin kulumisen seurauksena syntyvän pölyn määrään (Räisänen ym. 23). Kupiainen ym. (22b) on tutkinut myös muodostuvan pölyn raekokojakaumia..

25 22 Biotiitin ja amfibolin yhteenlaskettu osuus % Kuva 11. Biotiitin ja amfibolin yhteenlaskettu osuus PM 1 -näyttessä. Kalimaasälvän ja kvartsin yhteenlaskettu osuus % Kuva 12. Kalimaasälvän ja kvartsin yhteenlaskettu osuus PM 1 -näyttessä TSP-hiukkasnäytteet TSP-näytteiden koostumus viittaa hyvin paikallisiin lähteisiin, koska suurimmat TSPkokoluokan hiukkaset eivät kulkeudu normaaliolosuhteissa pitkiä matkoja. Kuvasta 13 käy ilmi, että TSP-näytteiden koostumusvaihtelu. Yleisimpänä luokkana on mineraalipölyt, joka on peräisin hiekoituksesta, asfaltista ja hajapölystä. Rikkipitoisten hiukkasten (luokka 36) osuus analysoiduissa näytteissä 1-25 %, mikä osoittaa, että yksi kyseisten hiukkasten lähde on Ihalaisten teollisuusalue. Ca-rikkaat (luokka 34) ja sementtiteollisuuden Ca-Si-rikkaat (luokka 343) ovat yleisempiä Ihalaisen ja Mäntylä mittauspisteiden näytteissä. Cu-pitoisia

26 hiukkasia on lähinnä kahdessa Lauritsalan keräyspisteen näytteessä ja niiden lähde on mahdollisesti keräimen tai jonkin muun läheisen sähkölaitteen hieman viallinen moottori. Tunnistamattomien hiukkasten (luokka 38) suhteellinen osuus on 9-22 %. Luokan suuri osuus selittyy osittain Ihalaisen teollisuusalueen heterogeenisilla pölynlähteillä ja monimutkaisilla teollisuusprosesseilla. Lähteiden tarkempi analysointi edellyttäisi useampia pölynkeräyspisteitä teollisuusalueella. 23 TSP hiukkasluokat 1% Muut 8% 6% 4% Cu-rikas Tunnistamaton S > 2 % Na-S Ca-Si 2% Ca Ca-S % Mineraali LL LL LI LL LI LM LM Kuva 13. Merkittävimmät hiukkastyypit TSP-näyteissä. Cu-rikas = luokka 171, Tunnistamaton = luokka 38, S > 2 % = luokka 36, Na-S = luokka 35, Ca-Si = luokka 343, Ca = luokka 34, Ca-S = luokka TSP-näytteiden mineraaliluokkien osuudet TSP-näytteiden mineraaliluokkien tulkintaa ei ole juurikaan tehty, koska mittausalueilta ei ole tiedossa asfaltin ja hiekoituksen materiaaleja ja lisäksi näytteiden määrä on vähäinen (kuva 15). Teollisuuden päästöt vaikuttavat myös tuloksiin varsinkin Ihalaisen alueella.

27 24 TSP näytteiden yleisimmät mineraaliluokat 1% 8% 6% 4% 2% Muut Fe/Fe-oksidi Amfiboli Kvartsi Biotiitti Kalimaasälpä Plagioklaasi % LL LL LI LL4.3.3 LI4.3.3 LM LM6.5.3 Kuva 14. TSP-näytteiden yleisimpien mineraaliluokkien vaihtelu. Fe/Fe-oksidi = luokka 17, Amfiboli = luokka 15, Kvartsi = luokka 14, Biotiitti = luokka 13, Kalimaasälpä = luokka 12, Plagioklaasi = luokka Hiukkaskoot Hiukkasten kokomittaukset on suoritettu mittajanan avulla tietokoneen näyttöruudulta, joten ne ovat kaksiulotteisten dimensioiden optisia keskiarvoja. Mittaustarkkuus on noin 1 µm. Eri hiukkaskokoluokkien osuudet perustuvat lukumääräosuuksiin, minkä vuoksi pienempien hiukkasten osuus korostuu kuvissa. Mikäli hiukkaskokoluokitukset pohjautuisivat kunkin kokoluokan massaan, korostuisivat vastaavasti karkeampien hiukkaskokoluokkien osuudet PM 1 -näytteiden hiukkaskokojakaumat Kuvassa 15 ilmenee, että mineraalihiukkasten ja Ca-rikkaiden hiukkasten keskimääräinen koko on hieman karkeampi kuin rikkipitoisten hiukkasten. PM 1 -näytteiden hiukkaskokojakauma muodostuu karkeammista hiukkasista voimakkaimman kevätpölyjakson aikana, ja vastaavasti myöhemmin kerättyjen näytteiden kokojakauma hienommista hiukkasista (vertaa kuvia 16 ja 17). Tämä voidaan selittää pääasiassa sillä, että kevätpölyjakson näytteet koostuvat pääasiassa karkeammista mineraalipölyistä ja kun taas myöhempien pölynäytteiden hienompien hiukkasten suhteelliset osuudet ovat korkeammat (mm. polttoperäisistä hiukkasista johtuen). Lisäksi kuvasta 18 käy ilmi se, että myös mineraalipölyt hienonevat kevään edetessä, mikä voidaan selittää niin katujen puhdistustoimenpiteillä, pölypartikkeleiden kulumisella ja myös primäärien pölynlähteiden (hiekoitus ja nastarenkaat) käytön vähentymisellä.

28 25 Lukumääräinen hiukkasluokkien keskimääräinen raekoko µm Plagioklaasi Kalimaasälpä Biotiitti Kvartsi Amfiboli Ca Ca-Si S > 2 Tunnistamaton Kuva 15. PM 1 --näytteiden eri hiukkasluokkien keskimääräiset (lukumäärään perustuvat) hiukkaskoot. Mittaus suoritettu näyttöpäätteeltä mittajanan avulla, ja mittauksen tarkkuus on noin 1 µm. Plagioklaasi = luokka 11, Kalimaasälpä = luokka 12, Biotiitti = luokka 13, Kvartsi = luokka 14, Amfiboli = luokka 15, Ca = luokka 34, Ca-Si = luokka 343, S > 2 = luokka 36, Tunnistamaton = luokka 38. PM1-näytteiden hiukkaskokojakauma 3 % >1 µm Kuva 16. Lukumääräinen PM 1 -näytteiden hiukkaskokojakauma

29 26 PM1-näytteiden hiukkaskokojakauma % >1 µm Kuva 17. Lukumääräinen PM 1 -näytteiden hiukkaskokojakauma Lukumäärään perustuva PM1-näytteiden hiukkaskokoluokkien keskimääräinen raekoko 9 µm Keskiarvo Plagioklaasi Kalimaasälpä Biotiitti Kvartsi S > 2 Tunnistamaton Kuva 18. Lukumäärään perustuva PM 1 -näytteiden hiukkasluokkien keskimääräinen raekoko. Kuvassa mukana vain yleisimmät hiukkasluokat näytteet, joissa todettuja hiukkastyyppejä on yli 5 %. Plagioklaasi = luokka 11, Kalimaasälpä = luokka 12, Biotiitti = luokka 13, Kvartsi = luokka 14, Amfiboli = luokka 15, Ca = luokka 34, Ca-Si = luokka 343, S > 2 = luokka 36, Tunnistamaton = luokka 38.

30 TSP-näytteiden hiukkaskokojakaumat Kuvasta 19 ilmenee TSP-näytteiden hiukkasten suuri koko- ja koostumusvaihtelu. Kulmikas suuri mineraalihiukkanen on todennäköisesti Ihalaisen alueelta peräisin oleva kalsiittihiukkanen (hiukkanen lohjennut kalsiitin tyypillisten lohkosuuntien mukaan). Lisäksi kuvassa on hienompia kulmikkaita hiukkasia sekä koivun siitepölyjä. Kuva 19. Elektronimikroskooppikuva TSP-näytteestä (LM 6.5.3), jossa eri tyyppisiä hiukkasia ja suodatinkuituja. Kuvassa 2 on esitetty TSP-näytteiden hiukkaskokojakaumat eri hiukkasluokille. Kahden Lauritsalan näytteen (LL ja LL ) keskimääräiset raekoot ovat pienemmät kuin muilla näytteillä, mikä johtuu kyseisten näytteiden sisältämistä hienoista Cu-rikkaista hiukkasista (luokka 171). Kolmannen Lauritsalan näytteen (LL ) hiukkaskokojakauma on hieman karkeampi, kuin muiden näytteiden. Tämä havainto voidaan selittää mahdollisesti jollakin säätekijällä, kuten paikallisella voimakkaammalla tuulella (Armilan sääaseman tiedot eivät selitä havaintoa). Ca-rikkaiden (luokka 34) ja Ca-Si-rikkaiden hiukkasten keskimääräinen raekoko osoittaa niiden lähteen olevan läheisyydessä (Ihalaisen teollisuusalue). S-pitoisten hiukkasten (luokka 36) keskimääräinen koko on muita hiukkasia pienempi, mikä on ominaista polttoperäisille hiukkasille. Mineraalipölyjen keskimääräiset raekoot ovat eri näytteillä melko samankaltaiset.

31 28 TSP-näytteiden hiukkasluokkien keskimääräiset raekoot 25 µm LL LL LI LL LI LM Keskiarvo Plagioklaasi Kalimaasälpä Biotiitti Kvartsi Ca Ca-Si S > 2 % Tunnistamaton Cu-rikas Kuva 2. TSP-näytteiden eri hiukkasluokkien keskimääräiset (lukumäärään perustuvat) hiukkaskoot. Laskennassa eivät ole mukana siitepölyhiukkaset (LM 6.5.3). Mittaus suoritettu näyttöpäätteeltä mittajanan avulla ja mittauksen tarkkuus on noin 1 µm. Plagioklaasi = luokka 11, Kalimaasälpä = luokka 12, Biotiitti = luokka 13, Kvartsi = luokka 14, Amfiboli = luokka 15, Ca = luokka 34, Ca-Si = luokka 343, S > 2 = luokka 36, Tunnistamaton = luokka 38, Cu-rikas = luokka 171.