UIMAHALLIEN ALLASTILOJEN TYÖOLOSUHTEET JA HENKILÖKUNNAN HENGITYSELINOIREET Valkeinen Reetta 1, Kalliokoski Pentti 1, Päivinen Marja 2, Patovirta Riitta-Liisa 1,3, Putus Tuula 4, Jauhiainen Tapio 5, Reiman Marjut 6, Rautiala Sirpa 6, Rantio Tiina 7, Mäkinen Maija 1, Hyttinen Marko 1, Tarhanen Juhani 1, Kokotti Helmi 8, Korpi Anne 1, Tukiainen Hannu 3 1 Kuopion yliopisto, ympäristötieteen laitos 2 Helsingin Urheilulääkäriasema 3 Kuopion yliopistollinen sairaala, keuhkosairauksien klinikka 4 STM 5 Rakennusinsinööritoimisto P&T Jauhiainen Oy, Helsinki 6 Työterveyslaitos, Kuopio 7 Työterveyslaitos, Tampere 8 Kuopion yliopisto, koulutus- ja kehittämiskeskus 5/2007 KUOPION YLIOPISTON YMPÄRISTÖTIETEIDEN LAITOSTEN MONISTESARJA THE UNIVERSITY OF KUOPIO DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCES POB 1627, FIN-70211 KUOPIO, FINLAND ISSN 0786-4728 JULKAISTU TYÖSUOJELURAHASTON AVUSTUKSELLA, HANKE 106056
2 ESIPUHE Tutkimus toteutettiin Kuopion yliopiston ympäristötieteen laitoksen johdolla laajana Työsuojelurahaston rahoittamana yhteistyöhankkeena. Kuopion yliopisto vastasi myös pääosin kenttämittauksien toteuttamisesta. Tässä tukea saatiin Työterveyslaitokselta ja Rakennusinsinööritoimisto P&T Jauhiaiselta. Työterveyslaitoksen bioaerosolit ja sisäilma -tiimi teki mikrobimääritykset Kuopion laboratoriossaan. Tutkimuksen aikana käyttöön otettu triklooriamiinin määritys siirrettiin Työterveyslaitokselle Tampereelle (kemialliset tekijät -tiimi), jotta mittauspalvelut olisivat jatkossakin niitä tarvitsevien käytettävissä. Kuopion yliopistollinen sairaala (KYS) ja Helsingin Urheilulääkäriasema vastasivat kliinisen osan toteutuksesta. Jälkimmäisen osalta tutkimus voitiin liittää heidän uimaritutkimukseensa niin, että samalla tutkittiin hallien henkilökuntaa. KYS osallistui hankkeeseen myös merkittävällä taloudellisella panostuksella. Dosentti Tuula Putus toimi kliinisen osan asiantuntijana. Tutkimusryhmä kiittää tutkimukseen osallistuneita työntekijöitä sekä hallien yhdyshenkilöitä. Lisäksi kiitämme Kuopion yliopiston osalta FT Arja Hirvosta ja FM Pasi Yli- Pirilää heidän tuestaan hankkeen suunnittelussa ja RI Raimo Halosta hänen panoksestaan kenttämittauksissa. Dosentti Heikki Tikkasta Helsingin Urheilulääkäriasemalta kiitämme yhteistyön mahdollistaneesta myönteisestä suhtautumisestaan hankkeeseen. Kuopiossa 30.9.2007 Tutkimusryhmä
3 TIIVISTELMÄ Tutkimus tehtiin 16 uimahallissa. Se jakaantui kahteen pääosaan: työolosuhdekartoitukseen ja kliiniseen tutkimukseen. Edellisen yhteydessä selvitettiin 10 hallissa laajalti allasvedestä haihtuvien epäpuhtauksien pitoisuuksia, epäpuhtauksien leviämistä ja niiden pitoisuuksiin vaikuttavia tekijöitä. Kuudessa hallissa mitattiin vain triklooriamiinin pitoisuus ja tehtiin ilmanvirtaustarkastelu. Triklooriamiinille altistuminen on ulkomaisissa tutkimuksissa yhdistetty astmaan sairastumisiin uimahallien työntekijöillä ja uimareilla. Sitä ei olo aiemmin mitattu Suomessa. Kliinisessä tutkimuksessa tehtiin 15 hallissa oirekysely, johon osallistui yhteensä 87 työntekijää. Seitsemässä Etelä-Suomen hallissa tehtiin kolme hengityselintutkimusta. Näissä pareittaisiin spirometriamittauksiin ja typpioksidin mittauksiin osallistui 29 työntekijää. Kolmen viikon uloshengityksen huippuvirtaus (PEF) -seurantaan osallistui 20 työntekijää. Viidessä Itä- ja Keski-Suomen uimahallissa 21 työntekijää osallistui typpioksidiseurantaan. Uimahallien ilman kloroformipitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa (pääallastiloissa keskimäärin 23,7 μg/m 3 ) kuin vuosina 2001-2004 viidessä suomalaisessa hallissa tehdyissä mittauksissa ja pienempiä kuin ulkomaisissa tutkimuksissa. Vanhoissa uimahalleissa kloroformin pitoisuus oli suurempi kuin uusissa tai peruskorjatuissa halleissa. Vedenkäsittelymenetelmän mukaan ryhmiteltyinä hallit eivät eronneet selkeästi. Kloroformin pitoisuus nousi ilman suhteellisen kasvaessa. Yhteys on looginen, koska halliilman korkea suhteellinen kosteus on yleensä seurausta korkeasta veden lämpötilasta ja huonosta ilmanvaihdosta. Triklooriamiinin pitoisuudet olivat myös pääsääntöisesti pienempiä kuin ulkomailla havaitut pitoisuudet ja kauttaaltaan ranskalaisten tutkijoiden terveysvaikutuksien pohjalta ehdottamaa raja-arvoa 0,5 mg/m 3 pienempiä. Tutkimusta tehtäessä toivottiin samanaikaisten veden sidotun kloorin ja ilman triklooriamiinipitoisuuksien määritysten avulla saatavan ilman triklooriamiinipitoisuuteen perustuva suositusarvo allasveden sidotulle kloorille, jonka määritys kuluu uimahalliveden valvontaan. Pääosan triklooriamiinimit-
4 tauksista jäätyä määritysrajaa pienemmäksi riittävää pohjaa ehdotuksen antamiselle ei kuitenkaan ole. Allastilojen ilmanvaihto toimi kaikissa halleissa sekoittavana eikä estänyt allasvedestä peräisin olevien epäpuhtauksien leviämistä hallitilaan. Ilman virtausnopeudet olivat erittäin pieniä. Kuitenkin korvausilman tuonti oli useimmissa halleissa D2- rakennusmääräysten mukainen (vähintään 7,2 m 3 /h neliömetriä kohden) ja tämä riitti pitämään ilman epäpuhtauksien pitoisuudet kohtuullisen pieninä. Tämän pohjalta vedenkäsittely on ratkaisevassa asemassa torjuttaessa altaiden reunoilla työskentelevien henkilöiden altistumista vedestä haihtuville epäpuhtauksille. Tutkimus osoitti, että tältä osin voidaan pyrkiä terveysvalvonnassa annettuja vaatimuksia parempaan tasoon. Omalla korvausilman tuonnilla varustetuissa valvomoissa allasperäisten ilman epäpuhtauksien pitoisuudet olivat erittäin alhaisia. Valvomot parantavat työolosuhteita myös melutason ja lämpökuormituksen osalta. Vaikka tutkimuksessa ei havaittu mikrobikasvua allastiloissa, on tärkeää varmistua siitä, että hallit pysyvät jatkuvasti alipaineisina ulkoilmaan nähden, koska halli-ilman absoluuttinen kosteus on korkea ja ylipaineen on todettu Suomessakin aiheuttaneen vakavia kosteus- ja lahovaurioita yläpohjarakenteissa. Uimahallityöntekijät raportoivat väestön yleistä tasoa enemmän astmaa ja allergista nuhaa. raportoijat jakautuivat kuitenkin halleihin tasaisesti. Kahdessa hallissa, joissa mitattiin muita korkeammat triklooriamiinin pitoisuudet, esiintyi kuitenkin merkitsevästi useammin hengitysteiden ja silmien ärsytysoireilua kuin muissa halleissa. Näissä kahdessa hallissa työntekijät kokivat myös epämiellyttävää ja kemikaalien hajua. Lisäksi niiden kaikki työntekijät raportoivat kosteusvaurioista. Mielenkiintoinen sivulöydös oli vanhojen ja peruskorjattujen uimahallien työntekijöiden raportoimat niveloireet, jotka korreloivat raportoidun kosteusvaurion kanssa. Uimahallin sisäilman ei todettu aiheuttavan työntekijöiden keuhkoputkissa merkitseviä toiminnallisia muutoksia. Virtaustilavuusspirometriassa työ- ja vapaa-aikana tehdyissä mittauksissa ei ollut merkitseviä eroja ja työpaikka PEF-seurannassa ei ollut poikkeavaa vuorokausivaihtelua. Kahden vuorokauden typpioksidiseurannassa (vapaapäivä-
5 työpäivä) kaikki mittaukset olivat normaalilla tasolla eikä päivien välillä ollut eroja, todisteita keuhkoputkien eosinofiilisestä tulehduksesta ei saatu. Typpioksidimittaus ei tutkimuksen perusteella sovellu uimahallityöntekijöiden kemikaalialtistuksen arviointiin.
6 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO 11 2 TOTEUTUS JA TAVOITTEET 12 3 VEDESTÄ HAIHTUVAT EPÄPUHTAUDET UIMAHAL LEISSA 15 3.1 Desinfioinnin sivutuotteet: muodostuminen ja haihtuminen 15 3.2 Altistumistasot 18 3.3 Työhygieeniset vertailuarvot 20 3.4 Desinfioinnin sivutuotteiden määritys sisäilmasta 21 4 UIMAHALLIEN VEDENKÄSITTELY 23 4.1 Uimaveden peruskäsittely 24 4.2 Otsonointi 26 4.3 Aktiivihiilisuodatus ja jauhemainen aktiivihiili 26 4.4 UV-käsittely 27 4.5 Kalvosuodatus 28 4.6 Vedenkäsittelymenetelmät ja allasveden laatu 28 5 UIMAHALLIEN ILMANVAIHTO 30 5.1 Ilmanvaihdon tavoitteet ja toteutus 30 5.2 Epäpuhtauksien poistotehokkuus 32 5.3 Ilman vaihtuvuus 34 6 UIMAHALLIEN BIOAEROSOLIT 35 7 UIMAHALLI-ILMAN EPÄPUHTAUKSIEN TERVEYSVAIKUTUKSET 38 8 ALLASTILOJEN SISÄILMAN LAATUA KOSKEVA LAINSÄÄDÄNTÖ JA UIMAHALLIEN NYKYTILANNE SUOMESSA 42 8.1 Uimahallien sisäilman laatua koskevat viranomaismääräyk- set ja ohjeet 42 8.2 Uimahallien nykytilanne 44 9 AINEISTO JA MENETELMÄT 46 9.1 Perusteellisen kenttätutkimuksen hallit 49 9.1.1 Uimahalli 1 49 9.1.2 Uimahalli 2 50 9.1.3 Uimahalli 3 51 9.1.4 Uimahalli 4 52 9.1.5 Uimahalli 5 53 9.1.6 Uimahalli 6 55
7 9.1.7 Uimahalli 7 56 9.1.8 Uimahalli 8 58 9.1.9 Uimahalli 9 59 9.1.10 Uimahalli 10 61 9.2 Laajan kliinisen tutkimuksen lisähallit 62 9.2.1 Uimahalli 11 62 9.2.2 Uimahalli 12 63 9.2.3 Uimahalli 13 64 9.3 Suppean kliinisen tutkimuksen lisähallit 66 9.3.1 Uimahalli 14 66 9.3.2 Uimahalli 15 67 9.4 Lisähalli menetelmätestaukseen 68 9.4.4 Uimahalli 16 68 9.5 Määritysmenetelmät 69 9.5.1 THM-yhdisteiden määritys sisäilmasta 69 9.5.2 Klooriamiinien määritys sisäilmasta 70 9.5.3 Kloorietikkahappojen määritys sisäilmasta 73 9.5.4 Ilman vaihtuvuuden mittaaminen, ilman liikekartoitukset ja teoreettinen epäpuhtausemissio 74 9.5.5 Vapaan, sidotun ja kokonaiskloorin määrittäminen allasvedestä 75 9.5.6 THM-yhdisteiden määrittäminen allasvedestä 76 9.5.7 Kloorietikkahappojen määrittäminen allasvedestä 77 9.5.8 Mikrobimääritykset ilmanäytteistä 77 9.5.9 Mikrobimääritykset pintanäytteistä 77 9.5.10 Lämpötila ja kosteus 78 9.5.12 Kliiniset tutkimusmenetelmät 79 10 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU 81 10.1 Kenttätutkimus 81 10.1.1 Vedestä haihtuvien epäpuhtauksien pitoisuudet allastiloissa 81 10.1.2 Allasveden fysikaalis-kemiallinen laatu 88 10.1.3 Ilman liikkuminen allastiloissa 93 10.1.4 Epäpuhtauksien poistotehokkuus mittauskohteissa 96 10.1.5 Ilman vaihtuvuus mittauskohteissa 97 10.1.6 Teoreettinen epäpuhtausemissio ja ominaisemissio 98
8 10.1.7 Veden laatuparametrien ja halliolosuhteiden vaikutus mittaustuloksiin 99 10.1.8 Ilman mikrobipitoisuudet 102 10.1.9 Pintojen mikrobipitoisuudet 103 10.2 Kliininen tutkimus 104 10.2.1 Kyselytutkimus 104 10.2.2 Parittaiset spirometria-mittaukset 112 10.2.3 Työpaikka PEF-seuranta 114 10.2.4 Pareittaiset typpioksidimittaukset 115 10.2.5 Typpioksidiseuranta 115 11 JOHTOPÄÄTÖKSET 117 12 LÄHTEET 122 LIITTEET
9 SYMBOLILUETTELO A pinta-ala [m 2 ] C pitoisuus ilmassa [ppm] [µg/m 3 ] [mg/m 3 ] M allastilan teoreettinen emissio [mg/h] m ominaisemissio [mg/m 2 h] n efektiivinen ilmanvaihtokerroin [m 3 /h m 3, 1/h] n mittauskohteiden lukumäärä q tilavuusvirta [m 3 /h] r Pearsonin korrelaatiokerroin r s Spearmanin korrelaatiokerroin RH suhteellinen kosteus [%] t aika [h] T lämpötila [ C] V tilavuus [m 3 ] ε epäpuhtauksien poistotehokkuus Alaindeksit at allastila ka keskiarvo ti tuloilma ki korvausilma l. raitisilma 0 lähtötilanne, t = 0 Lyhenteet ATD BDCM DBAA DBCM DCAA DPD automaattinen termodesorptiolaite bromidikloorimetaani dibromietikkahappo dibromikloorimetaani dikloorietikkahappo N,N-dietyyli-1,4-fenyleenidiamiini
10 EC HS MBAA MCAA MR MtBE SD TCAA THM VOC VVOC elektroninsieppausdetektori headspace monobromietikkahappo monokloorieikkahappo määritysraja metyyli-tertbutyylieetteri keskihajonta trikloorietikkahappo trihalometaanit haihtuvat orgaaniset yhdisteet hyvin haihtuvat orgaaniset yhdisteet
11 1 JOHDANTO Uimahallien allastiloissa veden desinfiointi voi heikentää sisäilman laatua merkittävästi. Tiedetään, että uimaveden desinfiointiin käytetyn kloorin reagoidessa allasveden epäpuhtauksien kanssa muodostuu sivutuotteena haihtuvia orgaanisia ja epäorgaanisia halogeeniyhdisteitä. Näistä sivutuotteista haittavaikutusten kannalta tärkeimmät ovat klooriamiinit, trihalometaanit (THM-yhdisteet) sekä kloorietikkahapot. Ulkomailla desinfioinnin sivutuotteiden ja etenkin trihalometaanien esiintymistä uimahallien sisäilmassa on tutkittu laajalti. Tutkimuksissa kloroformi on ollut selkeästi suurimpina pitoisuuksina esiintynyt trihalometaani ja sen keskipitoisuus ulkomaisissa tutkimuksissa on ollut yleensä tasoa 50 200 µg/m 3. Kloroformin on todettu aiheuttavan maksavaurioita ja yhdiste on mahdollisesti syöpää aiheuttava. Myös lisääntymistoksiset vaikutukset ovat mahdollisia. Vaikka uimahalleissa havaitut kloroformipitoisuudet ovat olleet selvästi yhdisteen työperäisen altistumisen raja-arvoa pienempiä, tulisi kloroformille altistuminen pitää mahdollisimman vähäisenä aineen merkittävän toksisuuden takia. Myös Suomessa on tehty aiemmin muutamia uimahallien sisäilman trihalometaanipitoisuuksia kartoittavia tutkimuksia. Ulkomaisten uimahallitutkimusten tärkeänä syynä ovat olleet uimahallien käyttäjillä ja työntekijöillä esiintyneet hengitystie- ja silmä-ärsytysoireet. Uimareilla ja työntekijöillä on kuvattu myös astmaa. Ärsytysoireiden ja astman aiheuttajana pidetään klooriamiineja ja erityisesti triklooriamiinia. Triklooriamiini, toisin kuin mono- ja diklooriamiini, on veteen niukkaliukoinen ja siksi se esiintyy uimahallien sisäilmassa klooriamiinien osalta suurimpana pitoisuutena. Triklooriamiinille altistumista uimahalleissa on tutkittu maailmalla vain vähän, koska yhdisteen määrittäminen sisäilmasta edellyttää erityismenetelmän käyttöä. Sen pitoisuus on vaihdellut välillä 0,1-2 mg/m 3. Suomessa uimahallien sisäilman triklooriamiinimäärityksiä ei ole tehty aiemmin. Desinfioinnin sivutuotteena uimavedessä esiintyy myös kloorattuja etikkahappoja, jotka ovat mono- ja diklooriamiinien tavoin vesiliukoisia. Nämä yhdisteet ovat voimakkaasti ärsyttäviä ja ainakin klooriamiinit voivat aiheuttaa astmaa. Yhdisteet voivat levitä allastilan sisäilmaan uimaveden pisaroinnin kautta.
12 Myös Suomessa uimahallien käyttäjät ja työntekijät ovat valittaneet huonosta ilmanvaihdosta ja "raskaasta" ilmasta hallitiloissa. Lisäksi kilpauimarit ovat olleet tyytymättömiä hallien sisäilmasto-olosuhteisiin. Uimahallien käyttäjien altistumista allastilojen epäpuhtauksille on tutkittu aiemmin Kuopion ja Jyväskylän yliopistojen suorittamassa Uimahallien ilman aerosolipitoisuudet ja koostumus, ilmanjako, vedenkäsittely sekä uimahallin käyttäjien hengitystiealtistuminen -hankkeessa. Sisäilmaston kemiallisten epäpuhtauksien lisäksi sisäilmaston fysikaaliset tekijät vaikuttavat usein työolosuhteisiin. Allastilojen kuuma ja kostea ilma sekä korkea melutaso luovat omalaatuisen työympäristön. Työntekijät ja uimarit voivat altistua myös rakennusmateriaaleista tai kosteuden vaurioittamista rakenteista peräisin oleville kemiallisille ja biologisille epäpuhtauksille. Suomessa on yli 200 yleistä uimahallia ja yli 50 kylpylää, joissa työskentelee 1500 2000 uinninvalvojaa ja uimaopettajaa. Merkittävä osa uimahalleista on rakennettu 1960- ja 1970-luvuilla, joten hallit ja niiden vedenkäsittely- ja ilmanvaihtojärjestelmät ovat laajalti kunnostuksen tarpeessa. Peruskorjausten yhteydessä uimahalleja muutetaan nykyisin yhä enemmän kylpylätyyppisiksi virkistyspaikoiksi, joissa on mm. erilaisia vesihierontalaitteita. Kylpylätyyppisissä uimahalleissa myös veden ja ilman lämpötila on viihtyvyyssyistä säädetty usein tavallisia uimahalleja korkeammaksi. Viihtyvyystekijöillä voi kuitenkin olla varjopuolensa, sillä korkea veden ja ilman lämpötila ja lukuisat vesihierontalaitteet voivat lisätä vedestä haihtuvien ja terveydelle haitallisten yhdisteiden pitoisuutta hallin sisäilmassa. 2 TOTEUTUS JA TAVOITTEET Tutkimus toteutettiin 16 uimahallissa. Uimahallit valittiin siten, että tutkimukseen saatiin mukaan uusia, vanhoja ja peruskorjattuja halleja. Kaikkien hallien sisäilmasta määritettiin triklooriamiinipitoisuudet ja tehtiin ilman liikekartoitukset. Kymmenessä hallissa suoritettiin perusteellisempi työolosuhdeselvitys, joka kattoi myös ilman trihalometaanien, ilmanvaihtokertoimien ja bioaerosolien mittaukset. Sisäilmamittauk-
13 set pyrittiin tekemään talvella pakkasten aikana, jolloin ensinnäkin allastilan olosuhteet olisivat hallien käyttämän suuren kierrätysilmaosuuden takia todennäköisesti huonoimmillaan ja lisäksi ulkoilman vaikutus sisäilman bioaerosolipitoisuuksiin olisi vähäinen. Tutkimuksessa tarvittavien suodattimien täydennystoimituksen viivästyminen siirsi kuitenkin osan kemiallisista mittauksista keväälle. Sisäilmanäytteiden lisäksi kymmenen perusteellisesti tutkitun hallin allasvedestä määritettiin aktiivinen, sidottu ja kokonaiskloori sekä trihalometaanit, jotka kuvaavat sisäilmassa esiintyvien desinfioinnin sivutuotteiden lähdevoimakkuutta. Kenttämittausten tueksi uimahalleille lähetettiin tekninen kyselylomake, jonka avulla selvitettiin hallikohtaiset uimaveden käsittelyjärjestelmät sekä ilmanvaihdon toteutustavat. Kuudessa muussa hallissa mitattiin lisäksi triklooriamiinin pitoisuus ja tehtiin ilmanvirtaustarkastelu. Ennen varsinaisia mittauksia neljässä uimahallissa tehtiin koemittaukset ilman otsoni- ja kloorietikkahappopitoisuuksien osalta. Kloorietikkahappopitoisuudet määritettiin myös allasvedestä. Koska koejakson tulokset osoittivat sisäilman otsoni- ja kloorietikkahappopitoisuudet hyvin pieniksi, näistä mittauksista luovuttiin hankkeen jatkon osalta. Varsinaisissa mittauksissa ei myöskään enää mitattu veden kloorietikkahappopitoisuuksia. Tutkimuksessa oli tarkoituksena ensinnäkin kartoittaa desinfioinnin sivutuotteena syntyvien vedestä haihtuvien epäpuhtauksien pitoisuuksia suomalaisissa uimahalleissa sekä selvittää näiden epäpuhtauksien leviämistä ja kulkeutumista allastiloissa. Mittaustulosten sekä halleille lähetetyn teknisen kyselyn pohjalta pyrittiin löytämään merkittävimmin vedestä haihtuvien epäpuhtauksien pitoisuuksiin sekä leviämiseen hallitiloissa vaikuttaneet veden laatu- ja käsittelyparametrit sekä ilmanvaihtotekniset tekijät. Tämän pohjalta tarkasteltiin, missä määrin uimahalleja koskevat viranomaismääräykset ja - ohjeet ottavat huomioon henkilökunnan altistumisen torjunnan vedestä haihtuville epäpuhtauksille. Kenttämittauksissa mitattiin myös allastilojen bioaerosolipitoisuuksia. Työn ensimmäisenä keskeisenä tavoitteena oli tuottaa tietoa, jonka avulla uimahallien peruskorjauksella voitaisiin samalla kehittää myös työntekijöiden työympäristöä. Hankkeen toisena päätavoitteena oli selvittää uimahallien työntekijöiden terveyttä, erityisesti keuhkojen toimintaa. Tämä toteutettiin kyselyn ja keuhkofunktiokokeiden avulla. Koska yksittäisissä halleissa työskentelevien henkilöiden lukumäärät olivat pieniä, tutkimuksen kliininen osuus toteutettiin kahtena osatutkimuksena, joista toinen Etelä-
14 Suomessa ja toinen Itä- ja Keski-Suomessa. Ratkaisuun päädyttiin myös siksi, että Etelä-Suomessa kokeet voitiin toteuttaa Helsingin Urheilulääkäriaseman uimaritutkimuksen yhteydessä.
15 3 VEDESTÄ HAIHTUVAT EPÄPUHTAUDET UIMAHAL LEISSA 3.1 Desinfioinnin sivutuotteet: muodostuminen ja haihtuminen Sosiaali- ja terveysministeriön asetuksessa uimahallien ja kylpylöiden allasvesien laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista (315/2002) säädetään, että uimahallien allasveden mikrobiologinen laatu koko allaskierron ajan tulee turvata ensisijaisesti veden klooridesinfioinnilla. Uima-altaissa desinfiointiin käytetty kloori paitsi tuhoaa mikrobeja, myös reagoi altaan käyttäjistä peräisin olevien epäpuhtauksien kanssa. Kloorin reagoidessa allasveden orgaanisten ja typpipitoisten lika-aineiden kanssa muodostuu samalla myös terveydelle haitallisia desinfioinnin sivutuotteita, joista pitoisuuksien ja terveysvaikutusten osalta merkittävimmät ovat klooriamiinit eli kloramiinit, trihalometaanit ja kloorietikkahapot (WHO 2000b). Uimaveden desinfiointiin käytetään pääasiassa natriumhypokloriittia (NaClO), kalsiumhypokloriittia (Ca(ClO) 2 ) tai kaasumaista klooria (Cl 2 ), jotka veteen liuetessaan muodostavat alikloorihapoketta (HOCl) ja hypokloriitti-ioneja (OCl - ). Alikloorihapokkeen ja hypokloriitti-ionien yhteismäärää vedessä kutsutaan vapaaksi klooriksi. Vedessä osa vapaasta kloorista reagoi välittömästi allasveden hapettuvien aineiden kanssa ja muuttuu desinfiointitehottomaksi kloridiksi (Cl - ) ja osa reagoi ihmisperäisten typpiyhdisteiden kanssa. Vapaan kloorin reagoidessa mm. hiessä ja virtsassa olevan ja niistä muodostuvan ammoniakin kanssa muodostuu epäorgaanisia mono (NH 2 Cl)-, di (NHCl 2 )- ja triklooriamiineja (NCl 3 ), joiden yhteismäärää vedessä ilmaistaan sidotulla kloorilla (WHO 2000b; Vesihydro 2002). Uimaveden vapaan kloorin reagoidessa orgaanisten typpiyhdisteiden, kuten aminohappojen kanssa, muodostuu orgaanisia klooriamiineja. Orgaanisten klooriamiinien esiintymisestä allasvedessä on kuitenkin hyvin rajoitetusti tietoa eikä niiden pitoisuuden määrittämiseen vedestä ole käyttökelpoista menetelmää (WHO 2000c). Reaktioyhtälöissä 1, 2 ja 3 on kuvattu epäorgaanisten klooriamiinien muodostuminen (Hailin ym. 1990). NH 3 + HClO NH 2 Cl + H 2 O (1)
16 NH 2 Cl + HClO NHCl 2 + H 2 O (2) NHCl 2 + HClO NCl 3 + H 2 O (3) Epäorgaaniset mono-, di- ja triklooriamiinit ovat ärsyttäviä yhdisteitä ja saavat aikaan uimahalleille ominaisen hajun. Ne ovat toisaalta välttämättömiä välituotteita esimerkiksi uimaveteen joutuneen urean hajotusprosessissa (Vesihydro 2002). Klooriamiinien muodostumista voidaan rajoittaa tehokkaimmin vähentämällä typpipitoisten epäpuhtauksien määrää allasvedessä mm. tehostamalla uimareiden peseytymistä ennen altaaseen menemistä. Yhdisteiden pitoisuuksiin voidaan vaikuttaa myös säätelemällä veden ph:ta ja pitämällä desinfiointikemikaalien annostelu kohtuullisena. Kun veden ph on alle 8 tai kloori-typpisuhde korkea, erityisesti triklooriamiinien osuus kasvaa (Hery et al. 1995; Thickett et al. 2002). Jo muodostuneet klooriamiinit voidaan hapettaa ns. shokkikloorauksella. Menetelmän huomattavana epäkohtana on kuitenkin haitallisten trihalometaanien ja muiden orgaanisten halogeeniyhdisteiden muodostuminen (Hämäläinen 1995; Nazaroff & Alvarez-Cohen 2000). Vapaan kloorin reagoidessa allasveteen liuenneiden ihmisperäisten orgaanisten aineiden, kuten syljen, hien, hiusten, ihosolukon ja kosmeettisten aineiden, kanssa muodostuu allasveteen monivaiheisten hajoamis- ja yhdistymisvaiheiden kautta trihalometaaneja eli THM-yhdisteitä (Hämäläinen 1995). Myös hien ja virtsan sisältämien orgaanisten typpiyhdisteiden esiintyminen edesauttaa trihalometaanien muodostumista (WHO 2000c). Näistä eniten syntyy kloroformia eli trikloorimetaania (CHCl 3 ). Jos vedessä on kloorin ohella bromia, voi veteen muodostua myös bromidikloorimetaania (CHBrCl 2 ), dibromikloorimetaania (CHBr 2 Cl) tai tribromimetaania (CHBr 3 ) eli bromoformia. Suomen uimahalleissa veden bromipitoisuus on korvausvetenä käytettävästä vesijohtoverkoston vedestä johtuen tavallisesti alhainen, alle 0,05 mg/l, joten kloroformin ohella muodostuu pääasiassa pieniä määriä bromidikloorimetaania, mutta ei juurikaan muita bromattuja trihalometaaneja (Vesihydro 2002). THM-yhdisteiden muodostumista voidaan ehkäistä puhdistamalla allasvesi mahdollisimman hyvin orgaanisista lika-aineista sekä säätelemällä veden klooraustasoa, sillä korkea vapaan kloorin ja orgaanisten epäpuhtauksien määrä vedessä edistävät THM-yhdisteiden muodostumista. Myös veden korkea ph-arvo sekä lämpötila lisäävät trihalometaanien muodostumista (Lahl ym. 1981; Benoit & Jackson 1987; Aggazzotti ym. 1998; WHO 2000a).
17 Desinfioinnin sivutuotteena syntyy myös muita terveydelle mahdollisesti haitallisia yhdisteitä. Tällaisia sivutuotteita ovat halogeenietikkahapot, -asetonitriilit ja -ketonit, nitrotrikloorimetaani sekä trikloori- ja tribromiasetalde-hydraatti (WHO 2000b). Halogenoidut etikkahapot, joista merkittävimmät ovat dikloorietikkahappo (DCAA) ja trikloorietikkahappo (TCAA), esiintyvät uimavedessä trihalometaanien jälkeen runsaimpana pitoisuutena. Nämä kloorietikkahapot muodostuvat trihalometaanien tavoin allasveden vapaan kloorin ja orgaanisten lika-aineiden reagoidessa. Kloorietikkahappojen muodostumista lisäävät allasveden vapaan kloorin sekä orgaanisten epäpuhtauksien runsas määrä, veden alhainen ph-arvo ja korkea lämpötila. Vaikka kloorietikkahappojen muodostumista lisää veden alhainen ph ja trihalometaanien muodostumista korkea ph, kloorietikkahappojen esiintymisen on todettu korreloivan THM-yhdisteiden esiintymisen kanssa olosuhteiden ollessa tasaiset ja veden bromipitoisuuden ollessa matala (WHO 2000a). Taulukossa 1 on esitetty desinfioinnin sivutuotteiden muodostumista lisäävät tekijät. Taulukko 1. Desinfioinnin sivutuotteiden muodostumista lisäävät tekijät. Muodostumista lisäävä tekijä THM Klooriamiinit Kloorietikkahapot Orgaanisten epäpuhtauksien määrä vedessä + + Typpipitoisten epäpuhtauksien määrä vedessä + Veden vapaan kloorin korkea pitoisuus + + + Veden korkea ph-arvo + Veden alhainen ph-arvo + (1 + Veden korkea lämpötila + + 1) Kun ph-arvo < 8, triklooriamiinin muodostuminen lisääntyy. Trihalometaanit sekä klooriamiineista triklooriamiini ovat helposti haihtuvia yhdisteitä, joiden höyrynpaine on suuri (kloroformin höyrynpaine 20 C:ssa on 21,2 kpa ja triklooriamiinin höyrynpaine 25 C:ssa on 19,95 kpa) ja vesiliukoisuus pieni. Ne siirtyvät siten herkästi uimavedestä allastilan ympäröivään ilmaan ja esiintyvät suurimpina pitoisuuksina välittömästi veden pinnan yläpuolelta uimareiden hengitysvyöhykkeellä (Vesihydro 2002). THM-yhdisteiden ja triklooriamiinin haihtumiseen uimavedestä vaikuttavat lisäksi niiden pitoisuus vedessä ja diffuusionopeus vedestä ilmaan, veden lämpötila, ilman ja veden välinen kontaktipinta sekä allastilan ilmanvaihto. Henryn lain mukaisesti
18 yhdisteet haihtuvat sitä herkemmin ilmaan mitä korkeampi on yhdisteen höyrynpaine ja alhaisempi vesiliukoisuus. Yhdisteiden runsas pitoisuus allasvedessä, korkea veden lämpötila sekä allasveden ja ilman välinen laaja pinta-ala lisäävät myös haihtuvuutta. Lisäksi ihmisten liikehdintä altaassa sekä erilaiset vesihierontalaitteet aiheuttavat veden voimakasta sekoittumista ja pisarointia edistäen sivutuotteiden siirtymistä vedestä ilmaan (WHO 2000c). Mono- ja diklooriamiinit sekä kloorietikkahapot ovat vesiliukoisia desinfioinnin sivutuotteita, jotka siirtyvät allastilan sisäilmaan lähinnä uimareiden, erilaisten vesiputousten ja vesihierontalaitteiden aiheuttamien vesipisaroiden mukana (Hery ym. 1995; Nemery ym. 2002). Raunemaan ja Yli-Pirilän (2006) tekemä tutkimus osoitti, että liuenneita suoloja ja lika-aineita sisältävästä allasvedestä muodostuu pirskottaessa runsaasti pieniä hiukkasia. Aiemmassa suomalaisten tutkimuksessa uimahallien sisäilmasta mitattiin myös suuria pienhiukkaspitoisuuksia (Raunemaa ym. 2005). 3.2 Altistumistasot Ulkomailla desinfioinnin sivutuotteiden ja etenkin trihalometaanien pitoisuuksia on tutkittu pitkään uimahallien sisäilmasta (mm. Aggazzotti ym. 1990, 1993, 1998; Levesque ym. 1994, 2000; Aggazzotti ym. 1995; Hery ym. 1995; Fantuzzi ym. 2001; Chu & Nieuwenhuijsen 2002). Tutkimuksissa kloroformi on ollut selkeästi suurimpina pitoisuuksina esiintynyt trihalometaani ja sen pitoisuudet ovat olleet jopa satoja kertoja suuremmat kuin tavallisessa sisä- ja ulkoilmassa. Toiseksi yleisimpänä esiintyvän bromidikloorimetaaniin pitoisuudet ovat olleet tavallisesti lähes kertaluokkaa alhaisemmat. Uimahalleissa THM-pitoisuudet allastilan ilmassa voivat vaihdella kymmenistä useisiin satoihin mikrogrammoihin kuutiossa (Lahl ym. 1981; Fantuzzi ym. 2001; Spengler ym. 2001). Suomessa uimahallien sisäilman trihalometaanipitoisuuksia on kartoitettu jonkin verran. Vuosina 2001 2004 tehdyssä tutkimuksessa uimahalleista mitatut trihalometaanipitoisuudet olivat 6 81 µg/m 3, joista kloroformia oli 6 71 µg/m 3 ja bromidikloorimetaania 0,6 14,0 µg/m 3 (Raunemaa ym. 2005; Yli-Pirilä 2006). Osa suomalaistutkimuksen näytteistä kerättiin pelkkään Tenax GR hartsiin ja niiden näytteiden pitoisuudet on korjattu korjauskertoimella (kts. kpl 3.4). Koska kloroformia esiintyy
19 uimahalleissa muita desinfioinnin sivutuotteita suurempina pitoisuuksina ja sen esiintymisen tiedetään korreloivan mm. kloorietikkahappojen esiintymisen kanssa, käytetään sitä usein kloorattujen epäpuhtauksien altistumisen indikaattorina (WHO 2000a, Fantuzzi et al. 2000). Taulukossa 2 on esitetty ulkomaisissa tutkimuksissa mitattuja trihalometaanien pitoisuuksia uimahallien sisäilmasta. Taulukko 2. Eri maiden tutkimuksissa mitattuja trihalometaanipitoisuuksia uimahallien sisäilmassa. Kloroformi BDCM DBCM Bromoformi ka. ka. ka. Maa ka. Vaihteluväli Vaihteluväli Vaihteluväli Vaihteluväli Lähde µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 Saksa 116 10 384 9 0,1 39 - - - - Lahl ym. 1981 Italia 140 49 280 17 2 58 13 4-30 0,2 - Aggazzotti ym. 1993 Italia 221 16 853 - - - - - - Aggazzotti ym. 1995 Italia 170 135 195 20 16 20 11 9-14 0,2 - Aggazzotti ym. 1998 Kanada 207 78 329 - - - - - - Lévesque ym. 2000 Italia 46-9 - 3-0,8 - Fantuzzi ym. 2001 BDCM = bromidikloorimetaani DBCM = dibromikloorimetaani - = yhdistettä ei ole mitattu tai pitoisuutta ei ole raportoitu Uimahallien sisäilman klooriamiinipitoisuuksia on tutkittu maailmalla huomattavasti THM-yhdisteitä vähemmän. Julkaistuissa tutkimuksissa päähuomio on keskittynyt triklooriamiinin määrittämiseen, sillä haihtuvana yhdisteenä se esiintyy ilmassa merkittävästi suurempina pitoisuuksina kuin mono- ja diklooriamiinit ja altistuminen yhdisteelle tapahtuu pääosin hengitysilman kautta. Triklooriamiini haihtuu uimavedestä 300 ja diklooriamiini 3 kertaa nopeammin kuin monoklooriamiini (WHO 2000c). Kahdessa ranskalaisessa tutkimuksessa uimahallien sisäilman triklooriamiinipitoisuus on ollut välillä 0,1 2,0 mg/m 3 (Hery ym. 1995; Massin ym. 1998). Tutkimuksissa suurimmat klooriamiinipitoisuudet mitattiin uimahalleissa, joissa oli useita vesihierontalaitteita. Näissä halleissa myös ilman ja allasveden lämpötilan raportoitiin olevan muita halleja korkeampi ja ilmanvaihdon todettiin olevan riittämätön suuren kierrätysilmaosuuden takia. Suomessa triklooriamiinimäärityksiä ei ole aiemmin tehty.
20 Uimahallien sisäilman kloorietikkahappopitoisuuksista ei ole aiemmin julkaistua tietoa. Uimahallien ilmasta on kuitenkin mitattu suuria pienhiukkaspitoisuuksia, jotka hiukkaskokonsa perusteella ovat suurelta osin peräisin allasvedestä. On siten mahdollista, että uimahallin allasvedestä peräisin olevat hiukkaset sisältävät myös allasveden epäpuhtauksia, kuten vesiliukoisia desinfioinnin sivutuotteita (Yli-Pirilä 2006). Ulkomailla trikloorietikkahappoa on raportoitu esiintyvän klooratussa allasvedessä 6 112 µg/l (Clemens & Schöler 1992). Vuosina 2001 2004 Raunemaa ym. (2005) määrittivät muutamien suomalaishallien allasvesien kloorietikkahappopitoisuuksia. Tutkituissa halleissa DCAA-pitoisuudet olivat välillä 4,4 85,2 µg/l ja TCAA-pitoisuudet välillä 5,1 236,0 µg/l. Molemmat suurimmat pitoisuudet mitattiin samasta hallista peruskorjauksen jälkeen. Nämä pitoisuudet olivat noin kertaluokkaa suuremmat kuin muissa halleissa. 3.3 Työhygieeniset vertailuarvot Suomessa kloroformin (8h) HTP-arvoksi (haitalliseksi tunnetuksi pitoisuudeksi) työpaikan ilmassa on asetettu 10 mg/m 3 (STM 2005). Vaikka uimahalleissa havaitut pitoisuudet ovat selvästi kloroformin HTP-arvoa pienempiä, yhdisteelle altistuminen tulisi pitää mahdollisimman pienenä aineen merkittävän toksisuuden takia. Kloroformi imeytyy myös ihon kautta ja on siksi varustettu iho-merkinnällä HTP-luettelossa. Uimareilla ihon kautta tapahtuva altistuminen kloroformille voi olla jopa 80 % uinnin aikana saatavasta kokonaisannoksesta (Jantunen ym. 2005). Muista THM-yhdisteistä vain bromoformille on annettu HTP-arvo (5,2 mg/m 3, iho). Koska sen pitoisuudet ovat kaikissa aiemmissa tutkimuksissa olleet erittäin pieniä, sen ilmapitoisuudet jätettiin tämän tutkimuksen ulkopuolelle. Samasta syystä myöskään dibromikloorimetaanin pitoisuuksia ei määritetty. Triklooriamiinille ei ole asetettu Suomessa eikä muissakaan maissa työhygieenistä rajaarvoa. Terveysperusteisena raja-arvona voidaan pitää Hery ym. (1995) ehdottamaa pitoisuutta 0,5 mg/m 3.