STYREENIN JA MUIDEN AROMAATTISTEN HIILIVETYJEN PITOISUUDET KUOPIOSSA BELLA VENEET OY:N VÄLIKÖNTIEN TEHTAILLA

Transkriptio

1 STYREENIN JA MUIDEN AROMAATTISTEN HIILIVETYJEN PITOISUUDET KUOPIOSSA BELLA VENEET OY:N VÄLIKÖNTIEN TEHTAILLA Hannele Hakola Mika Vestenius Heidi Hellén Helena Saari Risto Pesonen

2 STYREENIN JA MUIDEN AROMAATTISTEN HIILIVETYJEN PITOISUUDET KUOPIOSSA BELLA VENEET OY:N VÄLIKÖNTIEN TEHTAILLA Hannele Hakola Mika Vestenius Heidi Hellén Helena Saari Risto Pesonen ILMATIETEEN LAITOS ILMANLAADUN TUTKIMUS JA ILMANLAADUN ASIANTUNTIJAPALVELUT Helsinki

3 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO MITTAUKSET Mittauspaikan kuvaus Käytetyt näytteenotto- ja analyysimenetelmät Mittausten epävarmuus TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU YHTENVETO- JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET VIITELUETTELO LIITETAULUKOT

4 3 1 JOHDANTO Ilmatieteen laitos on mitannut ennen nyt raportoitavaa tutkimusta Kuopiossa Väliköntien mittauskohteessa aromaattisten hiilivetyjen pitoisuuksia kahdesti: ja noin 12 kuukauden jakson vuonna 2008 (Hellén et al., 2007 ja Hakola et al., 2009). Näissä aiemmissa mittauksissa Väliköntiellä mitattiin huomattavan korkeita styreenipitoisuuksia ja myös tolueenipitoisuudet olivat kohonneita ja vastasivat vilkasliikenteisten paikkojen pitoisuuksia. Vuonna 2006 Väliköntien mittauspisteessä korkeimmat kahden viikon styreenipitoisuudet olivat noin puolet Maailman terveysjärjestön, WHO:n, ehdottamasta 30 minuutin huippupitoisuuksien raja-arvosta, 70 µg/m 3, joten tarkempia mittauksia suositeltiin ko. alueelle. Mittauksia jatkettiin vuonna 2008 ja kesän lopulla styreenipitoisuudet ylittivät WHO:n asettaman puolen tunnin raja-arvopitoisuuden, vaikkakin pitoisuudet vaihtelivat paljon ja ajoittain pitoisuudet olivat myös alhaisia. Korkein mitattu pitoisuus, 123 µg/m 3, mitattiin elokuussa Korkeat styreenipitoisuudet johtuivat alueen styreeniä käyttävästä teollisuudesta. Em. vuosien ja 2008 hiilivetynäytteet kerättiin kahden viikon näytteinä diffuusionäytteenottomenetelmää käyttäen. Näytteistä ei siten voitu päätellä, kuinka korkeita ulkoilmassa esiintyvät lyhytaikaiset pitoisuudet voisivat olla ja siitä syystä lyhytaikaisten näytteiden otto alueella katsottiin suositeltavaksi huippupitoisuuksien selvittämiseksi. Nyt raportoitavassa tutkimuksessa selvitettiin styreenin ja muiden aromaattisten hiilivetyjen pitoisuuksien lyhytaikaista vaihtelua Kuopion ilmassa Väliköntiellä Bella Veneet Oy:n teollisuuslaitosten välittömässä läheisyydessä. Hiilivetynäytteet kerättiin kolmen tunnin näytteinä. Tutkimuksessa analysoitiin seuraavien aromaattisten hiilivetyjen pitoisuudet ulkoilmassa: bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni, propyylibentseeni, o-ksyleeni, p/m-ksyleeni, styreeni, 2-etyylitolueeni, 3-etyylitolueeni, 4-etyylitolueeni, 1,2,3-trimetyylibentseeni, 1,2,4-trimetyylibentseeni ja 1,3,5-trimetyylibentseeni sekä bensiinin lisäaineina käytetty ETBE (etyyli-tert-butyylieetteri). Styreenin ohella mitatuista yhdisteistä bentseeni on merkittävin, koska se on karsinogeeni ja sen pitoisuudelle on olemassa raja-arvo. Euroopan unioni on antanut direktiivin ilmassa olevan bentseenin pitoisuuksista (2008/50/EY). Direktiivi edellyttää bentseenipitoisuuksien seurantaa, ja mikäli vuosikeskiarvon raja-arvo 5 μg/m 3 ylittyy, tulee laatia suunnitelmia pitoisuuksien vähentämiseksi sekä jatkuva seuranta- ja varoitusjärjestelmä. Direktiivi antaa myös alemman (2 μg/m 3 ) ja ylemmän (3,5 μg/m 3 ) arviointikynnyksen, joiden ylittyminen edellyttää eritasoisia mittauksia. Mittausvelvoitteiden laajuus riippuu rajaarvojen lisäksi myös taajamien väestön määrästä. Em. direktiivi saatetaan voimaan Suomen lainsäädäntöön uudella asetuksella vuoden 2010 aikana. Samat ilmanlaatukriteerit ovat olleet voimassa jo vuonna 2001 annetussa ilmanlaatuasetuksessa (Vna 711/2001), jolla pantiin täytäntöön Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi ilmassa olevan bentseenin ja hiilimonoksidin pitoisuuksien raja-arvoista (2000/69/EY).

5 4 Bentseenin lisäksi muille nyt tutkittujen yhdisteiden pitoisuuksille ei ole olemassa EU:n raja-arvoja, mutta Maailman terveysjärjestö, WHO, on antanut suositukset tolueenin ja styreenin pitoisuuksien enimmäismääristä ilmassa. WHO:n ehdottamat raja-arvot 30 minuutin pitoisuuksille ovat tolueenille 1 mg/m 3 ja styreenille 70 μg/m 3 (WHO, 2000). Aromaattisia hiilivetyjä pääsee ilmaan muun muassa autojen pakokaasuista ja muusta fossiilisten polttoaineiden palamisesta, puun pienpoltosta, haihtumisesta autojen tankkauksen yhteydessä ja teollisuuden päästöistä. Ilmassa aromaattiset hiilivedyt esiintyvät pääasiassa kaasuina ja niiden elinikä ilmassa vaihtelee muutamasta tunnista useaan päivään tai kuukauteen riippuen lähinnä valon määrästä. Ne reagoivat valon vaikutuksesta, mistä syystä pienimmät pitoisuudet mitataan yleensä kesällä ja suurimmat pitoisuudet talvella. 2 MITTAUKSET 2.1 Mittauspaikan kuvaus Mittaukset liittyivät Bella-Veneet Oy:n Väliköntien venetehtaiden päästöjen vaikutusten seurantaan. Mittauksilla pyrittiin selvittämään tehtaiden styreenipäästöjen aiheuttamia styreenipitoisuuksia ja niiden lyhytaikaisvaihtelua tehtaiden lähivaikutusalueella. Mittauspiste sijaitsi Savilahdessa Väliköntiellä Bella-Veneet Oy:n venetehtaan pääportilla tehdasalueen pysäköintialueen reunassa. Teline, jolla hiilivetykeräin sijaitsi, oli 1 metrin korkeudella ympäröivästä maanpinnasta (ks. kuva 1). Mittauspisteen lounaispuolella noin 75 metrin päässä sijaitsee Bella-Veneet Oy:n venetehdas, jonka hiilivetypäästöt vuonna 2009 olivat noin 11 t/a. Tästä styreeniä on noin 4 t/a. Lisäksi päästöissä on muun muassa asetonia ja tolueenia. Mittauspisteen itäpuolella noin 150 metrin päässä sijaitsee valtatie 5, jonka liikennemäärä tällä kohdalla on noin ajoneuvoa/vrk ja pohjoispuolella noin 400 metrin päässä Savilahdentie, jonka liikennemäärä on noin ajoneuvoa/vrk ja noin 150 metrin päässä länsipuolella Volttikatu, jonka liikennemäärä on noin ajoneuvoa/vrk.

6 5 Kuva 1. Mittauspiste sijaitsi Savilahdessa Väliköntiellä Bella-Veneet Oy:n venetehtaan pääportilla tehdasalueen pysäköintialueen reunassa. 2.2 Käytetyt näytteenotto- ja analyysimenetelmät Tutkimuksessa käytettiin pumpattua näytteenottoa. Näytteenottoaika oli kolme tuntia. Adsorbenttinä käytettiin Tenax TA/Carbopack-B:tä. Mittauksia tehtiin neljänä jaksona kesällä 2010: , , ja Kerätyt näytteet analysoitiin kaasukromatografilla (Perkin-Elmer Clarus 600), jossa on massaselektiivinen detektori (Perkin-Elmer Clarus 600T). Näytteensyöttäjänä oli Perkin- Elmerin termodesorptiolaite (Perkin-Elmer, Turbo Matrix 650). Kalibrointi suoritettiin käyttäen nestemäisiä standardeja. Viisi erivahvuista standardia metanoliliuoksessa injektoitiin näyteputkiin, liuotin haihdutettiin ja standardit analysoitiin kuten näytteet. Käytetyllä analyysimenetelmällä m-ksyleeni ja p-ksyleeni eivät eroa ja siitä syystä niiden pitoisuudet on ilmoitettu summana. Yksityiskohtainen kuvaus näytteenotosta ja analyysistä on Heidi Hellénin väitöskirjassa (Hellén, 2006).

7 6 Kuva 2. Näytteet kerättiin imemällä ilmaa näyteputkien läpi automaattista näytteenottokeräintä käyttäen. 2.3 Mittausten epävarmuus Taulukossa 1 on toteamisraja (LOD), määritysraja (LOQ) ja mittausepävarmuus (MU) mitatuille yhdisteille. Yhdisteiden epävarmuudet on laskettu osaepävarmuuksista Hellén et al. (2002) artikkelin mukaan. Taulukko 1. Toteamisraja (LOD), määritysraja (LOQ) ja mittauksen epävarmuus (MU) mitatuille yhdisteille. Yhdiste LOD (ng/m 3 ) LOQ (ng/m 3 ) MU (%) MTBE ETBE bentseeni tolueeni etyylibentseeni p/m-ksyleeni styreeni o-ksyleeni propyylibentseeni etyylitolueeni etyylitolueeni etyylitolueeni ,3,5-trimetyylibentseeni ,2,4-trimetyylibentseeni ,2,3-trimetyylibentseeni

8 7 3 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU Taulukossa 2 esitetään kaikkien mitattujen yhdisteiden keskiarvopitoisuudet koko mittausjakson aikana. Taulukkoon on lisätty myös Väliköntiellä aiemmin tehtyjen mittausten tulokset. Kuvissa 3 on esitetty mittausten aikasarjat kaikkien mitattujen yhdisteiden osalta ja liitteenä olevassa taulukossa on vuorokausikeskiarvot kaikilta mitatuilta vuorokausilta. Styreenipitoisuudet olivat vuonna 2010 korkeammat kuin kesällä 2006 ja WHO:n puolen tunnin raja-arvopitoisuus (70 µg/m 3 ) ylitettiin mittausten aikana kuudessatoista kolmen tunnin näytteessä. Korkein mitattu pitoisuus oli 516 µg/m 3. Korkeimmat pitoisuudet mitattiin lähes aina aamulla ja aamupäivällä, ainoastaan korkeita pitoisuuksia mitattiin koko päivän ajan. Kuvissa 4 (a-e) on esitetty VOC pitoisuuksien vuorokausivaihtelun keskiarvo, mukaan on otettu kaikki päivät jolloin mittauksia tehtiin. Kuviin merkityt kellonajat ovat kolmen tunnin näytteenoton keskiarvoaikoja. Muilla yhdisteillä pitoisuudet kohosivat yleensä iltapäivällä ja yöllä, jolloin sekoitus heikkenee. Alhaisia pitoisuuksia mitattiin viikolla 25 ennen juhannusta ja öisin. Muiden mitattujen yhdisteiden pitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa kuin aiemmissa mittauksissa vuosien 2006 ja 2008 kesinä. Bentseenin pitoisuuskeskiarvo oli alhainen (0,26 µg/m 3 ), vastaten vuosien 2006 ja 2008 kesien pitoisuuksia. MTBE:n käytöstä bensiinin lisäaineena on luovuttu vuoden 2008 aikana, mistä syystä myös ilmapitoisuudet ovat jääneet alle havaintorajan. MTBE:n sijasta bensiinin lisäaineena käytetään nykyisin ETBE:tä (etyyli-tert-butyylieetteriä). Taulukko 2. Kesällä 2010 mitattujen yhdisteiden pitoisuuksien keskiarvot Väliköntiellä sekä keskiarvopitoisuudet eri vuodenaikoina aikaisemmissa mittauksissa. Yksikkö µg/m 3. MTBE/ETBE Bentseeni Tolueeni p/m-ksyleeni o-ksyleeni Styreeni Etyylibentseeni Propyylibentseeni 2-Etyylitolueeni 3-Etyylitolueeni 4-Etyylitolueeni 1,3,5-trimetyylibentseeni 1,2,3-trimetyylibentseeni 1,2,4-trimetyylibentseeni Väliköntie 2010 kesä Väliköntie 2008 vuosi talvi kevät kesä syksy Väliköntie, 2/2006-1/2007 vuosi talvi kevät kesä syksy

9 8 Kuva 3a. Styreenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä Kuva 3b. ETBE:n pitoisuudet Väliköntiellä kesällä 2010.

10 9 Kuva 3c. Tolueenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä Kuva 3d. Bentseenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä 2010.

11 10 Kuva 3e. Etyylibentseenin ja propyylibentseenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä Kuva 3f. o-ksyleenin ja p/m-ksyleenien pitoisuudet Väliköntiellä kesällä 2010.

12 11 Kuva 3g. 2-etyylitolueenin ja 3-etyylitolueenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä Kuva 3h. 4-etyylitolueenin ja 1,3,5-trimetyylibentseenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä 2010.

13 12 Kuva 3i. 1,2,3-trimetyylibentseenin ja 1,2,4-trimetyylibentseenin pitoisuudet Väliköntiellä kesällä Kuva 4a. ETBE-, bentseeni-, tolueeni- ja etyylibentseenipitoisuuksien vuorokausijakaumat. Kellonajat ovat kolmen tunnin näytteenoton keskiaikoja.

14 13 Kuva 4b. p/m-ksyleeni-, o-ksyleeni- ja propyylibentseenipitoisuuksien vuorokausijakaumat. Kellonajat ovat kolmen tunnin näytteenoton keskiaikoja. Kuva 4c. 2-, 3- ja 4-etyylitolueenipitoisuuksien vuorokausijakaumat. Kellonajat ovat kolmen tunnin näytteenoton keskiaikoja.

15 14 Kuva 4d. 1,3,5-trimetyylibentseeni-, 1,2,3-trimetyylibentseeni- ja 1,2,4-trimetyylibentseeni pitoisuuksien vuorokausijakaumat. Kellonajat ovat kolmen tunnin näytteenoton keskiaikoja. Kuva 4e. Styreenipitoisuuden vuorokausijakauma. Kellonajat ovat kolmen tunnin näytteenoton keskiaikoja. 4 YHTEENVETO - JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET Nyt raportoitavassa tutkimuksessa selvitettiin styreenin ja muiden aromaattisten hiilivetyjen lyhytaikaispitoisuuksia ja niiden vaihtelua Kuopiossa Väliköntiellä Bella Veneet Oy:n teollisuuslaitosten välittömässä läheisyydessä. Tutkimuksessa analysoitiin seuraavien aromaattisten hiilivetyjen pitoisuudet ulkoilmassa: bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni, propyylibentseeni, o-ksyleeni, p/m-ksyleeni, styreeni, 2-etyylitolueeni, 3-etyylitolueeni, 4-etyylitolueeni, 1,2,3-trimetyy-libentseeni, 1,2,4-trimetyylibentseeni ja 1,3,5-trimetyylibentseeni sekä bensiinin lisäaineina käytetty ETBE (etyyli-tert-butyylieetteri).

16 15 Ilmatieteen laitos oli aiemmin jaksolla helmikuu tammikuu 2007 ja vuoden 2008 aikana tehnyt aromaattisten hiilivetyjen pitoisuusmittauksia Väliköntien ympäristössä keräämällä kahden viikon näytteitä diffuusionäytteenottomenetelmää käyttäen. Näytteistä ei voitu päätellä, kuinka korkeita ulkoilmassa esiintyvät lyhytaikaiset pitoisuudet voisivat olla ja siitä syystä lyhytaikaisten näytteiden otto alueella katsottiin suositeltavaksi huippupitoisuuksien selvittämiseksi. Tutkimuksessa käytettiin pumpattua näytteenottoa. Näytteenottoaika oli kolme tuntia. Mittauksia tehtiin neljänä jaksona kesällä 2010: , , ja Styreenipitoisuudet olivat vuonna 2010 korkeammat kuin kesällä 2006 ja Maailman terveysjärjestön, WHO:n, puolen tunnin raja-arvopitoisuus (70 µg/m 3 ) ylitettiin mittausten aikana kuudessatoista kolmen tunnin näytteessä. Korkein mitattu pitoisuus oli 516 µg/m 3. Korkeimmat pitoisuudet mitattiin lähes aina aikaisin aamulla ja aamupäivällä, ainoastaan korkeita pitoisuuksia mitattiin koko päivän ajan. Alhaisia pitoisuuksia mitattiin viikolla 25 ennen juhannusta ja öisin. Muiden mitattujen yhdisteiden pitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa kuin aiemmissa mittauksissa vuosien 2006 ja 2008 kesinä. Bentseenin pitoisuuskeskiarvo oli alhainen (0,26 µg/m 3 ), vastaten vuosien 2006 ja 2008 kesien pitoisuuksia. Nyt toteutetut styreenin ja muiden aromaattisten hiilivetyjen lyhytaikaispitoisuuksien mittaukset osoittautuivat Kuopion ilmanlaadun arvioinnin kannalta hyvin tarpeellisiksi Bella Veneet Oy:n Väliköntien tehtaiden ympäristössä. Aiemmissa hiilivetymittauksissa, joissa näytteenottojakso oli kaksi viikkoa, ei vielä saatu selkeätä kuvaa ko. laitoksen hiilivetypäästöjen kuormituksesta ympäristöön, vaikka selviä viitteitä esimerkiksi styreenipäästöjen aiheuttamasta selvästä vaikutuksesta lähialueiden ilmanlaatuun esiintyikin tuloksissa. Kesän 2010 hiilivetyjen lyhytaikaispitoisuuksien kartoitus osoitti Bella Veneet Oy:n venetehtaiden merkittävän potentiaalin ympäristönsä hiilivetykuormittajana, kun huomioidaan muun muassa mitatut styreenipitoisuudet suhteessa Maailman terveysjärjestön, WHO:n, raja-arvoon. Useita hyvin korkeita kolmen tunnin pitoisuushuippuja esiintyi kesä-heinäkuun 2010 mittaustuloksissa. Näistä suurimmat kohosivat yli 100 µg/m 3 :sta jopa yli 500 µg/m 3 :aan. WHO:n raja-arvoon verrattavat styreenipitoisuudet, jotka on määritelty puolen tunnin pitoisuushuipuille, olisivat ylittäneet ko. referenssiarvon vieläkin selvemmin (nyt näytteenkeruu 3 tunnin syklillä, raja-arvo 30 minuutin pitoisuudelle). Tutkimuksen tulokset antavat Kuopion kaupungin ympäristökeskukselle erittäin selkeät perusteet puuttua Bella Veneet Oy:n Väliköntien tuotantolaitosten aiheuttamiin hiilivetypäästöihin ja niiden aiheuttamiin ulkoilmapitoisuuksiin tehtaiden ympäristössä. Ilmatieteen laitos suosittelee styreenin ja muiden hiilivetyjen pitoisuusmittauksia uusittavaksi Väliköntien tutkimuskohteessa viimeistään siinä vaiheessa, kun em. hiilivetypäästöihin vaikuttavia toimenpiteitä venetehtaalla on toteutettu. Tällöinkin kyseeseen tulisivat styreenin ja muiden aromaattisten hiilivetyjen lyhytaikaispitoisuuksien mittaukset.

17 16 VIITELUETTELO 2000/69/EY. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi ilmassa olevan bentseenin ja hiilimonoksidin pitoisuuksien raja-arvoista. Annettu /50/EY. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi ilman laadusta ja sen parantamisesta. Annettu HAKOLA H., HELLÉN H., SAARI H. JA PESONEN R., Aromaattisten hiilivetyjen ja metyyli-tert-butyylieetterin (MTBE) pitoisuudet Kuopion Siikaniemessä ja Väliköntiellä vuonna Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun tutkimus ja Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut. Helsinki 15 s. HELLÉN, H., Sources and concentrations of volatile organic compounds in urban air. Finnish Meteorological Institute Contributions 56. PhD thesis. HELLÉN H., HAKOLA H. ja PESONEN R., Aromaattisten hiilivetyjen ja metyylitert-butyylieetterin (MTBE) pitoisuudet Kuopion ilmassa jaksolla helmikuu tammikuu Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun tutkimus ja Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut. Helsinki 13 s liites. Vna 711/2001. Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta. Annettu Helsingissä WHO, Air Quality Guidelines for Europe. WHO Regional Publications, European Series No. 23. World Health Organization, Regional Office for Europe, Copenhagen.

18 LIITETAULUKOT

19 Liitetaulukko 1. Kuopion Väliköntien hiilivetymittausten vuorokausi keskiarvopitoisuudet kesältä <LOQ = tulos alle havaintorajan. Yksikkö µg/ m 3. ETBE bentseeni tolueeni etyylibentseeni propyylibentseeni p/m-ksyleeni o-ksyleeni styreeni 2-etyylitolueeni 3-etyylitolueeni 4-etyylitolueeni 1,3,5-trimetyylibentseeni 1,2,3-trimetyylibentseeni 1,2,4-trimetyylibentseeni 16/6/2010 <LOQ <LOQ 1.03 <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ /6/ /6/ /6/ <LOQ <LOQ 22/6/2010 <LOQ <LOQ 1.14 <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ 23/6/ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ 27/6/ /6/ /6/ /6/ /7/ <LOQ <LOQ 2/7/ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ 5/7/ <LOQ /7/ /7/ /7/2010 <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ

20 Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut PL HELSINKI puh. (09) Air quality expert services P.O.Box 503 FIN HELSINKI tel airquality.services@fmi.fi I L M AT I E T E E N L A I T O S F I N N I S H M E T E O R O L O G I CA L I N S T I T U T E