Ylläpito 2008-seminaari 1 MITEN VAIKUTTAA KATUPÖLYYN? Kaarle Kupiainen Nordic Envicon Oy
Katupölyä koskevia tutkimusprojekteja Suomessa 2000-luvulla (Nordic Envicon Oy) KAPRO-projekti (2000-2004) katupölyn muodostuminen ja lähteet (renkaat, hiekoitus) VIPEN-projekti (2004-2005) liikkuvan katupölyn mittausjärjestelmän suunnittelu ja rakennus Stadian Nuuskija-autoon VIEME-projekti (2006-2007) pöly ja melu hiljaisilta päällysteiltä (talvirenkaat) KAPU-projekti katupölyn päästöt ja torjunta kaupunkialueilla talvikunnossapidon keinoin (Hki ymk koordinaattori) 1. vaihe 2006-2007 2. vaihe 2008- Ylläpito 2008-seminaari 2
Ilmakehän hiukkasten käsitteistöä PM10 hengitettävät hiukkaset (halkaisija <10 µm) PM2.5 pienhiukkaset (halkaisija <2.5 µm) EU:n ilmanlaatudirektiivin perusteella voimassaolevat raja-arvot yhdyskuntailman PM10:lle, tulossa myös PM2.5 PM10 vuorokausiraja-arvo ylittynyt kaupunkialueilla, Suomessa ja Ruotsissa keväinen katupöly pääasiallinen ylitysten syy Hiekoitushiekkapoikkeama! 1 µm = 1/1000 mm Ylläpito 2008-seminaari 3
Katupöly (road dust) Mekaanisesti muodostuneita hiukkasia, pääosa massasta >1 µm hiukkasissa Vrt. pakokaasuperäiset hiukkaset <1 µm Osa tieliikenteen päästöjä Tien ja materiaalien kuluma Tien pinnalle muodostunut/laskeutunut pöly, joka nousee tuulen tai liikenteen ilmavirtausten mukana ilmaan Osa kaupunki-ilman muuta hiukkasmassaa Pohjoismaissa kaupunkialueiden ilmansuojeluongelma erityisesti keväisin Viime vuosina noussut kiinnostuksen kohteeksi myös muualla, kun ajoneuvojen päästövähennykset laskeneet pakokaasupäästöjä EU:n ilmanlaatu-direktiivin raja-arvot ovat ylittyneet Ylläpito 2008-seminaari 4
Ylläpito 2008-seminaari 5 Lähde: dos. Raimo O. Salonen
Korkeiden kevätpölypitoisuuksien syyt Päästöt korkealla tasolla Talven aikana muodostunut ja varastoitunut katupöly nousee ilmaan (resuspensio) Renkaiden nostamana Ajoneuvojen aiheuttamien ilmavirtausten nostamana Suorat päästöt? Sopivat meteorologiset olosuhteet Lumi ja jää sulaa, kuljettaa irtoainesta tielle Kuivat kadunpinnat Alhaiset tuulen nopeudet Maanpintainversio Ylläpito 2008-seminaari 6
KATUPÖLYN MUODOSTUMINEN JA PÄÄSTÖT KATUYMPÄRISTÖSSÄ Pölyä tulee ilmavirtausten mukana PÖLY ILMASSA Pölyä poistuu ilmavirtausten mukana PÖLYN SYNTY Suora päästö suspensio PÖLYVARASTO PÄÄLLYSTEESSÄ Hiekka ja maaperän pölyävä aines, joka kulkeutuu katuympäristöön Hulevedet Ylläpito 2008-seminaari 7
KATUPÖLYN TORJUNTAKEINOJA Rengasvalinnat Hiekoitus määrä materiaalit Pölyä tulee ilmavirtausten mukana PÖLYN SYNTY vaihtoehdot Hiekka ja maaperän pölyävä aines, joka kulkeutuu katuympäristöön Suora päästö Auraus ja lumenkaato PÖLY ILMASSA Pölyä poistuu ilmavirtausten mukana Pölyn suspensio sidonta PÖLYVARASTO PÄÄLLYSTEESSÄ Katujen puhdistus Mekaaninen harjaus Hulevedet Imulakaisu Painepesu Yhdistelmät Ylläpito 2008-seminaari 8
KATUPÖLYN TORJUNTA I Muodostumisen vähentäminen renkaat, hiekoitus II Päästöjen torjunta pölynsidonta III Aikaisemmin muodostuneen pölyn poistaminen katuympäristöstä katujen puhdistus Ylläpito 2008-seminaari 9
I PÖLYN MUODOSTUMINEN Ylläpito 2008-seminaari 10
Pölyn muodostuminen ja päästöt talvirenkaat Puhdas päällyste Nastarenkaalla muodostuu enemmän PM10-pölyä kuin nastattomalla talvirenkaalla Tämä näkyy myös korkeampina päästöinä, kun päällysteen pinnassa vain vähän aikaisemmin muodostunutta pölyä Nastan ominaisuudet (esim. paino) ja nastojen lukumäärä vaikuttavat päästöihin (korkeampi paino ja suurempi lukumäärä lisäsivät päästöjä) Päällyste jolla aikaisemmin muodostunutta pölyä (esim. kevätkausi) Korkeilla kadun pinnan pölytasoilla (esim. maalis-huhtikuu) henkilöauton kitkarenkaan päästö ilmaan voi olla samaa suuruusluokkaa tai suurempikin kuin nastarenkaalla (kitkarenkaan lamelloinnin imukuppiefekti) Avainkysymys jatkotutkimuksiin: mitkä ovat aikaisemmin muodostuneen pölyn lähteet? (tiekuluma, hiekoitusmateriaali yms.?) Lähteet: Tervahattu ym. 2008. VIEME-loppuraportti. LVM julkaisuja 8/2008; Ylläpito 2008-seminaari 11 Kupiainen 2007, Monographs of the Boreal Env Res 26)
Pölyn muodostumisen vähentäminen - talvirenkaat Joissakin maissa nastarenkaille on asetettu rajoituksia nostaen pölyongelmat erityisasemaan Japanissa nastarengaskielto 1991- Norjassa nastarengastulli (esim. Oslo 1999-, 350 Kr/kk, nastarenkaiden käyttöaste nyt 20-30%) Ruotsin tielaitos suositteli syksyllä 2007 autoilijoita siirtymään kitkarenkaisiin Saadaanko rajoituksilla toivottua ilmanlaatuhyötyä? Riskinä liikenneturvallisuuden vaarantuminen Suomessa ei ole toistaiseksi katsottu mahdolliseksi rajoittaa nastarenkaiden käyttöä Onko talvirenkaiden tuotekehityksellä (edelleen) mahdollista vähentää pölynmuodostumista? Ylläpito 2008-seminaari 12
Pölyn muodostuminen ja päästöt - hiekoitus PM10 päästö ja muodostuminen kasvaa heti sepelin/hiekan levityksen jälkeen: 1,7-2,3-kertaiseksi, ympyräkoerata, eri hiekoitusmateriaalit, kuiva päällyste (nastarengas, 2/6mm, 300 g/m 2 ) (Kupiainen 2007) 4-14-kertaiseksi, ympyräkoerata, eri hiekoitusmateriaalit, kuiva päällyste (kitkarengas, 1/6mm ja 2/6mm, 300 g/m 2 ) (Kupiainen 2007) 15-kertaiseksi, päästö tie-rengas rajapinnan läheltä (Nuuskija) heti sepelin levityksen jälkeen, kuiva päällyste, Suomi (1/6mm, 500 g/m 2 ) (Kupiainen et al. 2007) 2-kertaiseksi, päästö tie-rengas rajapinnan läheltä (TRAKER) heti hiekoituksen jälkeen, kuiva päällyste, Yhdysvallat (Gertler et al. 2006) 7-22-kertaiseksi, ympyräkoerata, eri hiekoitusmateriaalit, kuiva päällyste (nastarengas, 0/8mm, 500g/m 2 ) (Gustafsson et al. 2005) 1,8-kertaiseksi, päästö tie-rengas rajapinnan läheltä (TRAKER) heti hiekoituksen jälkeen, kuiva päällyste, Yhdysvallat (150 g/m 2 ) (Kuhns et al. 2003) 3-6-kertaiseksi, PM10-pitoisuusmittaukset kuivassa tunnelissa, Suomi (1/6mm, 250 g/m 2 ) (Mustonen & Valtonen 2000) 1,4-kertaiseksi, PM10-pitoisuusmittaukset tienvarressa, luminen tie, Yhdysvallat (Kantamaneni et al. 1996) Mm. vaihtelevat hiekoitusmateriaalien ominaisuudet ja hiekoitusmäärät vaikuttavat muodostumiseen Päästöt ovat huipussaan heti hiekoituksen jälkeen. Alkavat laskea kun liikennevirta siirtää materiaalia tien sivuun: Takaisin hiekoitusta edeltävälle tasolle 4-8 tunnissa hiekoituksesta (Kuhns et al. 2003; Kupiainen et al. 2007) Päästöt olivat korkeampia vielä 2 päivää hiekoituksen jälkeen (Gertler et al. 2006) Ylläpito 2008-seminaari 13
Hiekoituksen pölynmuodostus katu- ja tieolosuhteissa Hiekoituksen pölyvaikutus Materiaali voi valmiiksi sisältää pölyä Rakeet hajoavat renkaiden alla viime kädessä hienoksi pölyksi Rakeet ja pöly kuluttavat myös päällystettä (hiekkapaperi-efekti) Suora pölynmuodostus ja pölypäästö ajallisesti rajattu Pöly kuitenkin jää katuympäristöön ja jos ei poistu/poisteta voi nousta ilmaan myöhemmin Fraction 40 kph - non-studded 40 kph - studded 16 50 kph - non-studded 50 kph - studded 70 kph - non-studded 70 kph - studded 12 8 4 0 Before 10000 5000 0 After Before After Before After Before After Before After µg m -3 Before sanding 20000 After sanding 15000 Before After 14:11 14:55 15:28 16:57 18:10 18:40 Start time (15:28 and 18:40 tests with studded tires) Kuvat: Nuuskijan päästömittauksia ennen ja jälkeen hiekoituksen, Kupiainen ym. 2007 Lähteet: Kupiainen ym. 2007. ISCORD 2007 extended abstract. Ylläpito 2008-seminaari 14 Kupiainen 2007, Monographs of the Boreal Env Res 26)
Pölyn muodostumisen vähentäminen - talvihiekoitus Alennetut hiekoitusmäärät ja -kerrat Talvihiekoituksen käyttö vain niillä katuosuuksilla, joilla tarpeen (esim. Helsinki) Vaihtoehtoiset liukkaudentorjuntamenetelmät (esim. suolaliuokset) Kasvattaako lisääntynyt tienpintojen kosteus nastojen aiheuttamaa kulumaa? Päästöjä voi tulla myös suolauksen seurauksena (Gertler et al. 2006 Atm. Env. 40, 5976-5985: 30% PM10 päästön lisäys NaCl:n jälkeen) Hiekoitussepelin pesuseulonta 0/6mm 1/6mm vähensi pölynmuodostusta 20% (250g/m 2, ympyräkoerata) (Mustonen & Valtonen 2000) käytössä joissakin Suomen kaupungeissa 1/6mm 2/6mm vähensi pölynmuodostusta edelleen 20-25% (300g/m 2, ympyräkoerata) (Kupiainen 2007) Laadun valvonta!! Parempi iskunkestävyys (LA-testi, STT-testi) Koeratatestien perusteella 20-40% vähenemä mahdollinen (esim. LA-luku 42 vs. 15) (Mustonen & Valtonen 2000, Kupiainen 2007) Kannattaako hyvää kiveä käyttää liukkaudentorjunnassa (täsmäkohteet)? Lisääkö päällysteen kulumaa? Mikä on muiden alueiden kuin ajoradan rooli pölyn lähteinä (esim. jalkakäytävät, parkkialueet, rakennustyömaat)? Ylläpito 2008-seminaari 15
Ylläpito 2008-seminaari 16 II PÖLYN SIDONTA
II Pölypäästöjen torjunta pölynsidonta Toimintaperiaate: Kosteus sitoo pölyhiukkasia toisiinsa sekä päällysteen pintaan, jolloin ne eivät nouse ilmaan Vesi haihtuu suhteellisen nopeasti katujen pinnoilta; kuivina aikoina katujen pölypäästöt moninkertaiset verrattuna kosteisiin pintoihin Haihtumista voidaan hidastaa lisäämällä veteen lisäaineita Pohjoismaissa käytetty: kalsiumkloridi (CaCl2), Magnesiumkloridi (MgCl2), Kalsiummagnesiumasetaatti (CMA) Aineet myös alentavat liuoksen jäätymispistettä Pohjoismaisissa tutkimuksissa tulokset ovat olleet hyviä, jopa 20-40% vähenemiä saavutettu PM10-vuorokausikeskiarvoille Tehokas käyttö vaatii tarvittaessa toistoja ja laajojen alueiden käsittelyjä Pölynsidontakyvyn säilyminen riippuu liuoksen väkevyydestä, liian väkevä liuos on kalliimpaa ja voi aiheuttaa liukkausongelmia Täsmälevittimillä sidonta-ainetta voidaan kohdistaa ongelmakohtiin Pölynsidonta ei ratkaise lopullisesti koko ongelmaa, sillä pöly jää katuympäristöön ja ennen pitkää vapautuu jälleen Ylläpito 2008-seminaari 17
Pölynsidonta (CaCl2) Helsingin ilmanlaatumittauksissa 2006 (lähde: YTV, KAPU-hanke) CaCl2 Lumisade Päivät ilman käsittelyä (20.3, 21.3.): Mannerheimintie päästötaso 35-50% alhaisempi kuin Töölöntullissa Mannerheimintie käsiteltiin 22.3. : päästötaso 81% alhaisempi kuin Töölöntullissa Huom! Pakkaskeli CaCl2 pölynsidontaa voi tehdä, kun kevätpuhdistus ei vielä mahdollista (yöpakkaset) Ylläpito 2008-seminaari 18
Pölynsidonta (CaCl2) Espoossa ja raja-arvon ylityspäivien lukumäärä 2007 (lähde: KAPU-hanke) 1.1.-30.3.2007 ennen tutkimusajankohtaa Tutkimuskohteessa Espoon keskus 13 PM10 vuorokausi rajaarvotason ylitystä (50 µg/m 3 ) Vertailuasemilla Leppävaara 11 ylitystä Mannerheimintie (Helsinki) 17 ylitystä 31.3.-30.4.2007 tutkimusajankohta Toistuvat CaCl2-käsittelyt usealla kadulla Espoon keskuksessa Ei raja-arvotason ylityksiä Vertailuasemilla: Leppävaara 4 ylitystä Mannerheimintie 6 ylitystä Erityishuomio kiinnitettiin liuoksen levitykseen Kohdistettu levitys kadun reunaan; Kohdistaa pölynsidonnan alueelle, joka ongelmallisin; Mahdollistaa väkevämmän suolaliuoksen käytön pölyn sidontaan, kuin ajoradalla Yllä: Espoon kaupungin täsmälevitin Yllä: Helsingin kaupungin täsmälevitin Ylläpito 2008-seminaari 19
Ylläpito 2008-seminaari 20 III KATUJEN PUHDISTUS
Kevätpuhdistus onko nykytoimenpiteillä vaikutusta PM10 katupölyyn? Yläkuva: Mikko Uro, alakuva: S.Seppälä KEVÄTPUHDISTUS Vaihe 1: Katu kostutetaan Vaihe 2: Karkea hiekka kerätään harjaamalla Vaihe 3: Hienoaines kerätään imulakaisulla Vaihe 4: Kadun pinta pestään painepesulla Siis yhdistetään kolme eri puhdistustekniikkaa Ylläpito 2008-seminaari 21 Nykykalustolla ja -käytännöillä kertapuhdistuksella ei saada kesäpuhdasta Esim Helsinki: koko kaupungin puhdistus vaatii paljon resursseja ja tällä hetkellä vie ajallisesti n. 1,5 kk Laitteistot perustuvat veden käyttöön, joten yöpakkasten aikaan ei voida puhdistaa Kevätpuhdistuksella voidaan alentaa PM10 katupölyä Vaatii laajojen alueiden puhdistusta (sivukadut, jalkakäytävät, parkkialueet, rakennustyömaat,..) Laitteistoilla on eroja (KAPU-loppuraportti): Harjakalusto ja pienempi imulakaisukalusto soveltuu karkean aineksen poistoon Suurempi imulakaisukalusto soveltuu paremmin hienoaineksen poistoon, suora vaikutus PM10 epäselvä. Painepesulla vaikutusta myös PM10 (KAPUloppuraportti, ruotsalaiset ja saksalaiset tutkimukset) Pölynpoistoon (PM10) erikoistuneet laitteet vasta tuloillaan.
Kiitoksia mielenkiinnosta! Kaarle Kupiainen, Fil. tri Nordic Envicon Oy Koetilantie 3 00790 Helsinki, Finland Kaarle.kupiainen@nordicenvicon.fi Kiitokset: Heikki Tervahattu, Liisa Pirjola, Jari Viinanen, KAPU-ohjausryhmä, VIEMEohjausryhmä Ylläpito 2008-seminaari 22