Silja Laine. Katupölyn mallintamisen mahdollisuudet

Silja Laine Katupölyn mallintamisen mahdollisuudet Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinööri (AMK) Rakennustekniikka Opinnäytetyö 30.8.2011

Alkulause Tämä työ tehtiin Ramboll Finland Oy:n Liikenne-yksikölle. Työn ohjaajina toimivat Sanna Sorvoja ja Jukka Räsänen Ramboll Finland Oy:stä sekä valvojana Kai Kouvo Metropolia AMK:sta. Haluan kiittää ohjaajiani ja valvojaani tuesta, ohjauksesta ja hyvistä neuvoista työni aikana. Lisäksi haluan kiittää Liisa Pirjolaa Metropolia AMK:sta, Kaarle Kupiaista Nordic Envicon Oy:stä sekä muita asiantuntijoita hyvistä ja asiantuntevista kommenteista ja neuvoista. Espoossa 30.8.2011 Silja Laine

Tiivistelmä Tekijä(t) Otsikko Sivumäärä Aika Tutkinto Silja Laine Katupölyn mallintamisen mahdollisuudet 53 sivua 30.8.2011 Insinööri (AMK) Koulutusohjelma Rakennustekniikka Suuntautumisvaihtoehto Ohjaaja(t) Ympäristörakentaminen Tuntiopettaja Kai Kouvo, Metropolia AMK Projektipäällikkö Sanna Sorvoja, Ramboll Finland Oy Ryhmäpäällikkö Jukka Räsänen, Ramboll Finland Oy Yhdyskuntasuunnittelussa on asetettu raja- ja ohjearvoja hengitettäville hiukkasille, mutta niiden mallinnuslähtötiedot ovat osittain puutteellisia, sillä katupölyä ei ole luotettavasti voitu ottaa huomioon mallinnuksessa. Katupölylle on tutkimuksissa kehitetty päästökertoimia, mutta niitä ei ole viety leviämismalleihin. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää, voidaanko tiedossa olevista päästömittauksista muodostaa päästökertoimet, jotka voidaan viedä leviämismallinnusohjelmaan ja parantaako katupölyn huomioon ottaminen leviämismallinnusten käytettävyyttä ja tarkkuutta. Opinnäytetyön kirjallisuusselvitys toteutettiin Internetistä sekä alan julkaisuista ja kirjallisuudesta hankitulla materiaalilla. Kirjallisuusselvityksen tueksi tehtiin myös yksi henkilöhaastattelu. Empiirinen osuus toteutettiin SoundPLAN -päästö- ja melumallinnusohjelmalla sekä AUSTAL2000-ohjelmalla. Opinnäytetyön aikana saatiin selville, että katupölyn mallintaminen on muiden ilmansaasteiden lisäksi mahdollista. Useita yhden mallinnuskohteen tuloksia verrattiin mittausasemilta saatuihin tuloksiin ja ne vastasivat melko hyvin toisiaan. Katupölyn mallinnusta on kuitenkin vielä kokeiltava muissa mallinnuskohteissa sekä erilaisissa mallinnusympäristöissä, jotta voidaan olla varmoja tulosten luotettavuudesta. Avainsanat Katupöly, leviämismallinnus, päästöt, PM10

Abstract Author(s) Title Number of Pages Date Degree Silja Laine Possibilities of Road Dust Modeling 53 pages 30 August 2011 Bachelor of Science Degree Programme Civil Engineering Specialisation option Instructor(s) Environmental Engineering Kai Kouvo, Lecturer, Metropolia University of Applied Sciences Sanna Sorvoja, Project Manager, Ramboll Finland Oy Jukka Räsänen, Group Manager, Ramboll Finland Oy In community planning there are limit and guide values for inhalable particles, but the modeling part of the initial data is incomplete, because the street dust cannot reliably be taken into account in modeling. In several road dust studies emission factors have been developed, but they have not yet been exported to dispersion modeling programs. The aim of this study was to determine whether it is possible to create emission factors out of emission measurements, which can be exported to dispersion modeling program and whether the usability and accuracy of the dispersion models are improved if street dust is taken into account. The literature review for this thesis was carried out on the Internet as well as by studying industry publications and literature. To support the literature study one personal interview was also conducted. The empirical part was carried out with SoundPLAN -emission and noise modeling software, and also with AUSTAL2000 program. During this study it was discovered that street dust modeling on other air pollutants is also possible. Several modeling results were compared with the stations results, and they responded quite well to each other. Street dust modeling should still be tried in other areas as well as a variety of modeling environments, in order to be sure of the reliability of the results. Keywords Road dust, dispersion modeling, emissions, PM10

Alkulause Tiivistelmä Sisällys Sanasto 1 Johdanto 1 1.1 Työn tausta ja tavoitteet 1 1.2 Aiempia tutkimuksia 1 1.2.1 Suomessa tehtyjä tutkimuksia 1 1.2.2 Ulkomaisia tutkimuksia 3 1.3 Työn rajaus 3 2 Ilmanlaatu 4 2.1 Ilman epäpuhtaudet ja niiden lähteet 4 2.2 Ilman epäpuhtauksia koskevat normit ja säädökset 9 2.2.1 Raja- ja ohjearvot 9 2.2.2 Lainsäädäntö 10 2.3 Ilmanlaadun seuranta 11 2.4 Ilmanlaatu Suomessa 13 3 Katupöly 14 3.1 Mitä katupöly on? 14 3.1.1 Muodostuminen ja syntymiseen vaikuttavat tekijät 14 3.1.2 Kaukokulkeuma 17 3.1.3 Rakennustyömaiden vaikutus 18 3.1.4 Katupölyepisodit 19 3.1.5 Haitat 19 3.2 Katupölyn torjuminen ja ennaltaehkäisy 20 3.2.1 Liukkaudentorjuntamateriaalin valinta ja käsittely 20 3.2.2 Suolaus liukkaudentorjuntamenetelmänä 20 3.2.3 Talvihoito ja lumen auraus 21 3.2.4 Pölynsidonta 22

3.2.5 Katujen puhdistus 22 4 Päästöjen leviämismallinnus 24 4.1 Perustietoa leviämismallinnuksesta 24 4.1.1 Lähtötiedot 24 4.1.2 Eri leviämismallityypit 25 4.1.3 Ohjelmistot 28 4.2 Leviämismallinnus Suomessa 28 4.2.1 Mallinnusta ja tutkimusta tekeviä tahoja ja yrityksiä 28 4.2.2 Suomessa käytössä olevia ohjelmistoja 31 4.2.3 Leviämismallien muita käyttökohteita 31 4.3 Katupölyn mallinnuksen erityisongelmat 32 5 Tapaustutkimukset 33 5.1 Mallinnuksissa käytettävät ohjelmat 33 5.1.1 SoundPLAN 33 5.1.2 AUSTAL2000 33 5.2 Mallinnuskohde 34 5.3 Päästökertoimien määrittäminen 35 5.3.1 Taustatietoja ja tutkimusmenetelmä 35 5.3.2 Katupölypitoisuuden ajallinen ja kausittainen vaihtelu 36 5.3.3 Mallinnusten esivalmistelut 38 6 Tulokset 39 6.1 Mallinnustulokset 39 7 Johtopäätökset 48 8 Yhteenveto 49 Lähteet 51

Sanasto Raja-arvo Ohjearvo Katupölyn päästökerroin Resuspensio Primääripäästö Hengitettävät hiukkaset Ilman epäpuhtauksille asetettu pitoisuuksien raja, jota ei saa ylittää. Arvot, joilla ilmaistaan ilmanlaadun tavoitteita ja joiden ylittyminen on tavoitteena estää ennakolta. Yksikkönä käytetään mg/vkm, joka tarkoittaa autojen tuottamien hengitettävien hiukkasten määrää yhtä ajettua kilometriä kohti. Tien pinnalla olevan katupölyn ilmaan nouseminen pääasiassa auton renkaiden aiheuttaman ilmavirran mukana. Nastarenkaan tien pinnalle aiheuttama kuluttava vaikutus, jolloin tien pinnasta irtoaa hienoainesta. Halkaisijaltaan alle 10 mikrometrin kokoiset hiukkaset, jotka kulkevat hengitysilman mukana ihmisten keuhkoputkiin asti.

1 1 Johdanto 1.1 Työn tausta ja tavoitteet Yhdyskuntasuunnittelussa on asetettu raja- ja ohjearvoja hengitettäville hiukkasille, mutta niiden mallinnuslähtötiedot ovat osittain puutteellisia, sillä katupölyä ei ole luotettavasti voitu ottaa huomioon mallinnuksessa. Katupölylle on tutkimuksissa kehitetty päästökertoimia, mutta niitä ei ole viety leviämismalleihin. Opinnäytetyön tavoitteena on selvittää, voidaanko tiedossa olevista päästömittauksista muodostaa päästökertoimet, jotka voidaan viedä leviämismallinnusohjelmaan ja parantaako katupölyn huomioon ottaminen leviämismallinnusten käytettävyyttä ja tarkkuutta. Tavoitteena on kehittää vuoden eri ajankohdille omat päästökertoimet. Katupölyn pitoisuudet ovat korkeimpia maalis-huhtikuun vaihteessa, jolloin lumet sulavat ja kadut kuivuvat. Pitoisuudet ovat korkeita myös loka-marraskuussa, jolloin katuja aletaan hiekoittaa ensimmäisten pakkasten tullessa. Näille ajanjaksoille on tarkoitus kehittää eri päästökertoimet kuin muille kuukausille. Opinnäytetyö on jatkoa Rambollin T&K-projektille, jossa tutkittiin tieliikenteen päästöjen leviämismallinnusta. Työssä saadut keskeiset tulokset toimivat tämän työn lähtökohtina. 1.2 Aiempia tutkimuksia 1.2.1 Suomessa tehtyjä tutkimuksia Katupölyä on aiemmin tutkittu ja tutkitaan mm. seuraavissa projekteissa/hankkeissa: KAPRO-projekti, VIPEN-projekti, VIEME-projekti, KAPU-hanke (vaiheet I, II ja III) PILTTI-hanke sekä parhaillaan käynnissä olevassa REDUST Life+ -hanke. [1.] Lisäksi LIPIKA- projektissa Metropolia AMK:n auto- ja kuljetustekniikan osastolla suunniteltiin

2 ja rakennettiin liikkuva ilmanlaadun tutkimuslaboratorio Nuuskija. Projekti toteutettiin vuonna 2003 ja sen rahoittajana toimi TEKES sekä liikenne- ja viestintäministeriö. [2.] KAPRO-projekti toteutettiin vuosina 2000-2004 ja siinä tutkittiin katupölyn muodostumista ja lähteitä (renkaat, hiekoitus). Projektissa olivat mukana Nordic Envicon Oy (esitellään luvussa 4.2.1), Uudenmaan ympäristökeskus, liikenne- ja viestintäministeriö, ympäristöministeriö sekä YTV (nykyinen HSY). [3; 1.] VIPEN-projektissa (Vehicle Induced Particulate Emissions from Non-Exhaust Sources) vuosina 2004-2005 suunniteltiin ja rakennettiin Metropolia AMK:n Nuuskija-autoon katupölyn mittausjärjestelmä. Nuuskijaa on tämän jälkeen hyödynnetty useissa katupölyä tutkivissa projekteissa ja hankkeissa. Projektin rahoittajana oli TEKES. Lisäksi mukana olivat Nordic Envicon Oy sekä YTV. [3; 1.] VIEME-projektissa vuosina 2006-2007 tutkittiin talvirenkaiden aiheuttamaa melua ja pölyn muodostumista hiljaisilla päällysteillä. Projektin tavoitteena oli melupäästöjen ja melulle altistumisen vähentäminen niin, etteivät pölyongelmat lisäänny ja liikenneturvallisuus häiriinny. Koordinaattorina projektissa toimi liikenne- ja viestintäministeriö. [1; 4.] Kapu hankkeen I-osa toteutettiin vuosina 2006-2007, II-osa vuosina 2008-2009 ja IIIosa vuonna 2010. Kaikissa kolmessa osassa tutkittiin katupölyn päästöjä sekä torjuntaa kaupunkialueilla talvikunnossapidon keinoin. Hankkeen tutkimusosapuolia olivat Nordic Envicon Oy sekä Metropolia AMK ja sitä koordinoi Helsingin kaupungin ympäristökeskus. Hankkeessa mukana olivat lisäksi Vantaan, Espoon, Tampereen, Keravan, Riihimäen ja Turun kaupungit. Lisäksi KAPU III- hankkeessa oli mukana myös Porvoo. Kaupungit vastasivat hankkeen aikana toimenpiteiden suorituksesta. [5; 1.] PILTTI-hankkeessa (Health Risks from Nearby Sources of Fine Particulate Matter: Domestic Wood Combustion and Road Traffic) vuonna 2010 tutkittiin puun pienpoltosta ja tieliikenteestä aiheutuvien pienhiukkasten lähipäästöjen terveysriskejä. Hankkeessa mukana olivat Terveyden ja hyvinvoinnin laitokselta (THL), Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) sekä Ilmatieteen laitokselta eri alojen asiantuntijoita. [6.]

3 Parhaillaan käynnissä olevassa REDUST Life+ -hankkeessa tutkitaan talvikunnossapidon toimenpiteiden ja katujen kevätpuhdistuksen vaikutusta hengitettävän katupölyn määrään. Hankkeen koordinaattorina toimii Helsingin kaupungin ympäristökeskus. Mukana ovat myös HSY, Metropolia AMK, Nordic Envicon Oy sekä Espoon ja Vantaan kaupungit. [1.] Mallinnusohjelmistoja on aiemmin tutkittu Rambollin T&K-hankkeeseen sisältyneessä diplomityössä, jossa tutkittiin mallinnusohjelmistojen soveltuvuutta ja käytettävyyttä Suomen olosuhteisiin. Saadut tulokset ovat toimineet tämän työn lähtökohtina. [7.] 1.2.2 Ulkomaisia tutkimuksia Ulkomailla katupölyyn liittyviä tutkimuksia on tehty useissa maissa, esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Sveitsissä. Tutkimuksen kohteena on ollut mm. se, kuinka ajoneuvojen nopeus ja paino vaikuttavat katupölyn syntymiseen. Lisäksi on tutkittu katupölyn päästöjä ja päästökertoimia. Tutkimuksissa on saatu pitkälti samoja tuloksia kuin Suomessa tehdyissä tutkimuksissa: ajoneuvojen nopeudella ja painolla on suorat vaikutukset päästöihin (muilla fysikaalisilla ominaisuuksilla ei niin suurta vaikutusta), käyttämällä suolausta hiekoituksen sijaan vähennetään pölyn syntymistä ja määrää, resuspensioon vaikuttaa merkittävästi auton nopeus, tien kunto ja painavien ajoneuvojen osuus. [8; 9; 10; 11; 12.] 1.3 Työn rajaus Työtä tehdään yhdyskuntasuunnittelun ja ympäristövaikutusten arvioinnin näkökulmasta ja sen tavoitteena on yleisesti kehittää leviämismallinnusosaamista Suomessa. Työssä keskitytään katupölyn päästökertoimien määrittämiseen ja niiden viemiseen leviämismallinnusohjelmistoihin ja siitä rajataan ulos ohjelmistojen toimivuus ja tarkkuus. Lisäksi päästöjen leviämisen tarkkuus rajataan koskemaan vain paikallisen tason kulkeutumista.

4 2 Ilmanlaatu 2.1 Ilman epäpuhtaudet ja niiden lähteet Eri lähteistä ilmaan pääsevät epäpuhtaudet heikentävät ilmanlaatua. Seuraavissa kappaleissa kerrotaan merkittävimmistä ilmanlaatua heikentävistä epäpuhtauksista, joita ovat rikkidioksidi, typpidioksidi, otsoni, hengitettävät hiukkaset, pienhiukkaset, hiilimonoksidi eli häkä, haisevat rikkiyhdisteet, raskasmetallit, PAH-yhdisteet sekä bentseeni. Rikkidioksidi Rikkidioksidi (SO 2) on hapan kaasu, joka on haitallista ihmisten terveydelle ja ekosysteemeille. Rikkidioksidia pääsee ilmaan rikkipitoisten polttoaineiden palamisessa energiantuotannossa sekä teollisuusprosesseissa. Tieliikenteen osuus päästöistä on pieni. [13.] Rikkidioksidin synnyttämät happosateet aiheuttivat 1970- ja 80-luvuilla vaurioita ympäristölle, jonka jälkeen rikkidioksidipäästöjen rajoittamiseen ryhdyttiin kansainvälisesti. Nykyisin rikkidioksidipäästöt ovat laskeneet noin kymmenesosaan vuoden 1980 tasosta. [13.] Kohonneet rikkidioksidipitoisuudet ovat yleensä paikallisia ja lyhytaikaisia ja ovat aiheutuneet tyypillisesti teollisuuden toimintahäiriöistä. [13.] Typpidioksidi Typpidioksidi (NO 2 ) on hengitysteitä ärsyttävä kaasu. Ekosysteemeihin päädyttyään se puolestaan aiheuttaa rehevöitymistä ja happamoitumista. Typpidioksidi on osallisena myös toisen hengitysilman epäpuhtauden, otsonin, muodostumisessa. [13.] Typpidioksidia pääsee ilmaan kaikessa palamisessa. Suomessa typpidioksidin kokonaispäästöstä noin 65 % tulee energiatuotannosta ja teollisuusprosesseista ja loput 35 %

5 liikenteestä. Kaupunkien ilmanlaatuun liikenteellä on päästöosuuttaan suurempi vaikutus, koska liikenteen päästö tapahtuu maanpinnan tasolle suoraan hengitysilmaan. [13.] Typpidioksidi on ongelmallisin suurimpien kaupunkiemme keskustoissa. Niissä typpidioksidipitoisuudet tyypillisesti kohoavat aamuruuhkan myötä. Korkeimmat pitoisuudet kertyvät katukuiluihin, joissa saasteiden laimeneminen on heikkoa. Pahimmat tilanteet syntyvät usein tyyninä talvipäivinä, jolloin myös energiantuotannon päästöt ovat suurimmillaan. [13.] Otsoni Otsonia (O 3 ) ei ole päästöissä, vaan sitä muodostuu auringon valossa saastuneen ilman kulkeutuessa tuulten mukana. Korkeimmat pitoisuudet voivat esiintyä maaseudulla satojen kilometrien päässä päästölähteistä. [13.] Otsonin syntyminen on monimutkainen, typpidioksideissa tapahtuva kemiallinen reaktio, jossa otsonia sekä syntyy että kuluu. Epäpuhtauksien väliset pitoisuussuhteet ja auringon valon määrä ratkaisevat vallitsevan otsonipitoisuuden. [13.] Suomessa kaupunkien keskustoissa, missä typen oksidien päästöt ovat suurimmat, otsonipitoisuudet ovat kuitenkin pienet. Kauempana päästöistä pitoisuudet kohoavat, ja ovat korkeimmat maaseudun tausta-alueilla. [13.] Otsonia esiintyy myös stratosfäärissä eli yläilmakehässä. Sen syntymekanismi on hieman erilainen verrattuna troposfäärissä eli alailmakehässä esiintyvään otsoniin. Stratosfäärissä otsoni suojaa luontaisesti maanpintaa liialta ultraviolettisäteilyltä, kun taas troposfäärissä hengitysilman korkeat otsonipitoisuudet ovat ihmisten terveydelle ja kasvillisuudelle haitallisia. [13.]

6 Hengitettävät hiukkaset Hengitettävät hiukkaset (PM 10 ) ovat halkaisijaltaan alle 10 mikrometrin (µm) kokoisia hiukkasia (kuva 1). Tämän kokoiset hiukkaset kulkevat hengitysilman mukana ihmisen keuhkoputkiin asti. Hiukkaset voivat olla kemialliselta koostumukseltaan valtaosin vaaratonta pölyä tai merisuolaa, mutta niihin voi olla sitoutuneena myös esimerkiksi haitallisia raskasmetalleja tai hiilivetyjä. [13.] Kuva 1. Eri hiukkaskokoja. [14.] Huomiota herättävin osa kaupunki-ilman hengitettävistä hiukkasista on liikenteen nostattamaa katupölyä. Pitoisuudet kohoavat erityisesti maalis-huhtikuussa, jolloin jauhautunut hiekoitushiekka ja asfalttipöly nousevat liikenteen nostattamina kuivilta kaduilta. Kevään pölyongelmaa pyritään ratkaisemaan katujen nopealla pesulla keväällä sekä vaihtoehtoisilla liukkaudentorjuntamenetelmillä ja pölynsidonnalla. [13.] Pienhiukkaset Halkaisijaltaan alle 2,5 mikrometrin (µm) kokoiset hiukkaset ovat pienhiukkasia (PM 2.5 ), ja ne ovat osa hengitettäviä hiukkasia. Ilmanlaadun tarkkailussa kiinnitetään huomiota yhä pienempiin hiukkaskokoihin, sillä ne tunkeutuvat hengitysilman mukana syvemmälle hengitystiehyihin ja ovat siten nykyisen tutkimustiedon valossa terveydelle vaarallisempia kuin karkean kokoluokan hengitettävät hiukkaset (PM 2.5 -PM 10 ). [13.]

7 Pienhiukkasia tulee ilmaan polttoaineiden palamisessa, erityisesti puun pienpoltossa. Muita lähteitä kaupunkiympäristössä ovat liikenne ja energiantuotanto. Pienhiukkasiksi muuntuvat myös ilmaan päästetyt rikkidioksidi- ja typpidioksidikaasut. Pienhiukkaset voivat kulkeutua ilmamassojen mukana pitkiä matkoja ja poistuvat ilmakehästä tehokkaasti vasta sateen mukana. Kaukokulkeutuma muodostaakin huomattavan osan myös kaupunki-ilman pienhiukkaspitoisuuksista. [13.] Hiilimonoksidi Hiilimonoksidi (CO) eli häkä muodostuu, kun polttoaineen hiilen palaminen jää vajaaksi heikoissa palamisolosuhteissa. Suuria hiilimonoksidipäästöjä on tyypillisesti pienissä yksiköissä kuten pienpoltossa ja autojen ja työkoneiden polttomoottoreissa. Suomessa on noin kaksi miljoonaa henkilöautoa ja samoin noin kaksi miljoonaa tulisijaa asuinrakennuksissa. Vuositasolla henkilöautoliikenteen hiilimonoksidipäästö on kuitenkin noin kaksinkertainen verrattuna kotien pienpolttoon. [13.] Kaupunki-ilman hiilimonoksidi on siis valtaosin peräisin henkilöautoliikenteen pakokaasuista. Hiilimonoksidipitoisuudet ovat selkeästi laskeneet 1990-luvun alusta, jolloin katalysaattorit tulivat markkinoille ja sittemmin pakollisiksi uusiin bensiiniautoihin. Noin kolme neljäsosaa henkilöautokannasta oli vuonna 2005 varustettu katalysaattorilla. [13.] Haisevat rikkiyhdisteet Haisevat rikkiyhdisteet aiheuttavat selluteollisuuden pahan hajun. Samoja rikkiyhdisteitä syntyy myös orgaanisen aineen hapettomassa hajoamisessa eli mätänemisessä. Näitä yhdisteitä vapautuu lisäksi kaatopaikoilla, jätevedenkäsittelyssä sekä soiden ja järvien pohjamudista. [13.] Raskasmetallit Raskasmetalleja ovat arseeni, kadmium sekä nikkeli. Korkeina pitoisuuksina hengitysilmassa ne ovat haitallisia ihmisten terveydelle. Metallien jalostuksessa käsitellään näitä aineita sisältäviä malmeja ja tästä toiminnasta tulee myös päästöjä ilmaan. Päästö-

8 määrät ovat kuitenkin pienentyneet voimakkaasti parin viime vuosikymmenen aikana teknologian kehittymisen myötä. [13.] Myös fossiilisten polttoaineiden käytöstä sekä hallitsemattomasta jätteiden poltosta pääsee raskasmetalleja ilmaan. Suomessa korkeimpia raskasmetallipitoisuuksia on mitattu metallijalostusteollisuuden lähiympäristössä. [13.] PAH-yhdisteet Polttoaineiden epätäydellisessä palamisessa syntyy ja pääsee ilmaan polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä eli PAH-yhdisteitä. Ilmansaasteiden joukossa PAH-yhdisteet ovat vaarallisimmasta päästä, sillä useat niistä ovat syöpää aiheuttavia eli karsinogeenisia aineita. Karsinogeeniset PAH-yhdisteet ovat ilmassa kiinnittyneinä hiukkasiin (PM 2.5 ja PM 10 ). [13.] PAH-yhdisteitä pääsee ilmaan kaikessa orgaanisen aineen palamisessa, mutta kaupunki-ilmassa merkityksellisimmät lähteet ovat tieliikenteen pakokaasut ja puun pienpolton savukaasut. Teollisuudenaloista mm. valimoiden ja koksaamoiden toiminnasta aiheutuu ilmaan vapautuvia PAH-yhdisteitä. [13.] Paitsi hengitysilman kautta PAH-yhdisteitä voi kulkeutua ihmisten elimistöön myös ruuan mukana esimerkiksi grillatuista ja savustetuista ruoista tai ihon kautta esimerkiksi puunkyllästysaineena ja kosteuseristeenä käytetystä kreotsootista. Tupakansavussa PAH-yhdisteitä on erittäin paljon. Tunnetuin ja tutkituin PAH-yhdiste on bentsoepyreeni, jonka on todettu aiheuttavan syöpää. [13.] Bentseeni Bentseeni on makeantuoksuinen, aromaattinen hiilivety, jota vapautuu ilmaan fossiilisten polttoaineiden ja puun palaessa. Myös bensiini- ja liuotinhöyryissä on tätä herkästi haihtuvaa hiilivetyä. Bentseeni osallistuu muiden herkästi haihtuvien hiilivetyjen (ns. VOC-yhdisteiden) kanssa otsonin muodostukseen valokemiallisissa reaktioissa. Korkeille bentseenipitoisuuksille altistuminen PAH-yhdisteiden lisäksi lisää ihmisten syöpään sairastumisen riskiä. [13.]

9 2.2 Ilman epäpuhtauksia koskevat normit ja säädökset 2.2.1 Raja- ja ohjearvot Raja-arvoilla tarkoitetaan ilman epäpuhtauksille asetettuja pitoisuuksien rajoja, joita ei saa ylittää. Valtioneuvoston asetuksen (VNa 711/2001) mukaan kuntien on laadittava ja pantava toimeen suunnitelmia, joilla varmistetaan raja-arvojen alittaminen, jos ne ylittyvät tai ovat vaarassa ylittyä. Vasta kun numeroarvon ylityksiä on yli sallitun määrän, raja-arvo katsotaan ylitetyksi. [15.] Taulukossa 1 on esitetty asetuksen mukaiset raja-arvot. Taulukko 1. Raja-arvot. [15.] Aika Keskiarvon laskenta-aika Raja-arvo (293 K, 101,3 kpa) Sallitut ylitykset vuodessa Rikkidioksidi (SO 2 ) 1 tunti 350 g/m 3 24 24 tuntia 125 g/m 3 3 Typpidioksidi (NO 2 ) 1 tunti 200 g/m 3 18 1 vuosi 40 g/m 3 - Hiukkaset (PM 10 ) 24 tuntia 50 g/m 3 35 1 vuosi 40 g/m 3 1) - Lyijy 1 vuosi 0,5 g/m 3 - Hiilimonoksidi (CO) 8 tuntia 2) 10 g/m 3 - Bentseeni (C 6 H 6 ) 1 vuosi 5 g/m 3-1) Tulokset ilmaistaan ulkoilman lämpötilassa ja paineessa. 2) Vuorokauden korkein kahdeksan tunnin liukuva keskiarvo. Raja-arvojen lisäksi ovat olemassa ohjearvot, joilla ohjataan ilmansuojelua hallinnollisesta näkökulmasta. Niillä ilmaistaan ilmanlaadun tavoitteita, jotka on asetettu erikseen lyhyelle ja pitkälle aikavälille. Ohjearvot otetaan huomioon maankäytön ja liikenteen suunnittelussa sekä ilman pilaantumisen vaaraa aiheuttavien toimintojen sijoittamisessa. Tavoitteena on estää ohjearvojen ylittyminen ennakolta. Lähtökohta ohjearvoille on terveydellisten ja luontoon sekä viihtyvyyteen liittyvien haittojen ehkäiseminen. [15.] Taulukossa 2 on esitetty valtioneuvoston päätöksen (VNp 480/1996) mukaiset ilmanlaadun ohjearvot.

10 Taulukko 2. Ohjearvot. [15.] Aine Keskiarvon laskenta-aika Ohjearvo Tilastollinen määrittely (20 C, 1 atm) Hiilimonoksidi (CO) tunti 20 mg/m 3 tuntiarvo 8 tuntia 8 mg/m 3 tuntiarvojen liukuva 8 tunnin keskiarvo Typpidioksidi (NO 2 ) tunti 150 g/m 3 kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 24 tuntia 70 g/m 3 kuukauden toiseksi suurin vuorokausikeskiarvo Rikkidioksidi (SO 2 ) tunti 250 g/m 3 kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 24 tuntia 80 g/m 3 kuukauden toiseksi suurin vuorokausikeskiarvo Hiukkaset, kokonaisleijuma (TSP) Hengitettävät hiukkaset (PM 10 ) Haisevien rikkiyhdisteiden kokonaismäärä (TSR) 24 tuntia 120 g/m 3 vuoden vuorokausiarvojen 98. prosenttipiste 24 tuntia 50 g/m 3 vuosikeskiarvo 24 tuntia 70 g/m 3 kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo 24 tuntia 10 g/m 3 vuorokausiarvo TSR kuukauden toiseksi suurin ilmoitetaan rikkinä 2.2.2 Lainsäädäntö Ympäristönsuojelulain 102 :ssä käsitellään ilmanlaadun turvaamista. Siinä on säädetty mm. millaisiin toimiin kunnan on ryhdyttävä, mikäli raja-arvot kunnan alueella ylittyvät. Kunnan on varauduttava käytettävissään olevin keinoin toimiin, joilla estetään valtioneuvoston asetukseen perustuvan ilmanlaadun raja-arvon mahdollinen ylittyminen kunnan alueella. Raja-arvon ylittymisestä on tiedotettava ja varoitettava väestöä. Ilmanlaatua koskevassa valtioneuvoston asetuksessa määrätään, milloin varautuminen on välttämätöntä, ja tiedottamisen sekä varoituksen antamisen tarkemmasta sisällöstä. Jos valtioneuvoston asetukseen perustuva ilmanlaadun raja-arvo ylittyy, kunnan on ryhdyttävä tarpeellisiin toimiin tai annettava määräyksiä liikenteen rajoittamiseksi ja päästöjen vähentämiseksi. Luvanvaraisista toiminnoista aiheutuvien päästöjen vähentämisestä sekä ennalta-arvaamatta ilmenevän ilman merkittävän pilaantumisen ehkäisemisestä säädetään erikseen. [16.] Lisäksi ilmanlaatua käsitellään valtioneuvoston säätämässä asetuksessa (13 ), joka on säädetty hiekoituksesta aiheutuvien raja-arvojen ylityksiä varten.

11 Alueilla, joilla hengitettävien (PM10) hiukkasten pitoisuudelle säädetyt raja-arvot ilmeisesti ylittyvät hiekoituksesta aiheutuvan hiukkaskuormituksen vuoksi, ei ole tarpeen laatia 12 :ssä tarkoitettuja suunnitelmia tai ohjelmia raja-arvojen alittamiseksi. Tällöin kunnan tulee laatia selvitys, josta ilmenee mahdollisimman yksityiskohtaisesti kyseisten alueiden laajuus, arvioidut tai mitatut hengitettävien hiukkasten pitoisuudet, käytettävissä olevat tiedot hiukkaskokojakaumasta ja hiukkasten lähteistä sekä tiedot suunnitelluista ja jo toteutetuista toimista pitoisuuksien alentamiseksi sekä arvio näiden toimien vaikutuksista pitoisuuksiin. Selvitys lähetetään viimeistään kuuden kuukauden kuluessa sen vertailujakson päättymisestä, jona raja-arvo on ylittynyt, alueelliselle ympäristökeskukselle, joka toimittaa sen edelleen ympäristöministeriölle. Kunnan on tiedotettava selvityksestä alueen asukkaille. Jos raja-arvo ylittyy uudestaan, kunnan tulee toimittaa alueelliselle ympäristökeskukselle uudet tiedot pitoisuuksista ja arvio pitoisuuksien alentamiseksi tehdyistä toimista. [17.] Samasta asetuksessa on myös määritetty raja-arvot ilman epäpuhtauksien aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi alueilla, joilla asuu tai oleskelee ihmisiä ja joilla ihmiset saattavat altistua ilman epäpuhtauksille (3 ). Raja-arvot on esitelty luvun 2.2.1 taulukossa 1. [17.] 2.3 Ilmanlaadun seuranta Ilmanlaadun seurannasta Suomessa vastaavat kunnat ja niiden yhteenliittymät alan ammattilaisten avustamina sekä Ilmatieteen laitos. Järjestely perustuu ympäristönsuojelulakiin, jonka mukaan kuntien tulee järjestää alueellaan tarpeellinen ilmanlaadun seuranta. Kuntien omien mittausten lisäksi Ilmatieteen laitos ylläpitää omaa valtakunnallista ilmanlaadun seurantaverkkoa, jonka asemat ovat taajama-alueiden ulkopuolella ns. tausta-alueilla, ja jonka mittausohjelmat pohjautuvat kansainvälisiin seuranta- ja tutkimusohjelmiin. Suomessa on tällä hetkellä toiminnassa näiden eri tahojen ylläpitämänä laaja mittausasemaverkosto ilman epäpuhtauksien seurantaan. [18, s. 7.] Kunnat hoitavat alueellaan ilmanlaatuun liittyvien asioiden tiedottamisen asukkaille. Ilmanlaadun mittaustiedoille on monia valtakunnallisiakin tarpeita, jonka seurauksena Ilmatieteen laitos kerää vuosittain käytännössä kaikki Suomen ilmanlaadun mittaustulokset tietojärjestelmäänsä. Tästä järjestelmästä tiedot toimitetaan edelleen mm. ympäristöhallinnon ympäristönsuojelun tietojärjestelmään Suomen ympäristökeskukseen sekä Euroopan Unionin elimille. [18, s. 7.]

12 Kuntien ja kaupunkien asukkaan voivat seurata asuinalueensa ilmanlaatua verkosta löytyvästä Ilmanlaatuportaalista, josta saa reaaliaikaisesti tietoa ilmanlaadusta Suomen eri osissa (kuva 2). Portaalin etusivulle päivittyy tunneittain viimeisin ilmanlaatuindeksi. Kuva 2. Ilmanlaatutietoja eri puolilta Suomea. [13.] Kuvassa 2 ilmanlaatu on luokiteltu värikoodien mukaan erittäin huonosta hyvään. Taulukossa 3 värikoodit on määritelty vielä tarkemmin ja taulukossa 4 värikoodeihin on lisätty myös pitoisuutta vastaavat indeksiarvot. Taulukko 3. Ilmanlaadun määrittely. [13.]

13 Taulukko 4. Pitoisuudet. [13.] Pääkaupunkiseudun asukkaat saavat tarkempaa, reaaliaikaista tietoa myös Helsingin seudun ympäristöpalveluiden HSY:n verkkosivuilta. Sivuille päivittyy tunneittain ilmanlaadun senhetkinen tilanne (kuva 3.) Kuva 3. Ilmanlaatu pääkaupunkiseudulla esimerkkiajankohtana. [19.] 2.4 Ilmanlaatu Suomessa Pahoja ilmanlaatuepisodeja on Suomessa melko vähän, sillä kaupungit ovat pieniä sekä harvaan rakennettuja muihin Euroopan maihin verrattuna eikä liikenne ole yhtä vilkasta. Näistä syistä johtuen korkeita pitoisuuksia esiintyy harvemmin, lyhyemmän aikaa ja

14 pienemmillä alueilla kuin muualla Euroopassa. Näistä tekijöistä johtuen ilmanlaatu on Suomessa pääsääntöisesti melko hyvä, vaikka hankalissa sääolosuhteissa talvisin ja keväisin pitoisuudet kaupungeissa voivat kohota samalle tasolle kuin muissa Euroopan kaupungeissa. [20.] 3 Katupöly 3.1 Mitä katupöly on? 3.1.1 Muodostuminen ja syntymiseen vaikuttavat tekijät Talven aikana kaduille kertyy monista eri lähteistä hiukkasmassaa. Suurin osa tästä hiukkasmassasta on liukkaudentorjunnassa käytetyn hiekoitushiekan ja auton renkaiden kuluttaman tien pinnan muodostamaa pölyä. Syntynyt pöly kerääntyy teiden ja katujen ympäristöön talven aikana ja kun lumet keväällä sulavat ja kadun kuivuvat, pöly nousee ilmaan (kuva 4) ajoneuvojen renkaiden ja liikenteen aiheuttamien ilmavirtojen nostamina. [21.] Kuva 4. Katupölyä ilmassa. [22.] Katupölyn syntymiseen vaikuttaa olennaisesti se, mitä liukkaudentorjuntamenetelmää on käytetty. Jos hiekoitusta on käytetty vähän, pölyä syntyy luonnollisesti vähemmän. Autojen nastarenkaat edistävät pölyn syntymistä kuluttavalla vaikutuksellaan. Nastat

15 jauhavat hiekoitushiekan hienoksi pölyksi ja samalla hiekka toimii hiekkapaperin tavoin kuluttaen tien pintaa nastojen alla (kuva 5). [23.] Kuva 5. Nasta- ja kitkarenkaiden aiheuttamat ilmiöt tien pinnassa. [24.] Nastarenkaat kuluttavat enemmän tien pintaa ja muodostavat pölyä, kun taas kitkarenkaat nostattavat enemmän pölyä ilmaan. Tällainen tulos on saatu Helsingin ammattikorkeakoulu Stadian (nykyinen Metropolia) kehittämällä Nuuskija-autolla. Liikenteen päästöjä tutkiva liikkuva laboratorio tutki, miten erilaiset renkaat muodostavat ja nostavat ilmaan katupölyä. Mikäli kadun pinnalla on paljon aikaisemmin muodostunutta pölyä, pölypäästö on kitkarenkaalla suurempi kuin nastarenkaalla. Mikäli pölyä on taas vähän, nastarenkaan päästö on suurempi. Ero johtuu siitä, että kitkarenkaan pölypääs-

16 tö perustuu resuspensioon ja nastarenkaan primääripäästöön. Resuspensio tarkoittaa tienpinnalla olevan katupölyn ilmaan nousemista kitkarenkaan vaikutuksesta, ja primääripäästö nastarenkaan kuluttavaa vaikutusta [5; 25.] Kuvassa 6a on esitetty monia tekijöitä, jotka vaikuttavat katupölyn syntymiseen ja muodostumiseen. Lisäksi kuvassa 6b sama asia on esitetty kaaviomuodossa. Kuva 6a. Katupölyn muodostumiseen vaikuttavat tekijät. [26.]

17 Kuva 6b. Katupölyn muodostumiseen vaikuttavat tekijät. [24.] 3.1.2 Kaukokulkeuma Kaukokulkeumalla ei ole suurta merkitystä hengitettävän kokoluokan hiukkaspitoisuuksiin. Kaukokulkeutuvat epäpuhtaudet aiheutuvat lähinnä suurista metsäpaloista sekä teollisuuden päästöistä. [19.] Kuvassa 7a ja 7b on kaksi vertailukohteena olevaa kuvaa Helsingin Kumpulasta. Vasemmanpuoleisessa kuvassa ilmalaatu on huomattavasti heikompi kuin oikeanpuoleisessa johtuen Venäjän metsä- ja maastopalojen savujen kulkeutumisesta Suomeen.

18 Kuva 7a. Helsingin Kumpula 9.8.2006. [13.] Kuva 7b. Helsingin Kumpula 29.9.2006. [13.] 3.1.3 Rakennustyömaiden vaikutus Rakennustyömaat vaikuttavat lähialueidensa ja niiden katujen pölypäästöihin. Vaikutus on havaittavissa etenkin kesäaikaan, kun katupölypäästöt ovat alentuneet kevään katupölyepisodin jäljiltä. Työmaiden pölyvaikutus vaihtelee ja se riippuu työmaan luonteesta, esimerkiksi siitä, miten pölyävää toimintaa tehdään ja kuinka paljon työmaaliikenteen mukana kulkeutuu pölyävää ainesta päällystämättömiltä pinnoilta. Myös työmaaliikenteen vilkkaudella on merkitystä. Huonosti hoidetut työmaat ovat merkittävä pölyn lähde katuympäristössä, jota työmaa-ajoneuvot käyttävät kulkureittinään. [5, s. 79-92.] Rakennustyömaiden pölyämisvaikutuksia valvotaan ja seurataan kunnittain. Kuntien asettamia määräyksiä voi olla esimerkiksi rakennusluvissa, rakennusjärjestyksessä tai ympäristönsuojelumääräyksissä. Lisäksi käytettävissä ovat ympäristönsuojelulain, maankäyttö- ja rakennuslain sekä terveydensuojelulain asettamat määräykset. Valvontaa hoitaa määräysten antaja ja ainakin suuret työmaat joutuvat tekemään ympäristönsuojelulain 60 :n mukaisen meluilmoituksen kuntien ympäristöviranomaisille. Samalla voidaan antaa määräyksiä myös pölyntorjuntatoimenpiteistä. [5, s. 93-94.] Esimerkiksi Helsingissä on annettu seuraavanlaisia määräyksiä koskien pölyntorjuntatoimenpiteitä: kuormat on kostutettava ja peitettävä (liiallinen kastelu kuitenkin aiheuttaa kuorman nesteytymisen, jolloin kuormasta valuu kadulle pölylietettä), työmaa-ajoneuvojen renkaat on pestävä ja

19 kaupunki antaa lupahakemusten yhteydessä selkeät säädökset pölyntorjuntatoimista ja toimittaa urakoitsijoille ohjeistusmateriaalin. [5, s. 93-94.] Helsingin uuden rakennusjärjestyksen mukaan purkamisesta ei saa aiheutua haitallisia melu-, pöly- tai muita vastaavia vaikutuksia ympäristölle. Lisäksi ympäristönsuojelumääräysten 22 :n mukaan rakennustyömaat ja niiden välittömässä läheisyydessä olevat katualueet on pidettävä puhtaina työmaalta kulkeutuvasta maa-aineksesta. [5, s. 93-94.] 3.1.4 Katupölyepisodit Pahin katupölyepisodi ajoittuu keväälle maalis-huhtikuuhun. Katujen kuivuttua lumen sulamisen jälkeen teiden ja katujen varsille kertynyt pöly nousee ilmaan ilmavirtojen nostamina ja heikentää ilmanlaatua. Hiukkaspitoisuuksien kohoamista on havaittu myös syksyllä marras-joulukuussa, jolloin hiekoitus aloitetaan ja maa on pakkasen takia kuiva. [20.] Katupölyepisodit eivät riipu pelkästään säästä, vaan myös alustan laatu merkitsee. Katupöly sisältää hiekoitushiekan lisäksi myös tien pinnoitteesta, autojen renkaista ja jarruista sekä pakokaasuista peräisin olevia hiukkasia. Eniten pölyä esiintyy ruuhkaaikoina vilkkaasti liikennöidyillä katu- ja tieosuuksilla. [20.] 3.1.5 Haitat Katupöly heikentää ilmanlaatua huomattavasti etenkin keväisin ja se onkin vaikeimpia ilmansuojelun ongelmia Suomessa. Se ei ole yksin suurten kaupunkien ongelma vaan korkeita hiukkaspitoisuuksia esiintyy myös pienissä kuntakeskuksissa ja taajamissa. [5, 13.] Katupöly heikentää ilmassa ollessaan näkyvyyttä sekä aiheuttaa terveyshaittoja ihmisille. Se aiheuttaa ärsytysoireita, kuten silmien kutinaa ja kirvelyä sekä nuhaa ja yskää. Katupölyn vaikutuksille erityisen herkkiä ovat astmaatikot, pienet lapset, keuhkoahtaumaa, sepelvaltimotautia ja sydämen vajaatoimintaa sairastavat. Heille katupöly voi

20 aiheuttaa keuhkojen toiminnan heikentymistä, astmaoireiden pahentumista tai astmakohtausten lisääntymistä. [27.] Suurin osa katupölyn hiukkasista on kooltaan karkeita hengitettäviä hiukkasia (PM 10 ), mutta seassa on myös pienhiukkasia. Karkeat hiukkaset jäävät ylähengitysteihin ja poistuvat yskien, aivastellen ja liman mukana melko nopeasti. Pienhiukkaset pääsevät kuitenkin tunkeutumaan keuhkorakkuloihin saakka, ja pysyvät elimistössä jopa kuukausia tai vuosia. [27.] 3.2 Katupölyn torjuminen ja ennaltaehkäisy 3.2.1 Liukkaudentorjuntamateriaalin valinta ja käsittely Hiekoitusmateriaalilla on suuri merkitys katujen pölyämiseen, joten sen laadulle on syytä asettaa tiettyjä kriteerejä. Hiekoitusmateriaali voi olla murske- tai sepelilajikkeita tai hiekkaa. Materiaalin maksimi raekoko on pääteillä ja kevyen liikenteen väylillä 6 mm ja muilla teillä enintään 8 mm. [28.] Esimerkiksi kaupunkialueiden jalkakäytävillä olisi hyvä käyttää pestyä ja seulottua sepeliä, koska pöly kulkeutuu sieltä helposti ajoradalle. Syrjäisemmillä kevyenliikenteenväylillä voidaan käyttää hiekkaa, koska niiden liikenne ei aiheuta voimakasta pölyämistä eikä pöly kulkeudu ajoradalle. [5, s. 85-86.] Kaupunkien käyttämien murskelajikkeiden laatuvaatimukset ovat pölyhaittojen vähentämiseksi tiukentuneet. Erityisesti hienoainespitoisuudelle on asetettu entistä tiukemmat raja-arvot sekä kovat sanktiot sallittua suuremmasta kiviaineksen hienoainespitoisuudesta. Yleisiä käytettäviä lajikkeita ovat mm. ns. katkaistut lajikkeet 2/5 mm ja 3/6 mm, joista alapää eli 0/2 mm ja 0/3 mm on seulottu pois. [28.] 3.2.2 Suolaus liukkaudentorjuntamenetelmänä Suolaus on kemiallinen liukkaudentorjuntamenetelmä, sillä estetään jään syntyminen etukäteen ja sulatetaan jo syntynyttä jäätä. Tämä johtuu liukkaudentorjunnassa käytetyn suolaliuoksen aiheuttamasta veden sulamispisteen alenemisesta. Jään sulaessa liuos laimenee. Liuos ei jäädy uudestaan mikäli liuoksen ionivahvuus on riittävän suuri. Mitä enemmän suolaa liukenee, sitä enemmän sulamislämpötila alenee. [29, s.14.]

21 Natriumkloridi (NaCl) eli vuorisuola on käytetyin tiesuola hyvän hinta-laatusuhteensa ja tehokkuutensa vuoksi. Muut liukkaudentorjunta-aineet eivät ole pystyneet syrjäyttämään sitä kalliin hintansa vuoksi. Natriumkloridi on vesiliukoinen kemikaali, joka alentaa veden jäätymispistettä. Natriumkloridin käytettävät olomuodot teiden suolauksessa ovat rakeet, liuos ja suolaliuoksella kastellut rakeet. [29, s. 17.] Muita liukkaudentorjunnassa käytettyjä aineita natriumkloridin lisäksi ovat kalsiumkloridi (CaCl 2 ), magnesiumkloridi (MgCl 2 ), kaliumformiaatti (KFo) sekä kalsiummagnesiumasetaatti (CMA). Kalsium- ja magnesiumkloridi ovat ominaisuuksiltaan hyvin samanlaisia eli sitovat ilmasta kosteutta tehokkaasti (hygroskooppisuus). Niitä käytetään jonkin verran liukkaudentorjunnassa, mutta pääasiassa pölynsidonnassa, josta kerrotaan kappaleessa 3.2.4. Kaliumformiaatti on ympäristöystävällinen, luonnossa biohajoava suola, jota käytetään liukkaudentorjunnassa pääasiassa lentokentillä, koska se aiheuttaa metalleille ja betonille vähemmän korroosiota kuin kloridit. Kaliumformiaatista piti tulla aikoja sitten natriumkloridin syrjäyttäjä, mutta se on kuitenkin hinnaltaan edelleen liian kallis laajamittaiseen käyttöön. Kalsiummagnesiumasetaatti on kehitetty kaliumformiaatin tavoin korvaamaan natriumkloridi. CMA vaikuttaa lumi- ja jääkerrokseen siten, että se tunkeutuu ensin niiden läpi ja liukenee vasta sitten, toisin kuin natriumkloridi. Näin ollen sen sulattava vaikutus kestää pidempään ja sopii hyvin ennakoivaan liukkaudentorjuntaan. [30.] Suolauksen käytön ongelmana on kuitenkin, että se rapauttaa tienpintaa ja betonirakenteita (esim. siltoja) sekä ruostuttaa ajoneuvoja. Joissakin kaupungeissa suolan käyttö on kielletty kokonaan pinta- ja pohjavesien suojelemiseksi. Tällöin liukkaudentorjuntana on käytettävä hiekoitusta. [5, s. 87.] 3.2.3 Talvihoito ja lumen auraus Huolellisella ja suunnitelmallisella lumen aurauksella ja lumen poisviennillä voidaan vaikuttaa merkittävästi katupölyn määrään. Kuljetettavan lumen mukana viedään merkittävä osa hiekkaa ja pölyä pois kaduilta ja siten voidaan vähentää pölyn haittavaikutuksia keväällä. Ajoradoilla olevan lumen poisviennillä voidaan myös estää jäisien polanteiden synty ja nopeuttaa katujen sulamista. [5, s. 88.]

22 Keväisen pölyongelman kannalta on tärkeintä poistaa lumi teiden välittömästä läheisyydestä, muu poistaminen ei ole pölyntorjuntaa ajatellen olennaista. Lumikasat on kuitenkin poistettava vilkasliikenteisien teiden varsilta ennen niiden sulamista keväällä. [5, s. 88-89.] 3.2.4 Pölynsidonta Kun teiden pinnat talven ja lumen sulamisen jäljiltä kuivuvat ja irtopölyä on paljon katuympäristössä, syntyy katupölyepisodi. Pölynsidonta-aineella voidaan vähentää pölypäästöjä. Pölynsidonta-aine sitoo pölyhiukkaset pinnoille ja suuremmiksi aggregaateiksi. Pölynsidonta ei kuitenkaan poista pölyä katuympäristöstä joten puhdistus tulee järjestää myöhemmin. [5, s. 2-3.] Pölynsidonnassa tehokkaimmaksi aineeksi on tutkimuksissa havaittu suolaliuos [5, s. 3]. Suomessa käytetyin suola on kalsiumkloridi ja sitä käytetään pääasiassa kesäisin teiden ja soranottoalueiden työnaikaisen pölyämisen estämiseen, sekä sorateiden pinnan kestävyyden parantamiseen [30, s. 14]. Sitä voidaan käyttää pölynsidonnassa liuoksena ja hiutaleina [31]. Suola on hygroskooppinen yhdiste, mihin sen teho perustuukin. Suolat imevät kosteutta ilmasta ja sitovat sitä itseensä, joten niiden vaikutus on verrannollinen ilmankosteuteen. Kuivalla ilmalla pölynsidontaan käytetty suolaus ei siis välttämättä toimi. Onneksi suolat kuitenkin vaikuttavat useita päiviä, joten yökosteuden ansiosta suolaus tehoaa kuivinakin päivinä ainakin aamuruuhkissa. [5, s. 89.] Suolat myös lisäävät veden pintajännitystä ja vähentävät siten haihtumista. [32, s.16.] 3.2.5 Katujen puhdistus Keväinen puhdistustyö aloitetaan, kun lumi ja jää ovat sulaneet kaduilta. Mahdollisuuksien mukaan olisi tarpeellista puhdistaa katuja jo aiemminkin leutoina kausina, jolloin vähennetään kaduille varastoitunutta pölyä ja siten lievennetään katujen pölyämistä keväällä. [5, s. 3, 91-92.]

23 Suurinta osaa katujen puhdistukseen käytettävästä nykykalustosta ei ole suunniteltu keräämään hengitettävän kokoluokan pölyä eli ne keräävät vain isompia hiukkasia ja siksi katupölyn pitoisuudet voivat olla korkeita heti puhdistuksen jälkeen. Laitteet saattavat jopa siirtää jo varastoitunutta pölyä takaisin katupinnoille, jolloin pöly nousee uudelleen ilmaan. Hengitettävän kokoluokan (PM 10 ) pölyn poistoon erikoistuneita laitteita on vasta hiljattain otettu käyttöön. [5, s. 3, 91-92.] Nykykalusto ei ole tehokasta akuuttiin pölyntorjuntaan. Laitteilla on kuitenkin huomattava merkitys puhdistukseen pidemmällä tähtäimellä, sillä ne poistavat lisäpölyä synnyttävän lähteen. Kadunpinnan puhdistustason lisäksi tulee kiinnittää huomiota siihen, kuinka kone puhdistaa kadulta imetyn pölyn ja millaiset sen pakokaasupäästöt ovat. Puhdistusilman suodatuksella on merkittävä vaikutus laitteen ulos puhaltaman ilman PM 10 -pitoisuuteen. [5, s. 3, 91-92.] Pinnan puhdistukseen valitaan konetyyppi alueen mukaan. PM 10 -pölynpoistoltaan tehokkaimpia peseviä imulakaisukoneita (kuva 8a ja 8b) voitaisiin käyttää esimerkiksi kaupunkien keskustoissa. Suuren kokonsa vuoksi ne eivät sovellu jalkakäytävien puhdistukseen. Jalkakäytävien ja esikaupunkialueiden hiljaisimpien katujen puhdistukseen kooltaan pienempi nykykalusto (harjakalusto, imulakaisukalusto) soveltuu hyvin. Talviaikaiseen puhdistukseen pakkaskeleillä soveltuu imulakaisukone, joka ei käytä vettä. [5, s. 3, 91-92.] Kuva 8a. Pesevä imulakaisukone. [1.] Kuva 8b. Pesu- ja imulaitteistoa. [1.]

24 4 Päästöjen leviämismallinnus 4.1 Perustietoa leviämismallinnuksesta 4.1.1 Lähtötiedot Kaikissa leviämismallinnusohjelmissa tarvitaan useita lähtötietoja ja tieliikenteen päästöjä mallinnettaessa näitä ovat ainakin meteorologiset ja liikenteelliset lähtötiedot, maastomalli sekä taustapitoisuudet. [7, s. 38.] Tarvittavia meteorologisia lähtötietoja ovat tuulen suunta ja nopeus, ilmakehän stabiilisuus sekä sekoittumiskorkeus. Tuulen nopeus ilmoitetaan yksikössä m/s ja tuulitietoja mallinnukseen tarvitaan 1-3 vuoden ajalta. Annettujen tietojen pohjalta ohjelmat laskevat mallinnettavalle alueelle tuulikentän, joka kuvaa alueen tuuliolosuhteita. Toinen tarvittava lähtötieto on ilmakehän stabiilisuus, joka kuvaa ilmakehän sekoittumista pystysuunnassa. Kun ilmakehä on stabiili, sekoittumista tapahtuu vähän. Epästabiili taas tarkoittaa, että ilman sekoittuminen on voimakasta. Eri olosuhteet (tuuli, kosteus, lämpötila) vaikuttavat siihen, kuinka stabiili tai epästabiili ilmakehä on. Myös tietoja sekoittumiskorkeudesta tarvitaan mallintamisessa. Sillä tarkoitetaan sitä korkeutta maanpinnasta, jossa tapahtuu pystysuuntaista sekoittumista. Vähäinen pystysuuntainen sekoittuminen tarkoittaa, että sekoittumiskorkeus on matala ja runsas sekoittuminen sitä, että sekoittumiskorkeus on suuri. [7, s. 38.] Liikenteestä lähtötietoja tarvitaan liikennemääristä, ajoneuvotyypeistä sekä päästökertoimet. Liikennemäärätiedot eritellään tunneittain ja mallin tekemisessä käytetään keskimääräisen vuorokausiliikenteen arvoa. Vuorokausiliikenteen määrät jaotellaan vielä ajoneuvotyypeittäin esimerkiksi henkilö- ja pakettiautoihin (HAPA), linja-autoihin (LA), perävaunuttomiin (KAIP) ja perävaunullisiin (KAP) kuorma-autoihin sekä moottoripyöriin ja mopoihin (MP). Päästökertoimet tarvitaan mallinnukseen erikseen jokaisesta ilmansaasteesta ja ne ilmoitetaan yleensä grammoina ajoneuvokilometriä kohti. Päästötiedoista voidaan erottaa yksikköpäästöt, jotka kuvaavat yhden ajoneuvon päästöjä ajettavaa matkaa kohden. Lisäksi päästökertoimet täytyy vielä luokitella ajotavan mukaan, esim. tien/kadun mäkisyys/tasaisuus ja ajonopeus. Ajoneuvojen aiheuttamien

25 päästöjen määrään ja koostumukseen vaikuttavat yleensä ajoneuvon osalta seuraavat asiat: ikä, kunto, merkki, malli, moottori- ja polttoainetyyppi. [7, s. 39.] Maastomalli tarvitaan mallinnuksen pohjalle, jotta saadaan selville maanpinnan muodot, jotka vaikuttavat päästöjen leviämiseen. Se tuo esille kolmiulotteisesti maanpinnan muotojen lisäksi esteet ja rakennukset. Maastomallia ei tarvita lähtötietona sellaisissa leviämismallinnusohjelmissa, jotka eivät ota maanpinnan muotoja lainkaan huomioon. Toinen maastomallin lisäksi tarvittava lähtötieto on rosoisuusparametri, joka kertoo mallinnettavan alueen maastotyypin, esimerkiksi sen, onko alue metsää, peltoa tai rakennuksia sisältävä alue. [7, s. 39.] Mallintamisessa ei pystytä huomioimaan kaikkia kohteen ilmanlaatuun vaikuttavia päästölähteitä. Tämän vuoksi mallinnettuihin tuloksiin lisätään epäpuhtauksien taustapitoisuus eli pitoisuus, joka aiheutuu muista kuin mallinnettavista päästöistä. Otsonin (O 3 ) taustapitoisuus otetaan myös huomioon mallinnuksessa, sillä se vaikuttaa typenoksidien ilmakemialliseen muutuntaan. [19.] 4.1.2 Eri leviämismallityypit Päästöjen leviämismallinnukseen tarkoitettuja malleja voidaan jaotella usealla eri tavalla. Selkeimmin mallien erot tulevat esille, jos jaottelu tehdään sen mukaan, mitä matemaattisia yhtälöitä mallissa käytetään. Matemaattisin perustein mallit jakautuvat laatikkomalleihin, Gaussmaisiin malleihin, Euler-tyyppisiin malleihin, Lagrange-tyyppisiin malleihin ja CFD-malleihin. [7, s. 35.] Seuraavissa kappaleissa kerrotaan jokaisesta mallista pääpiirteissään. Gauss-, Euler- ja Lagrange-tyyppisistä malleista on myös yksinkertaiset, havainnollistavat esimerkkikuvat.

26 Laatikkomalli (Box model) Laatikkomalli on yksinkertaisin mallityyppi, jossa mallinnettavaa paikkaa käsitellään nimensä mukaisesti yhtenä laatikkona. Tähän laatikkoon päästöt voivat tulla ja myös poistua siitä. Mallissa oletetaan, että päästöt ovat laatikon sisällä sekoittuneet tasaisesti, joten laatikkomalli ei käytännössä edes ole leviämismalli, koska päästöjen kulkeutumista ei varsinaisesti pystytä mallintamaan. Näistä syistä laatikkomallit sopivat parhaiten tarkasteluun yleisellä tasolla, esimerkiksi pitoisuuden tarkasteluun päästölähteen ympärillä karkealla tasolla. [7, s. 35.] Gaussmaiset mallit (Gauss model) Gaussmaiset mallit ovat yksi käytetyimmistä mallityypeistä leviämismallinnuksessa. Päästöjen gaussmainen leviäminen tarkoittaa päästöjen leviämistä pysty- ja vaakasuunnassa jatkuvassa tilassa (steady-state conditions) eli aika jätetään kokonaan huomioimatta leviämistä laskevissa yhtälöissä (kuva 9). Gaussmaisten mallien yhtälöillä ei pystytä laskemaan sitä, kuinka rakennukset vaikuttavat päästöjen leviämiseen eikä niillä ole järkevää mallintaa paikkoja, jotka sijaitsevat hyvin lähellä päästölähdettä. Mallinnuksessa myöskään suuret etäisyydet eivät ole suositeltavia, koska malli olettaa, että tuulikenttä on tasainen koko mallinnusalueella. Tämä ei käytännössä pidä paikkaansa, sillä tuulennopeus yms. meteorologia kuitenkin vaihtelee suurella alueella. Kun maasto on tasainen, meteorologia on jakautunut tasaisesti eikä alueella esiinny tuulettomia kausia, gaussmaiset mallit soveltuvat käytettäväksi alueen mallinnukseen. [7, s. 35.] Korkeus maanpinnasta (m) 50 40 30 20 10 100 200 300 400 500 Päästölähteen etäisyys (m) Kuva 9. Esimerkki päästöjen leviämisestä gaussmaisessa mallissa. [7, s. 36.]

27 Euler-tyyppiset mallit (Eulerian model) Euler-tyyppiset mallit soveltuvat käytettäväksi mallinnuksissa, joissa mallinnettava alue on laaja. Yhden laskentaruudun (grid size) koko voi olla jopa useita neliökilometrejä. Euler-malleja voisi kuvata virtausmalleiksi, joissa päästöjen kulkeutumista seurataan mallintamalla tietyn kokoisen kuution liikerata (kuva 10). Mallit laskevat ilmansaasteille neliulotteiset pitoisuuskentät. Euler-mallien heikkoutena on se, että tietyn päästömäärän oletetaan välittömästi leviävän tasaisesti koko laskentaruudukon alueelle. [7, s. 36.] Korkeus maanpinnasta (m) 50 40 30 20 10 100 200 300 400 500 Päästölähteen etäisyys (m) Kuva 10. Esimerkki päästöjen leviämisestä Euler-mallissa. [7, s. 36.] Lagrange-tyyppiset mallit (Lagrangian model) Lagrange-tyyppisissä malleissa ilma kuvataan laatikkoina (kuva 11), jotka sisältävät tietyn määrän/pitoisuuden ilmansaastetta. Mallissa seurataan ilmalaatikon kulkeutumista laskemalla ja kuvaamalla laatikon sisällä olevien partikkeleiden liikkeitä. Laatikon sisältämän ilmansaasteen pitoisuus lasketaan päästölähteen ja partikkeleiden määrästä. Mallissa otetaan huomioon myös ilmansaasteiden laskeuma ja aineissa tapahtuvan kemiallisen muutunnan vaikutus pitoisuuteen. [7, s. 36-37.]

28 Korkeus maanpinnasta (m) 50 40 30 20 10 100 200 300 400 500 Päästölähteen etäisyys (m) Kuva 11. Esimerkki päästöjen leviämisestä Lagrange-mallissa. [7, s. 37.] CFD-mallit (Computational fluid dynamics) CFD- eli laskennallisilla nestedynamiikka-malleilla mallinnetaan nesteen ja kaasun liikkeitä. Jotta mallintaminen onnistuu, on ensin ratkaistava yhtälöitä, jotka perustuvat massan, liikemäärän ja energian säilymiseen. CFD-mallit ovat tarkkoja ja niillä pystytään mallintamaan monimutkaisia ympäristöjä jopa metrin tarkkuudella. Mallilla pystytään mallintamaan esimerkiksi savun ja tulen etenemistä rakennuksessa. Liikenteen päästöjen leviämisen mallintamiseen CFD-malleja käytetäänkin lähinnä katukuilu- ja tunneliolosuhteissa. [7, s. 37.] 4.1.3 Ohjelmistot Erilaisia leviämismallinnusohjelmistoja on maailmalla käytössä satoja, ellei jopa tuhansia. Ohjelmistoja on eri käyttötarkoituksiin erilaisia. Luvussa 4.2.2 käsitellään tarkemmin Suomessa käytössä olevia ohjelmistoja. 4.2 Leviämismallinnus Suomessa 4.2.1 Mallinnusta ja tutkimusta tekeviä tahoja ja yrityksiä Suomessa leviämismallinnusta tekeviä tahoja ja yrityksiä on vain kourallinen. Ilmatieteen laitos on johtavassa asemassa ja siellä onkin tehty suurin osa päästöjen leviämis-

29 mallinnukseen liittyvästä tutkimustyöstä. Muita tahoja/yrityksiä ovat mm. Metropolia AMK, Enwin Oy, Ramboll Finland Oy sekä Jyväskylän yliopiston ympäristöntutkimuskeskus Ambiotica. Lisäksi Nordic Envicon Oy tekee ilman epäpuhtauksiin ja etenkin katupölyyn keskittyvää tutkimustyötä. [7, s. 18.] Ilmatieteen laitos on ilmanlaatua valvova viranomainen Suomessa ja se on nimetty ympäristönsuojelulaissa asiantuntijalaitokseksi. Asiantuntija- ja konsulttipalveluita pääasiassa tarjoava Ilmatieteen laitos on ottanut leviämismallit käyttöönsä jo 70-luvulla, jolloin niitä käytettiin ydinvoimaloiden onnettomuuksien ja kaukokulkeutumisen tutkimiseen ja mallintamiseen. [7, s. 18.] Metropolia AMK:ssa kautta on rakennettu erillisen projektin yhteydessä Nuuskija-auto (kuva 12) ilmanlaadun ja liikenteen päästöjen tutkimuksia varten. Nuuskija-auton vasemman takapyörän taakse on asennettu katupölyä mittaava säiliö (kuva 13), joka mittaa katupölypitoisuuden ilmavirrasta. [2.] Kuva 12. Nuuskija-auto. [1.]